Упрощенное зарядное устройство LM317

Упрощенное зарядное устройство LM317-2

Упрощенное зарядное устройство LM317 для зарядки аккумуляторов

Упрощенное зарядное устройство LM317 предназначено для заряда щелочных и обыкновенных аккумуляторных батарей емкостью до 10-15 А⋅ч. Ток заряжающего процесса имеет зафиксированное значение, а по завершению зарядки он снижается в ноль. Имеется встроенная светодиодная индикация для визуального определения степени заряженности аккумулятора и момента его окончания.

Заданное техническое условие

Один хороший товарищ попросил меня, что-то придумать такое, чтобы он мог на даче подзаряжать аккумулятор от шуроруповерта. По его описанию батарея содержит десять аккумуляторов с общей емкостью 1400 мА⋅ч. Итак, батарею необходимо заряжать от источника 12v. Аккумуляторные батареи являются никель-кадмиевыми, поэтому для их зарядки существует как минимум три варианта:

  • а) замедленный режим, с номинальным током 0,1 от емкости, полный процесс зарядки составит примерно 15 часов;
  • б) ультра быстрый с током зарядки от 1,1 до 3,9 от емкости, здесь полный цикл составит около часа;
  • в) форсированный режим с зарядным током около 0,24 от емкости продлится в пределах шести часов.
  • Исходя из таких данных можно определится, что способ а) уж очень долгий, тем более на даче, где каждый час хочется провести с пользой. А здесь такое время ждать пока он зарядится, то уже надо будет и домой собираться ехать. Воспользоваться вариантом б), то он тоже не совсем оптимален и с долей риска, при таком раскладе существует большая вероятность разрыва банок либо прихода в негодность всей аккумуляторной батареи.

    Чтобы исключить такую возможность, необходимо постоянно контролировать температуру каждой емкости, к тому же сама схема получится непростой, как минимум реализована на микроконтроллере. Потом для контроллера нужно будет подготовить программу и настроить ее. И еще необходимо учитывать то, что каждый аккумулятор способен справиться с таким режимом зарядки, в частности это касается герметичных. Оставшийся режим в) вполне устраивает, если с вечера поставить батарею заряжаться, то к утру она будет абсолютно заряжена, то есть полный заряд и отсутствие каких либо проблем.

    Исходя из этого, с токовым режимом определились, дальнейший и на мой взгляд довольно непростой этап — это подбор отметки уровня, при котором будет происходить размыкание цепи зарядки. Как правило, применяется вариант отключения с помощью таймера, когда напряжение достигает своего порогового значения по совсем незначительному спаду с полной зарядкой, по температурной составляющей. Но и здесь создается некая проблема, дело в том, что в некоторых моментах реализация данного варианта схематически представляет определенную сложность, в других является рискованным и малонадежным.

    Одним из наиболее подходящих способов — пороговое напряжение, но и в таком случае напряжение может вовсе не дотянуть до порогового значения, если какой-либо из элементов является бракованным. В связи с этим настоятельно советую в случае первичной зарядки внимательно контролировать напряжение определенной аккумуляторной батареи. В справочных изданиях дается пояснение — необходимое напряжение для полного заряда каждого элемента находится в пределах 1,46-1,49v.

    Как в любом современном электронном устройстве такого типа имеется блок индикации для визуального наблюдения за состоянием работы прибора. Я решил использовать самые необходимые функции контроля схемы. Поэтому в этой конструкции я реализовал контроль подключения к сети, работоспособность прибора, контроль зарядного тракта, существующее состояния аккумулятора. Подача сигнала звуком я посчитал не нужной, так как есть вероятность ее включения среди ночи. К тому же само упрощенное зарядное устройство LM317 должно работать таким образом, чтобы аккумуляторная батарея смогла находиться в состоянии заряда без ущерба для нее.

    Учитывая такое обстоятельство — решил, что таймер в схеме не нужен или по крайней мере можно обойтись без него. При тестировании аналогичных приборов промышленного изготовления немного удивил такой фактор. В их конструкции не предусмотрен стабилизатор тока, а в качестве ограничителя выступает внутреннее сопротивление вторичной обмотки трансформатора. Напрашивается такой вывод, что при изменении напряжения в сети, либо не будет происходить полного заряда батареи либо конкретно увеличится ток.

