Шим регулятор для зарядного устройства автомобиля своими руками
Обновлено: 07.07.2024
С аналоговым интегральным таймером SE555/NE555 (КР1006), выпускаемым компанией Signetics Corporation с далекого 1971 года прекрасно знакомо большинство советских и зарубежных радиолюбителей. Трудно перечислить, для каких только целей не использовалась эта недорогая, но многофункциональная микросхема за почти полувековой период своего существования. Однако, даже несмотря на быстрое развитие электронной промышленности в последние годы, она по-прежнему продолжает пользоваться популярностью и выпускается в значительных объемах.
Предлагаемая Jericho Uno простенькая схемка автомобильного ШИМ-регулятора – не профессиональная, полностью отлаженная разработка, отличающаяся своей безопасностью и надежностью. Это всего лишь небольшой дешевый эксперимент, собранный на доступных бюджетных деталях и вполне удовлетворяющий минимальным требованиям. Поэтому его разработчик не берет на себя ответственности за все то, что может произойти с вашим оборудованием при эксплуатации смоделированной схемы.
Схема ШИМ регулятор на NE555
- электропаяльник;
- микросхема NE555;
- переменный резистор на 100 кОм;
- резисторы на 47 Ом и 1 кОм по 0,5W;
- конденсатор на 0,1 мкФ;
- два диода 1N4148 (КД522Б).
Пошаговая сборка аналоговой схемы
Построение цепи начинаем с установки перемычек на микросхему. Используя паяльник, замыкаем между собой следующие контакты таймера: 2 и 6, 4 и 8.
Во избежание короткого замыкания и перегорания микросхемы при выкручивании переменного резистора в крайнее положение, ставим по питанию шунтирующее сопротивление в 1 кОм (контакты 7-8).
Поскольку NE555 выступает в роли генератора пилы, для получения схемы с заданной частотой, длительностью импульса и паузой, осталось подобрать резистор и конденсатор. Неслышных 18 кГц нам даст конденсатор 4,7 нФ, но такое малое значение емкости вызовет перекос плеч при работе микросхемы. Ставим оптимальную в 0,1 мкФ (контакты 1-2).
Осталось подключить питание и нагрузку. Схема рассчитана на входное напряжение бортовой сети автомобиля 12V постоянного тока, но для наглядной демонстрации вполне запустится и от 9V батареи. Подключаем ее на вход микросхемы, соблюдая полярность (плюс на 8 ножку, минус на 1 ножку).
Осталось разобраться с нагрузкой. Как видно из графика, при понижении переменным резистором выходного напряжения до 6V пила на выходе (ножки 1-3) сохранилась, то есть NE555 в данной схеме и генератор пилы и компаратор одновременно. Ваш таймер работает в а-стабильном режиме и имеет коэффициент заполнения меньше 50%.
Модуль выдерживает 6-9 А проходного постоянного тока, так что при минимальных потерях можно подключить к нему как светодиодную полосу в автомобиле, так и маломощный двигатель, который и дым развеет и лицо в жару обдует. Примерно так:
Принцип работы ШИМ регулятора
Работа ШИМ регулятора достаточно проста. Таймер NE555 отслеживает напряжение на емкости С. При ее заряде до достижения максимума (полный заряд) происходит открывание внутреннего транзистора и появлению логического нуля на выходе. Далее емкость разряжается, что приводит к закрытию транзистора и приходу к выходу логической единицы. При полном разряде емкости происходит переключение системы и все повторяется. В момент заряда ток идет по одному плечу, а при разряде – по-другому. Переменным резистором мы меняем соотношение сопротивления плеч, автоматически понижая либо увеличивая напряжение на выходе. В схеме наблюдается частичное отклонение частоты, но в слышимый диапазон она не попадает.
Смотирте видео работы ШИМ регулятора
Представляем простую конструкцию регулятора мощности, схема которого построена на таймере 555, работающем в режиме ШИМ. Транзисторы IRF3205 являются управляемыми элементами, причем транзисторы соединены параллельно для уменьшения сопротивления и лучшего рассеивания тепла.
