K 431a

Ładowarka akumulatorów 12V

Nowy Elektronik 431-K

Układ umożliwia ładowanie akumulatorów o nominalnym napięciu 12V i niższym, prądem do 7 A maksymalnie. Posiada regulację prądu ładowania oraz regulację napięcia wyłączenia. Przystosowany jest do zobrazowania wartości prądu i

napięć na zakresie miernika prądu stałego 200mV.

Na warsztacie elektronika i nie tylko, zachodzi często potrzeba zastosowania zasilania układów napięciem stałym, nie wytwarzającym sygnałów zakłócających, a także odpornych na ich działanie. Nierzadko układ taki pobiera sporo prądu i baterie elektryczne ogólnie dostępne w sprzedaży nie nadają się do tego celu. Wtedy sięgamy po akumulator. Najczęściej jest to 12-towoltowy. Wszystko jest dobrze, kiedy akumulator posiada energię. W momencie jego rozładowania, pojawia się problem, co dalej zrobić. Należy go naładować. Wykoszto-waliśmy się na akumulator, a teraz przyszedł czas na koszty ładowarki. Można też pójść inną drogą i zbudować sobie własną ładowarkę. Dla elektronika nie jest to takie trudne. Ten temat przez jakiś czas będzie nam spędzał sen z powiek. Akumulatory prądu stałego stosowane są w różnego rodzaju sprzęcie elektronicznym, w samochodach, a także jako zasilanie źródeł światła. Jeżeli urządzenie nie jest przystosowane do pracy buforowej, niezbędna jest ładowarka.

Budowa i działanie

Zaglądając do dokumentacji technicznej różnych typów akumulatorów stwierdziliśmy, że mają one wspólne cechy. Do eksperymentu wybraliśmy akumulator typu EUROPOWER 12-7Ah. Jak z nazwy wynika, posiada on znamionowe napięcie 12V i pojemność 7 amperogodzin, co oznacza że można pobierać z niego prąd o wartości 1A w czasie 7 godzin lub 7A w czasie jednej godziny. To tak czysto teoretycznie. Iloczyn wartości pobieranego prądu i czasu musi wynosić 7. W praktyce jest nieco inaczej. Przytoczymy tu informacje z dokumentacji technicznej:

MODEL EP 7-12

Nominalne napięcie 12[V]

Pojemność elektryczna 7(Ah]! 20 [h] (nominał) w temperaturze 25rC]

20[h] 0,35 [A] = 7,0 [Ahj 10[h) 0,665[A] = 6,65 [Ah)

5[h] 1,19 (A] = 5,95 [Ah)

1[h) 4,2 [Aj = 4,2 [Ah]

Rezystancja wewnętrzna < 25[mOhm]

Prąd rozładowania max. 105[A) / 5[s)

Ładowanie (20 [°C]):

tryb ^,,Standby'^, 13,5 do 13,8 (VJ (-20 [mVrC]) tryb "Cycle*    14,4 do 15 [V] (-30 [mVf°CJ)

Prąd ładowania max. - 2,1 (A)

Zalecany prąd ładowania - 0,7 [AJ

Jak widać korzystanie z akumulatora musi spełniać określone warunki, dlatego musimy je określić, zanim zdecydujemy się na kupno określonego modelu. Istnieją akumulatory wymagające dodatkowych czynności, takich jak np. uzupełnianie wody, pomiar gęstości elektrolitu oraz akumulatory bezobsługowe np. żelowe. Bez względu na typ, ładowarka musi naładować każdy akumulator o napięciu 12V i mniejszym. Należy dodać, że istnieją akumulatory posiadające właściwość pamiętania wartości napięcia. W cyklu przed ładowaniem muszą one zostać rozładowane do określonej wartości. Tych akumulatorów nasza ładowarka nie obsługuje w cyklu automatycznym. Musimy najpierw je rozładować, a potem zaeksperymento-wać podłączeniem ich do ładowarki. Nasze założenia są takie: typ zastosowanego akumulatora to MODEL EP x -y< = 12, temperatura eksploatacji 20..25°C. Oznacza to akumulator żelowy bezobsługowy o napięciu nominalnym mniejszym lub równym 12V i o dowolnej pojemności. Nasz układ przy wartościach elementów opisanych na schemacie dostarcza prądu ładowania 7A. Jeżeli zastosujemy akumulator o większej pojemności, a tym samym o większym prądzie ładowania, i przekracza on wartość 7A, to także naładujemy go, tylko w nieco dłuższym czasie. Producenci akumulatorów określają rodzaj prądu ładowania. Najczęściej jest to prąd stały lub tętniący. Przy tym drugim czas ładowania jest nieco dłuższy, ale łatwiej go wytworzyć. Skorzystaliśmy z właściwości prądu tętniącego. Układ skonstruowano w oparciu o elementy dyskretne ogólnie dostępne tak, aby jego koszty były jak najniższe i każdy mógł go sam zbudować. Nie jest on zbyt specjalistyczny, ale do zastosowań amatorskich w zupełności wystarczy. Głównym obwodem elektrycznym ładowania są: transformator sieciowy, mostek prostowniczy M1, tranzystory T2 i T3 typu MOSFET IRF840 oraz rezystory wyrównawcze R35..R38 o wartości 0.1 ohm połączonych w pary dających wypadkową 0,05 ohm oraz akumulator. Tranzystory są elementami regulującymi wartość prądu ładowania. Ich bramki polaryzowane są przez rezystor R12 z napięcia stabilizowanego 12V, który wraz z tranzystorem T1 tworzą dzielnik napięciowy. Aby w pełni wysterować tranzystor T1 potrzebujemy napięcia 0,75V. Na rezystorach wyrównawczych kontrolujemy wartość napięcia, a tym samym wartość prądu płynącego w obwodzie ładowania, który jest proporcjonalny do spadku napięcia na rezystorach, co wynika z prawa Ohm’a. Przy prądzie 7A możemy uzyskać maksymalnie napięcie 350mV, co oznacza, że przy niższych wartościach prądu napięcie będzie jeszcze niższe. Jak widać jest ono zbyt małe, aby wysterować T1, dlatego zastosowaliśmy wzmacniacz operacyjny {U1A) o regulowanym wzmocnieniu, co pozwala na płynne ustalenie wartości prądu. Regulacja wzmocnienia zrealizowana została w ujemnym sprzężeniu zwrotnym na potencjometrze P2(47k). Innym parametrem istotnym podczas ładowania jest napięcie na akumulatorze. Właściwym sposobem pomiaru napięcia na akumulatorze jest pomiar pod odpowiednim obciążeniem. Wykonanie modułu cyklicznego pomiaru musiałoby być uzbrojone w czasowy, logiczny układ sterujący, co spowodowałoby dużą komplikację całości. Poszliśmy na pewne uproszczenie i założyliśmy, że nie ładując akumulatora maksymalnym dopuszczalnym prądem, na początku ładowania napięcie nie osiąga maksimum. W trakcie ładowania napięcie rośnie i po naładowaniu napięcie jest nieco wyższe. Ładu-