    Принципиальная схема и ее компоненты

    Упрощенное зарядное устройство LM317-3
    Для тех кто занимается конструированием различных электронных устройств, как я считаю, важным фактором является:

  • — простая по исполнению схема,
  • — доступная в денежном выражении,
  • — из имеющихся в свободной продаже элементов,
  • — печатная плата должна быть разведена с достаточной простотой.
  • Конечно в радиолюбительской практике лучше всего пользоваться теми деталями, которые найдутся в ваших закромах и из них пробовать собрать ту или иную конструкцию. Для изготовления зарядных устройств имеется в продаже специально для этих целей интегральная микросхема L200c — это не что иное, как стабилизатор тока и напряжения с возможностью его регулирования. Но для меня было принципиально установить в схему регулируемый стабилизатор положительного напряжения КР142ЕН12 он аналогичен LM317. У себя в загашнике отыскал трансформатор с напряжением вторичной обмотки 18v, чтобы полностью удостоверится в его работоспособности, я замерил действующее напряжение на нагрузке около 320 мА, и выяснилось что оно имеет значение ровно 16v.

    Учитывая падение в районе 10%, то это вполне нормально. Постоянные резисторы использованные в схеме выполнены в SMD-корпусе, вместо транзистора КТ503 можно ставить любой с n-p-n переходом. Сверхъяркие светодиоды у меня также были в наличии, правда их марку я установить не смог, но зато они прекрасно работают на токе 1 мА. Светодиоды можно устанавливать практически любые, но с обязательным подбором номинала постоянных резисторов R6-R9, это даст возможность установить необходимую яркость свечения светодиодов.

    Упрощенное зарядное устройство LM317 — настройка

    Упрощенное зарядное устройство LM317-4

    Не подключая пока нагрузки, подстроечным резистором R5 немного вращая его удостоверится, что выходное напряжение плавно изменяется в пределах 14v. Подбором номинала R7 R8 установить момент включения светодиода D6 при этом напряжение должно составлять примерно 14,1v. Печатная плата выполнена с учетом возможности параллельно резисторам R7 R8 установки SMD-резисторов для точной подгонки их номинала. Если использовать приведенные на принципиальной схеме номинальные значения, то подстраивать ничего не придется.

    Далее, опять же подстроечным резистором выставить выходное напряжение около 14,6v. Теперь можно подключить нагрузку 20 Ом и удостоверится в том, что значение тока в цепи нагрузки составляет около 290 мА. Затем коротнуть на секунду выход и посмотреть гасятся ли пара светодиодов, а плавкий предохранитель остается целым. Если нагрузка отсутствует, то светится должны оба светодиода, а кода подключается в цепь аккумулятор светодиод красного свечения погасает. В случае обрыва цепи заряда либо батарея оказалась не полностью заряжена, красный светодиод продолжает светиться.

    На следующем этапе нужно подключить аккумулятор и удостовериться, что светодиод красного свечения перестает светится, а зарядка выполняется как положено. Когда состояние заряда подходит к своему полному значению красный диод начинает светиться. Далее необходимо проверить значение напряжения на заряженном аккумуляторе, а в случае необходимости, подрегулировать переменным резистором R5 напряжение на выходе устройства. Опять же при обнаружении напряжения существенно отличающегося от заданного, значит в аккумуляторной батареи неисправен какой-то элемент. Нужно отыскать какой именно и поменять его на заведомо исправный.

    Заключительная информация

    Упрощенное зарядное устройство LM317 имеет возможность изменять значение тока зарядки до полутора ампер, но при этом нужно постоянно отслеживать температуру на КР142ЕН12, чтобы не было больше оптимальной. Напряжение аккумулятора может составлять 6v, 12v, 18v, 24v. Но учитывая разные напряжения, то и придется провести дополнительные настроечные работы, в частности нужно будет заменить в схеме несколько постоянных резисторов. Чтобы изменить значение тока заряда согласно одному напряжению, то эффективнее всего будет параллельно резистору R2 включить шунтирующие сопротивления.

    Габариты радиаторов охлаждения будут определяться разницей входного и выходного напряжения, а также номинального тока стабилизации. А посему не стоит фанатично увеличивать переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора, которое неизбежно спровоцирует перегрев. На данную конструкцию зарядки корпус я не делал, так как заказчик изъявил желание изготовить его самостоятельно. Но нужно помнить, что для такого устройства необходима высокоэффективная вентиляция. На фотографии это теплоотвод установлен временно, пока идет настройка, потом я его заменю.

    Во время тестирования и настроечных моментов зарядке подверглась аккумуляторная батарея с набором в 10 никель-кадмиевых элементов с емкостью 7 А⋅ч. Время затраченное на зарядку такой батареи соразмерно повышалось, тем не менее, аккумулятор зарядился полностью.

    Здесь лежит печатная плата в формате lay: Скачать lay.zip