Схема ШИМ на 12 В для ламп
Напряжение от трансформатора выпрямляется мостом на 50 А, установленным на радиаторе. Подается оно далее на стабилизатор 8 В, а затем в схему управления. Устройство должно было работать с несколькими галогенками 12 В 50 Вт.
Кстати, вы можете хорошо уменьшить нагрев транзисторов снизив частоту коммутации – на это стоит обратить внимание.
При полной яркости будет ток в нагрузке около 25 А. Так что уделите особое внимание винтовым соединительным разъемам. Кабели сечением 1,5 мм2 тоже недостаточны для такого большого тока.
Конечно, затворы лучше переключать напряжением около 10 – 12 В (не более 15 В для безопасности МОП-транзисторов), чем 6 В, хотя бы для того чтобы быть уверенным в их насыщении во включенном состоянии. А более высокое напряжение также означает более быструю перезагрузку затворов, что приводит к более короткому переходному времени, а это снижает потери мощности на них. Если они не насыщаются, то тепло, генерируемое на них с высокой рабочей мощностью, заставит транзисторы сильно греться.
Чтобы поднять управляющее напряжение, достаточно подключить R3 напрямую к источнику питания, а не к стабилизатору. Чтобы ускорить переключение, предлагаем конденсатор 0.1 мкФ поставить параллельно с R2 и, если необходимо, дополнительно в ряд перед этим параллельным соединением резистор, чтобы минимизировать токи при разряде конденсатора.
Вместо резистора R3 ещё лучше ставить резисторы 5-10 Ом в затворах mosfet и использовать более мощные биполярные транзисторы, например семейства BD136 – BD140 соответствующих типов проводимости.
Упрощенный ШИМ 12V регулятор постоянного тока
Для регуляторов оборотов мотора постоянного тока можно использовать эту, показанную выше схему. Здесь нет необходимости использовать управляющие транзисторы. Mosfet могут быть подключены параллельно, добавив один 30-ти омный резистор к затвору каждого транзистора. Плату можете скачать в архиве.
Простые зарядные устройства с ручной регулировкой
Начнем с простых устройств, позволяющих вручную регулировать параметры зарядки. Поскольку большинство аккумуляторных батарей легковых автомобилей имеет емкость не более 100-120 Ач, зарядного устройства, обеспечивающего ток до 10 ампер, будет вполне достаточно.
Простой регулятор с балластными конденсаторами
Сделать такое зарядное устройство, не имеющее дефицитных деталей, сможет каждый, умеющий пользоваться мультиметром и держать в руках паяльник. Взглянем на схему, приведенную ниже.
Схема простого зарядного устройства с балластными конденсаторами
Устройство состоит из понижающего трансформатора Tr1, мощного выпрямителя, собранного на диодах VD1-VD4 и набора конденсаторов разной емкости С1-С4. Каждый из конденсаторов может включаться в цепь питания трансформатора при помощи отдельного выключателя S2-S4. Емкости конденсаторов подобраны так, что каждый последующий обеспечивает выходной ток ЗУ вдвое больший, чем предыдущий.
В зависимости от номинала и количества подключенных конденсаторов будет изменяться выходное напряжение, а значит, и зарядный ток. Комбинируя конденсаторы выключателями S2-S4, можно изменять зарядный ток от 1 до 15 А с шагом 1 А, что более чем достаточно для зарядки любой АКБ.
Напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, подключенной к клеммам XS2, XS3, можно контролировать при помощи вольтметра PU1. Величину зарядного тока покажет амперметр PA1. Выключателем питания служит тумблер S1.
В конструкции можно использовать любой сетевой трансформатор (можно самодельный), обеспечивающий ток не менее 10 А при выходном напряжении 22-24 В. Диоды Д305 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на прямой ток не менее 10 А и выдерживающие обратное напряжение не ниже 40 В. Диоды выпрямительного моста необходимо установить на изолированные друг от друга радиаторы с площадью рассеяния не менее 100 см 2 каждый.
Важно! Если полупроводники будут устанавливаться на один общий радиатор, то это нужно делать через изолирующие слюдяные прокладки. При этом рассеиваемая площадь радиатора выбирается не менее 300 см 2 .
Конденсаторы C2-C4 – неполярные, бумажные, рассчитанные на рабочее напряжение не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБГЧ, МБГО, КБГ-МН, МБМ, МБГП, которые широко использовались в качестве фазосдвигающих для асинхронных двигателей бытовой техники. На месте PU1 может работать любой вольтметр постоянного тока с пределом измерения 30 В. PA1 – амперметр с пределом измерения 20-30 А, в качестве которого удобно использовать любой микроамперметр с соответствующим шунтом.
С плавной регулировкой тока зарядки
Следующая схема сложнее, где в качестве регулирующего элемента использует тиристор. Преимущество данной конструкции – плавная регулировка выходного напряжения, а значит, и зарядного тока. Диапазон регулировки – 0-10 А. Принцип работы СЗУ – фазоимпульсное управление ключом (тиристором).
Как только конденсатор зарядится до определенной величины, откроется аналог однопереходного транзистора, собранный на элементах VT1, VT2. Конденсатор быстро разрядится через управляющий электрод тиристора, последний откроется и будет находиться в таком состоянии до окончания этой полуволны. При появлении следующей процесс повторится.
Таким образом, при каждой полуволне тиристор будет открываться с той или иной задержкой (зависит от времени заряда конденсатора С2), отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет приложено к клеммам аккумулятора, а значит, и зарядный ток будет ниже.
Амперметр PA1 – любой с током полного отклонения 10 А. Вместо мощных выпрямительных диодов Д245 подойдут любые из серий КД213, КД203, Д245, КД210, Д242, Д243, выдерживающие ток не менее 10 А и обратное напряжение на ниже 50 В. Их необходимо установить на радиаторы площадью не менее 100 см 2 . Тиристор КУ202В можно заменить на КУ202Г-Е и даже на Т-160 или Т-250. Он тоже устанавливается на радиатор.
Полезно! Если выходное напряжение трансформатора несколько выше 22 В (скажем, 24-28 В), то можно использовать и его. Единственное, при этом необходимо номинал резистора R5 увеличить до 200 Ом.
С зарядкой ассиметричным током
Это зарядное устройство имеет предел регулировки тока от 0 до 10 А и производит зарядку ассиметричным током, при котором определенное время батарея заряжается, а остальную часть – разряжается током около 600 мА. Это существенно продлевает жизнь АКБ и предотвращает сульфатацию.
Здесь регулировка зарядного тока производится по высокому переменному напряжению при помощи симметричного тиристора (симистора). Принцип регулировки тот же, что и в предыдущей схеме, – фазоимпульсное управление. Но схема регулятора выглядит и работает несколько иначе.
В начале положительной полуволны зарядка конденсатора С2 происходит через резистор R3 и диод VD1 диодного моста VD1-VD4. Как только конденсатор зарядится до напряжения зажигания газоразрядной лампы HL1 (время зарядки зависит от положения движка переменного резистора R1), последняя зажжется. Конденсатор быстро разрядится через управляющий электрод симистора, и он откроется, подавая напряжение на сетевую обмотку понижающего трансформатора Т1.
В таком состоянии симистор будет находиться до окончания полупериода. При отрицательной полуволне конденсатор будет заряжаться через резистор R5 и диод VD2. При этом полярность напряжения будет противоположной предыдущей. Снова разряд в лампе, тиристор открывается, пропуская на обмотку уже отрицательную полуволну.
Любопытно! Резисторы R3 и R5 исполняют еще одну немаловажную роль. Они попеременно через диоды VD3 и VD4 шунтируют сетевую обмотку трансформатора. Это предотвращает закрывание симистора сразу после короткого открывающего импульса на время, пока ток в обмотке Т1, являющейся индуктивной нагрузкой, не установится выше тока удержания симмитричного тиристора.
Пониженное напряжение, величина которого зависит от положения движка R1, выпрямляется диодами VD5, VD6 и подается на клеммы аккумуляторной батареи, производя ее зарядку выбранным нами током. После закрытия симистора и до следующего его открытия батарея разряжается через нагрузочный резистор R6, обеспечивающий разрядный ток порядка 600 мА.
Зарядный ток можно контролировать при помощи амперметра PA1, прибор PV1 показывает напряжение на клеммах АКБ.
Важно! Устанавливая величину зарядного тока по амперметру, необходимо учитывать и ток (600 мА), протекающий через резистор R6. То есть, если мы установим на приборе 6 А, фактический зарядный ток, протекающий через АКБ, будет составлять 6 – 0.6 = 5.4 А.
О деталях. В качестве сетевого подойдет любой трансформатор соответствующей мощности (выдаваемый ток не менее 10 А) с выходным напряжением 20 В и отводом от середины. Если вторичная обмотка не имеет отвода от середины, то можно использовать выпрямитель, собранный по мостовой схеме. Диоды VD5, VD6 – любые мощные выпрямительные на ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В.
VD1-VD4 можно заменить на любые выпрямительные, выдерживающие ток не менее 200 мА и напряжение 300 В. Конденсаторы С1, С2 – пленочные или бумажные, неполярные. Симистор можно заменить на КУ208В. Амперметр PA1 имеет предел измерения 15-20 А, вольтметр PV1 – 20 В. Мощные выпрямительные диоды VD5, VD6 и симистор VS1 необходимо установить на радиаторы. При этом диоды можно установить на общий радиатор без изолирующих прокладок. Диоды VD1-VD4 в радиаторе не нуждаются.
Схемы регуляторов тока на микросхемах
Выше мы рассмотрели несколько схем зарядных устройств с ручной регулировкой. Основной их недостаток – отсутствие стабилизации. В процессе зарядки АКБ ток через нее уменьшается, а это значит, что придется постоянно контролировать и подстраивать этот параметр. Но построить стабилизированный источник питания ненамного сложнее. Для начала несколько схем регулятора тока для зарядного устройства со стабилизацией, которые можно использовать для построения стационарных ЗУ.
Стабилизатор
Эта схема позволяет заряжать шести- и двенадцативольтовые батареи током одной, заранее установленной стабильной величины до 10 ампер.
Стабилизатор тока для зарядного устройства
Сердцем узла является интегральный стабилизатор напряжения, включенный по схеме токовой стабилизации. Величина зарядного тока будет зависеть от номинала резистора R4, который можно рассчитать по формуле:
I = 1. 2/R ,
- I – необходимый зарядный ток в А;
- R – номинал резистора R4 в Ом.
Поскольку сама по себе микросхема КР142ЕН12А маломощная, для обеспечения большей мощности используются транзисторные ключи T1 и T2, включенные параллельно. Резисторы R1 и R2 – токовыравнивающие. Они компенсируют разброс параметров транзисторов.
Несмотря на токовыравнивающие резисторы желательно подбирать транзисторы с как можно более близкими коэффициентами передачи.
Резисторы R1, R2, R4 изготавливаются из отрезков обмоточного провода необходимой длины, которые для большей компактности свернуты в спираль. Транзисторы VT1 и VT2 можно установить на один общий радиатор без изолирующих прокладок. Площадь рассеяния радиатора – 300 см 2 . Если на место R4 установить мощный реостат сопротивлением 0.8 Ом, то легко получить регулируемый стабилизатор.
Регулятор-стабилизатор
Эта схема является регулируемым стабилизатором и в отличие от предыдущей имеет более высокий КПД, поскольку рассеиваемая мощность на токозадающем резисторе намного меньше из-за его низкого сопротивления.
Узел собран на операционном усилителе LM358 и полевом транзисторе IRFZ44. Регулировка зарядного тока производится при помощи переменного резистора R3. Резистор R5 является токозадающим.
При указанных на схеме номиналах R5 регулировка будет производиться в диапазоне 0 … 8 А. Если необходимы большие величины, то номинал резистора нужно уменьшить.
На месте T1 может работать транзистор STP55NF06, стабилитрон 1N4734A заменим на любой маломощный с напряжением стабилизации 5.6 В. Отечественные аналоги микросхемы LM358 – КР1401УД5, КР1053УД2, КР1040УД1. Полевой транзистор устанавливаем на радиатор.
Регулятор тока и напряжения
Регулятор напряжения собран на транзисторах Т1 Т2 и регулируемом стабилитроне D1 по схеме обычного параметрического стабилизатора. Величина выходного стабилизированного напряжения регулируется при помощи переменного резистора P1. Стабилизатор-регулятор тока выполнен на интегральном стабилизаторе напряжения DD1 и мощном полевом транзисторе T3. Регулировка осуществляется при помощи переменного резистора P2. Схемы обоих узлов классические и особых пояснений не требуют.
Единственное, скажем пару слов о назначении светодиодов Led1 и Led2. Они служат для индикации правильного подключения СЗУ к аккумуляторной батарее. Если полярность верная, то загорится индикатор Led1: можно подключать зарядное устройство к сети и начинать зарядку. Если полярность перепутана, то загорится Led2. Пока прибор не включен в сеть, ему ничего не грозит. Просто меняем полярность на правильную.
Полезно! Зарядка батареи производится следующим образом. Резистором P1 устанавливаем конечное напряжение зарядки (14.5 В), резистором P2 – начальный ток заряда (0.1 от емкости батареи). В процессе зарядки АКБ напряжение на ее клеммах будет увеличиваться, и как только оно достигнет установленного нами значения, ток зарядки упадет до 100-200 мА, процесс закончен.
В устройстве вместо моста KBPC2510 можно использовать любые мощные выпрямительные диоды (VD1-VD4), выдерживающие ток не менее 15 А и обратное напряжение 50 В. Транзистор TIP35C можно заменить на КТ867А, TIP41С – на КТ805 или КТ819. Диоды и транзисторы нужно установить на радиаторы площадью не менее 100 см 2 каждый. Если используется мост, то он тоже должен иметь радиатор. Аналоги управляемого стабилитрона TL431 – КР142ЕН19А, К1156ЕР5Т, KA431AZ, LM431BCM, HA17431VP, IR9431N.
Интегральный стабилизатор напряжения L7812CV заменим на LM7812CT, UA7812CKC KA7812A, MC7812CT, КР142ЕН8Б. Полевой транзистор IRFP250 можно заменить на IRFP260. Ему тоже нужен радиатор. Светодиоды – любые индикаторные, желательно разного цвета свечения.
Подведем итоги
Простое зарядное устройство
Зарядное устройство из готовых узлов
Зарядное устройство с автоматическим отключением
Спасибо, помогло! 37
Как защитить блок питания от КЗ и перегрузок
Как сделать самодельный регулируемый блок питания – подборка схем
Как и чем можно зарядить аккумулятор автомобиля если нет зарядника
Как сделать беспроводную зарядку для телефона своими руками?
Как зарядить батарею шуруповерта без родной зарядки
Здравствуйте Алексей! Зашёл я на сайт и увидел схемы выложенные Вами, они мне понравились, особенно первая, по простоте исполнения, на конденсаторах! Но решил я сделать последнюю, на IRPF250! Купил всё, что надо, начал собирать и упёрся в недоумение, так-как электронщик с меня никакой и понимание процессов у меня на уровне 2+. Я не пойму как мне впаивать L7812cv, по схеме 1 ножка на минусе, а это вход, 2 минус, идёт на резистор, а 3 выход и я в ступоре! Там ошибка или я тупой. Если можно ответьте пожалуйста!
Просто схемотехническое решение немного непривычное – стабилизатор напряжения работает в стабилизаторе тока.
1 ножка – это не вход, вход 3 ножка.
выход вторая а 1 – общий.
Здравствуйте! Спасибо за ответ, я смотрю и на схемах исправили! Просто я всю жизнь водителем работал и для меня схемотехническое решение непонятное, это как включить правый сигнал поворота, а повернуть на лево, ты в норме, а те кто сзади тебя, в шоке. Ещё раз спасибо, буду дальше собирать.
IRFP250! Я ошибочно написал IRPF250.
Молодец Автор с Большой буквы. Просто на пальцах доходчиво. Читаю и балдею. Вот бы мне таких учителей в детстве встретить… С Большим уважением из Нижнего Новгорода.
В схеме с lm358 4-я нога не подключена
Всем привет. Зарядка на тиристоре самое надежное зарядное и самое полезное для аккумулятора. Собрал не один экземпляр данной схемы, схема и печатная плата зарядного на тиристоре КУ202
С ув. Эдик
Здравствуйте Алексей. На зарядном устройстве Электроника отсутствует регулятор напряжения. Выходное напряжение на нем 16.5 вольт,что для гелевых аккумуляторов слишком высокое. Подскажите пожалуйста схему подходящего регулятора напряжения ,который можно было бы встроить в схему ЗУ.
Заранее спасибо.
Здравствуйте, здесь важно чтобы ток был не большим, если аккумулятор при этом не кипит и нормально себя ведёт, то вполне можно использовать и его. Вы напряжение под нагрузкой меряете? Если на холостом ходу, то это ни о чём не говорит.
Устройство позволяет регулировать напряжение и ток в мощных нагрузках – яркость ламп, обороты вентилятора, подогрев стекла или сидения и т.д.
Наличие мощных полевых транзисторов с сопротивлением сток-исток в открытом состоянии до 0,005 Ом позволяет в ключевом режиме управлять токами в десятки ампер без существенных потерь на нагрев.
Схем, позволяющих реализовать данные устройства много, но они в основном рассчитаны на подключение нагрузки между плюсом источника питания и стоком регулирующего транзистора. Примеры двух таких схем приведены ниже.
Простая схема ШИМ.
Схема ШИМ на микросхеме TL494.
Как известно, в автомобиле один контакт большинства нагрузок постоянно соединен с корпусом, а управление осуществляется по цепи плюса. Это не позволяет применять приведенные выше и аналогичные им схемы ШИМ. Нужно или использовать р-канальные полевые транзисторы, а выбор их существенно меньше чем n-канальных, или изменять схему.
Для управления полевым n-канальным транзистором ему на затвор нужно подать положительное относительно истока напряжение, как правило от 4в до 20В. Если у нас нагрузка будет подключена между истоком и корпусом, то потенциал истока относительно корпуса, при открытом транзисторе, будет равен почти 12В. Значит, для эффективного открывания полевика на затвор нужно подавать напряжение около 24В относительно корпуса.
За основу для реализации такого устройства была взята схема отсюда. Заменен операционный усилитель и транзисторы на более распространенные. Для получения напряжения 24…28В при макетировании я использовал дополнительный блок питания на 24В. Можно использовать готовый повышающий DC/DC преобразователь, например, такой:
Схема устройства приведена ниже:
На операционном усилителе ОР1 собран генератор прямоугольных импульсов. Я применял LM358 и LM1458. Разницы в данной схеме никакой, работают одинаково. Переменным потенциометром R1 можно изменять скважность импульсов (соотношение периода и длительности). Импульсы с выхода ОУ поступают на первый транзистор драйвера управления полевиком. Положительные импульсы открывают его. Через открытый VT1 минус поступает на базу p-n-p транзистора VT2 и также открывает его. Через отрытый VT2 плюс 24В поступают на затвор полевика. Потенциал истока +12В. Потенциал затвора +24В. На затворе на +12В выше чем на истоке. Это надежно открывает VT3 и через нагрузку течет ток. Время протекания тока через VT3, а значит и мощность в нагрузке, определяется скважностью импульсов генератора на ОУ1. Скважность импульсов можно плавно изменять потенциометром R1 что позволяет изменять мощность в нагрузке от 0 до максимума.
При работе ШИМ на индуктивную нагрузку (например, электродвигатель постоянного тока) для дополнительной защиты выходного транзистора от скачков напряжения параллельно двигателю нужно ставить диод в обратной полярности.
Для испытаний изготовлен макет.
Ниже показаны результаты испытаний.
Напряжение в нагрузке регулируется плавно от 0 до 11,16 В при напряжении источника питания 12,1 В. Потери на нагрев незначительные. При токе около 4 А температура полевика без радиатора около 40 градусов. Очевидно, что при правильном выборе полевого транзистора и организации его охлаждения схему можно успешно применять для регулировки токов десятки ампер. Ниже для информации приведена таблица с данными распространенных MOSFET n-канальных полевых транзисторов для установки в эту схему.
Материал статьи продублирован на видео:
Читайте также: