Ака касьян схема зарядки для шуруповерта

Доработка зарядного устройства шуруповерта

Шуруповерт — незаменимый инструмент, но обнаруженный недостаток заставляет подумать о том, чтобы внести кое-какие доработки и улучшить схему его зарядного устройства. Оставив шуруповерт зарядиться на ночь, автор этого видео блогер AKA KASYAN наутро обнаружил нагрев акб непонятного происхождения. Притом нагрев был достаточно серьезным. Это не нормально и резко сокращает срок службы аккумулятора. К тому же опасно с точки зрения пожаробезопасности.

Разобрав зарядное устройство, стало ясно, что внутри простейшая схема из трансформатора и выпрямителя. В док-станции всё было еще хуже. Индикаторный светодиод и небольшая схема на одном транзисторе, которая отвечает только за срабатывание индикатора, когда в док-станцию вставлен акб.
Никаких узлов контроля заряда и автоотключения, только блок питания, который будет заряжать бесконечно долго, пока последний не выйдет из строя.

Поиск информации по проблеме привел к выводу, что почти у всех бюджетных шуруповёртов точно такая же система заряда. И лишь у дорогих приборов процессор на управлением реализована умные системы заряда и защит как на самом заряднике, так и в аккумуляторе. Согласитесь, это ненормально. Возможно, по мнению автора ролика, производители специально используют такую систему для того чтобы аккумуляторы быстро выходили из строя. Рыночная экономика, конвейер дураков, маркетинговая тактика и прочие умные и непонятные слова.

Давайте доработаем это устройство, добавив систему стабилизации напряжения и ограничения тока заряда. Аккумулятор на 18 вольт, никель-кадмиевый с емкостью в 1200 миллиампер часов. Эффективный ток заряда для такого акб не более 120 миллиампер. Заряжаться будет долго, но зато безопасно.

Давайте сначала разберемся, что нам даст такая доработка. Зная напряжение заряженного аккумулятора, мы выставим на выходе зарядника именно это напряжение. И когда аккумулятор будет заряжен до нужного уровня, ток заряда снизится до 0. Процесс прекратится, а стабилизация тока позволит заряжать аккумулятор максимальным током не более 120 миллиампер независимо от того, насколько разряжен последний. Иными словами мы автоматизируем процесс заряда, а также добавим индикаторный светодиод, который будет гореть в процессе заряда и погаснет в конце процесса.

Все нужные радиодетали можно приобрести дешево — в этом китайском магазине.
Схема узла.

Итак, мы знаем, что по схеме будет протекать ток около 120 миллиампер. Это не очень большой ток, поэтому на микросхему не нужно устанавливать теплоотвод. Работает такая система достаточно просто. Во время зарядки образуется падение напряжения на резисторе r1, которого хватит для того, чтобы высвечивался светодиод и по мере заряда ток в цепи будет падать. После некоторой величины падения напряжения на транзисторе будет недостаточное светодиод попросту потухнет. Резистор r2 задает максимальный ток. Его желательно взять на 0,5 ватт. Хотя можно и на 0,25 ватт. По данной ссылке можно скачать программу для расчёта микросхемы.


Теперь проверим собранный блок. Как видно, даже при закороченном выходе ток не будет более 130 миллиампер. И это независимо от напряжения на входе, то есть ограничение тока работает как надо. Монтируем собранную плату в док-станцию. В качестве индикатора окончания заряда поставим родной светодиод док-станции, а плата с транзистором больше не нужна.
Выходное напряжение тоже в пределах установленного. Теперь можно подключить аккумулятор. Светодиод загорелся, пошла зарядка, будем дожидаться завершения процесса. В итоге можно с уверенностью сказать что мы однозначно улучшили эту зарядку. Аккумулятор не нагревается, а главное его можно заряжать сколько угодно, поскольку устройство автоматически отключается, когда аккумулятор будет полностью заряжен.

Источник

Схемы зарядных устройств для шуруповерта на 12 и 18 вольт

Срок службы механической части аккумуляторного шуруповерта намного превышает период эксплуатации батареи и зарядного устройства. В случае с выходом из строя АКБ особой альтернативы нет. Аккумулятор подлежит замене, попытки восстановления далеко не всегда заканчиваются удачно и длительного эффекта не дают. Вышедшее из строя (или утерянное) зарядное устройство можно заменить самодельным блоком.

Принцип работы зарядного устройства

Зарядное устройство предназначено для пополнения энергией аккумуляторной батареи (или единичного элемента). Происходит это посредством пропускания постоянного (или импульсного однополярного) тока через АКБ. В гальваническом элементе (батарейке) химическая реакция, в результате которой возникает ЭДС, происходит самопроизвольно. В аккумуляторе эта реакция является возобновляемой и инициируется прохождением тока. Электрическая энергия превращается в химическую, а затем снова в электрическую.

Чтобы заставить процесс протекать, ток должен идти по направлению из источника к аккумулятору. Для этого выходное напряжение источника должно превышать напряжение на заряжаемом элементе, а ток заряда должен ограничиваться:

  • на уровне 0,1-0,2С (номинальной емкости аккумулятора) – самый благоприятный режим для АКБ, но занимает много времени;
  • в пределах от 0,2С до 0,35С – заряд происходит примерно в два раза быстрее, режим считается приемлемым;
  • заряд током около 1С позволяет очень быстро пополнить запас энергии, но плохо влияет на срок службы АКБ – элемент может перегреться или выйти из строя даже в процессе зарядки.

Для NiCd и NiMH аккумуляторов в профессиональных зарядных устройствах применяется реверсивный режим – длительный импульс заряда чередуется с коротким импульсом разряда. Так снимается вредный «эффект памяти», снижающий фактическую емкость АКБ.

Кроме формирования постоянного тока и потребного напряжения, зарядное устройство должно позволять контролировать эти параметры с помощью встроенных вольтметра и амперметра, и иметь возможность их регулировки. Еще лучше поддерживать эти характеристики автоматически, формируя наиболее благоприятный режим заряда аккумулятора.

Виды электрических схем ЗУ

Сделать зарядное устройство для шуруповерта можно самостоятельно. Для этого понадобится схема, набор электронных компонентов, паяльник с расходными материалами и определенные навыки и квалификация.

Перед выбором схемы надо учесть несколько моментов:

  • импульсное зарядное устройство легче, компактнее, у него выше КПД, но оно сложнее в сборке и наладке;
  • если режим зарядки и контроль ее завершения будет поддерживаться автоматически, то для NiCd, NiMH и Li-ion аккумуляторов алгоритм будет различаться – для первых двух типов зарядка производится стабилизированным током, литий-ионный заряжается по двухступенчатой (в некоторых случаях – трехступенчатой) схеме.

Номинальный ток ЗУ определяется мощностью элементов силовой цепи (трансформаторов, диодов, транзисторов), и их надо подбирать в соответствии с необходимостью.

На 12 вольт

Схема простого зарядного устройства на 12 вольт, в котором параметры зарядки надо поддерживать вручную, не требует высокой квалификации для сборки и не нуждается в наладке.

Ток устанавливается потенциометром, параметры контролируются по амперметру и вольтметру. Трансформатор можно подобрать готовый, с напряжением на вторичной обмотке 12-15 вольт – например, ТПП-48 или ТПП-201-208. Параметры других элементов, от которых не зависит максимальный ток, указаны на схеме. Остальные выбираются в зависимости от потребного выходного тока.

Элемент Требуемый ток Тип
VD1-VD4 До 1 А 1N4001 (1N400X)
1А и выше 1N5400 (1N540X)
VT1 До 1 А КТ815
1А и выше КТ829

По мере снижения зарядного тока его надо подстраивать до выбранного значения. Если производится зарядка током до 0,2С, процесс может занять до 16 часов, поэтому ручное поддержание параметров крайне неудобно.

Зарядные устройства с автоматическим поддержанием параметров и алгоритмами, соответствующими типу аккумулятора, часто строят на микроконтроллерах. Схемы и прошивки можно найти в сети.

Также зарядные устройства строят на специализированных микросхемах. В качестве примера приведена схема зарядного устройства на MAX713 для никель-кадмиевых аккумуляторов. Очевидно, что схема достаточно сложна, но она универсальна (для различных напряжений), имеет режим тренировочного цикла и обеспечивает оптимальный режим зарядки, а также своевременное ее завершение. Это приводит к увеличению срока службы батарей.

На 18 вольт

Принципиально схемы зарядных устройств для шуруповертов на 18 вольт не отличаются от 12-вольтовых. В большинстве случаев они приводятся к нужному номиналу настройкой параметров или (как в приведенной выше импульсной схеме) переустановкой перемычек. В схеме простого зарядного устройства достаточно применить трансформатор с большим выходным напряжением. Так, ТПП-209 имеет обмотку с напряжением 20 вольт. При его использовании можно заряжать 18-вольтовые аккумуляторы.

Основы по самостоятельному изготовлению

Независимо от предпочитаемого зарядного устройства, электронные компоненты надо расположить на плате и соединить согласно схеме. Самый простой способ – применить кусочек макетной платы (беспаечную применять категорически не рекомендуется – она не сможет обеспечить надежный контакт в течение длительного времени).

Важно! В зарядном устройстве циркулируют достаточно большие токи. Все соединения (особенно в силовых цепях) должны выполняться только пайкой. Скрутки недопустимы, они приведут к локальному перегреву или даже возгоранию. Разъемные соединения также надо минимизировать.

Единственный минус макетной платы – низкая эстетическая составляющая. Если это не устраивает будущего владельца, можно изготовить печатную плату в домашних условиях. Неплохие результаты дает метод ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Ее суть в том, что рисунок платы распечатывается на лазерном принтере на специальной (или просто глянцевой журнальной) бумаге.

Потом рисунок переводится с помощью утюга на медное покрытие заготовки из фольгированного материала и травится.

Более сложный способ – с фоторезистом (жидким или пленочным). Для его реализации потребуется ультрафиолетовая лампа. Зато возможности этого метода намного выше.

Вытравить плату можно в классическом растворе хлорного железа. Более доступна и удобна другая смесь:

  • 100 мл аптечной перекиси водорода;
  • 30 грамм порошка лимонной кислоты;
  • 2-3 чайные ложки поваренной соли.

После травления любым способом плата промывается в большом количестве проточной воды, покрытие рисунка смывается растворителем. Плата сушится, в ней сверлятся отверстия, и после облуживания она готова к монтажу.

Рисунок платы можно разработать в бесплатной программе. Например, легко осваивается Sprint LayOut. При достижении определенной квалификации можно освоить более сложные программы для разработки печатных плат, но их придется приобрести или воспользоваться бесплатными версиями с урезанными возможностями (их достаточно, чтобы закрыть 90% потребностей домашнего мастера). При разработке платы надо предусматривать возможность установки мощных транзисторов и диодов на радиаторы. Для этого должно быть предусмотрено место на плате, либо элементы располагают на краю – чтобы привинтить их на внешние теплоотводы.

Рекомендуем к просмотру: Зарядное для шуруповерта из того, что было в доме.

Если схема позволяет крепить силовые элементы непосредственно на радиатор, то транзисторы или диоды надо сажать на теплопроводящую пасту. Если не позволяет – через изолирующие слюдяные или упругие прокладки. По окончании сборки надо изготовить корпус для устройства или сделать его самостоятельно. На передней панели располагают органы управления и индикации. Для подключения аккумуляторов можно смонтировать посадочное место с контактами от вышедшего из строя ЗУ.

Устройство для зарядки аккумуляторов шуруповерта несложно собрать самостоятельно. Схему (и, соответственно, уровень автоматизации) надо выбирать под собственную квалификацию.

Источник

Поделки своими руками для автолюбителей

Зарядное Устройство для любого шуруповерта и не только

В этой статье рассмотрим проект универсального источника питания, который может быть использован в качестве зарядного устройства для портативных электроинструментов и не только.

Особенность такого источника заключается в том, что он относительно простой и самое важное имеется стабилизация, как выходного напряжения, так и тока, то есть с его помощью можно заряжать и литий-ионные аккумуляторы.

Проектируя его я ставил задачу сделать универсальное, зарядное устройство для шуруповерта, поэтому диапазон выходного напряжения где-то от 11 до 17 вольт с возможностью регулировки, а ток до 1,3 ампер, также с возможностью регулировки. Этого вполне достаточно для зарядки наиболее ходовых электроинструментов 12, 14,4 и 16,8 вольта, но как уже сказал схема универсальна, выходное напряжение и ток можно сделать иными.

Устройство питается непосредственно от сети, снабжены всеми необходимыми защитами, включая защиту от коротких замыканий и перегрева.

Схема состоит из двух основных частей, сетевого понижающего импульсного блока питания и узла стабилизации тока и напряжения, за счет импульсного принципа преобразования устройство имеет высокий кпд, малые размеры и вес.

Источник питания построен на основе специализированной микросхемы TNY267 или 268, именно от выбора микросхемы зависит мощность зарядного устройства — это целая линейка специализированных микросхем, которые находят широкое применение во всевозможных зарядных устройствах и адаптеров питания.

Самая мощная из этой линейки TNY268 на основе которой можно построить блоки с мощностью до 23 ватт, фактически схема сетевого преобразователя может быть любой, хоть на сотни ватт, если в этом есть необходимость, важно чтобы преобразователь имел линию обратной связи.

Как мы знаем, для того чтобы обеспечить полноценную стабилизацию тока и напряжения, шим контроллер, на основе которого построен преобразователь, должен иметь два усилителя ошибки, например TL494. Особенностью нашей схемы является то, что стабилизация тока и напряжение реализованы через один единственный канал обратной связи, но вернемся к нашей микросхеме TNY268 — она выбрана неспроста, во-первых блоки питания на основе данных микросхем имеют минимальную обвязку и самое главное импульсный трансформатор имеет всего две обмотки, сетевая и вторичная.

Дополнительной обмотки мотать в данном случае не нужно, к тому же в самой микросхеме уже есть всё необходимое для работы, включая полноценный шим контроллер, система защиты и даже силовой транзистор это удобно и дешево.

Я сделал несколько источников питания используя микросхемы, как TNY267 так и 268, работают аналогично хорошо.

Вторая часть зарядки состоит из сдвоенного операционного усилителя lm358, источника опорного напряжения tl431 и мелочевки, имеется пара подстроечных резисторов для регулировки тока и напряжения.

Этот узел наиболее важен, поскольку им можно дополнить любой другой блок питания любой мощности и получить регулируемое по току и напряжению зарядное устройство.

Давайте подробно рассмотрим, как работает этот узел… Первый канал операционного усилителя задействован для стабилизации тока, второй для напряжения, в схеме стабилизации тока имеется токовый шунт, в нашем случае представляющий собой низкоомный, 2-ватный резистор R6.

Опорное напряжение 2,5 вольта задается микросхемой tl431, тут она работает чисто как стабилитрон. Резистор R15 задаёт ток стабилизации, в зависимости от запланированного выходного напряжения необходим пересчёт данного резистора таким образом, чтобы ток стабилизации был в районе 5-10 максимум 20 миллиампер — плюс минус.

Опорное напряжение, через резистивный делитель, подается на инверсный вход операционного усилителя, притом важно заметить что один из резисторов делителя — подстрочный, вращая его мы можем изменять опорное напряжение на инверсном входе операционника.

На прямой вход, того же канала операционного усилителя поступает падение напряжения с датчика тока, при подключении нагрузки на выход источника по шунту будет протекать определенный ток, что приведет к образованию падения напряжения на нём — это напряжение поступит на прямой вход операционного усилителя, где оно будет сравнено с опорным напряжением на другом входе, если падение напряжения на шунте большие опорного напряжения, на выходе операционного усилителя получим высокий уровень — засветятся соответствующий светодиод и одновременно светодиод оптопары, которая задействована тут в цепи обратной связи.

Микросхема TNY моментально отреагирует на это и её внутренней транзистор меньше времени будет находиться в открытом состоянии, следовательно меньше мощности пойдет в трансформатор.

Разумеется при этом уменьшится ток во вторичной цепи, следовательно уменьшится падение напряжения на датчики тока до тех пор, пока напряжение на входах операционного усилителя не уравняться. Точно таким же образом работает функция стабилизации напряжения, которая построена на втором канале операционного усилителя, только на сей раз с опорным напряжением сравнивается часть выходного напряжения, свечение 2 светодиода говорит о том, что блок работает как стабилизатор напряжения, то есть наш источник работает либо, как стабилизатор напряжения, поддерживая выставленное, выходное напряжение, либо в качестве стабилизатора тока, ограничивая выходной ток на заданном уровне, но тут есть один недостаток о котором поговорим в конце.

Подстроечные резисторы — позволят изменять выходные параметры, делители в опорных цепях и датчик тока, рассчитаны именно для указанных параметров, если вам нужны иные значения напряжения и тока придётся пересчитать опорные цепи, но перед тем, как это сделать нужно понять, что всё упирается в мощность преобразователя и выше 23 ватт снимать нельзя, если использована микросхема TNY268 и имеется хорошее охлаждение.

Используя закон ома можно понять позволит ли микросхема построить источник с вашими требованиями, если нет, то можно использовать иную, более мощную схему преобразователя, а узел стабилизации и тока оставить этот.

Трансформатор, сперва важно указать, что наша микросхема работает на фиксированной частоте в 132 килогерца, в моём источнике применен ШЕ-образный, ферритовый трансформатор с начальная проницаемостью 2300, данные намотки указаны именно для этого трансформатора, в случае иных сердечников, обмотки нужно пересчитать, сделать это можно с помощью специализированных программ и приложений для расчета трансформаторов, однотактных обратно-ходовых источников питания.

Необходимо также заметить о наличии не магнитного зазора между половинками сердечника, в данном случае зазор около 0,3-0,4 миллиметров.

Как на плате, так и на схеме, точками указаны начала намотки обмоток, если перепутать, работать схема не будет. Для того, чтобы ничего не путать начало намотки желательно промаркировать, например одевая термоусадку на провод.

Обмотки мотаются в одинаковом направлении, например по часовой стрелке, для начала на голой каркас мотается половина первичной обмотки, вообще можно и всю обмотку сразу, но так правильнее. Обмотку мотаем послойно, каждый слой изолируем, например карбоновым, термостойким скотчем, одного-двух слоев изоляция хватит.

После намотки и половины первичной обмотки мотаем всю вторичную обмотку целиком, тоже послойно, если она полностью не влезет в один ряд, далее поверх вторичной обмотки ставим изоляцию слоев так 3-4 и мотаем остальную половину первичной обмотки, тем же способом, что и первую половину.

В итоге у нас получается четыре отвода от первичной обмотки, каждые два провода являются цельной обмоткой и начало каждой обмотки мы промаркировали, теперь берём начало одной обмотки и соединяем с концом другой, получим отвод, который в схеме использоваться не будет, как итог мы получаем одну, цельную, первичную обмотку.

Теперь необходимо собрать трансформатор, не забывая о зазоре между половинками сердечника, для получения зазора можно взять к примеру чек от банкомата, вырезать полоску, сложить вдвое и установить под центральным или крайними краями сердечника.

Далее, стягиваем половинки сердечника скотчем и устанавливаем трансик на плату.

После полной проверки схемы на работоспособность, половинки сердечника для надежности, можно заклеить клеем.

Выходной дроссель в моем случае намотан на ферритовой гантельки и имеет индуктивность около 15 микрогенри, использован провод 0,7 миллиметров, но практика показала, что дроссель можно вовсе исключить, просто поставив перемычку, на работу это никак не повлияло.

То же самое можно сказать и о сетевом фильтре, так как блок маломощный, особо сильно гадить в сеть он не будет, но естественно с фильтром — правильней.

Идём дальше, в делителях напряжения необходимо использовать точные и стабильные резисторы с допуском 1 процента и меньше, но в любом случае будет некоторый разброс и идеально рассчитать выходное напряжение и ток довольно трудно, но в схеме у нас имеются подстроечные резисторы, которые позволят очень точно выставить выходные параметры источника.

Используя этот принцип можно пересчитать блок под ваши нужды, снять больший ток, большее напряжение, да хоть пуско-зарядное можно сделать, но о нём поговорим в следующих статьях.

Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.

Если устройство будет работать в герметичном корпусе, без вентиляционных отверстий, то мощность источника необходимо снизить, а на микросхему с применением теплопроводящего клея желательно приклеить небольшой теплоотвод.

Недостатком данных схем является то, что стабилизация тока работать не будет, если на выход схемы не подключен заряжаемый аккумулятор, это происходит по той причине, что при подключении нагрузки, схема автоматически уменьшает выходное напряжение, чтобы поддерживать заданный ток, в какой то момент выходного напряжения становится недостаточным для питания операционного усилителя и опорного источника.

Если же к выходу подключён аккумулятор, то ранее упомянутые узлы будут питаться от самого аккумулятора, то есть выставить ток заряда необходимо только при подключенном аккумуляторе, именно аккумулятор, а не другая нагрузка.

Фактически вторую часть схемы можно прикрутить к любому импульсному источнику с обратной связью.

Как происходит зарядка думаю вы уже поняли, в холостую без подключенного аккумулятора вращением резистора R11 нужно выставить напряжение окончания заряда, например для трёх последовательно соединенных банок литий-ионных аккумуляторов — это напряжение составляет 12,6 вольта.

В холостую у нас будет светиться зеленый светодиод, что говорит о работе блока в режиме стабилизации напряжения, далее подключается разряженный аккумулятор, вращением подстрочника R5, выставляем ток заряда. При этом зеленый светодиод потухнет и засветится красный, блок работает в режиме стабилизации тока по мере заряда аккумуляторной батареи, когда ток будет меньше, чем за данный лимит, красный светодиод потухнет и засветится зеленый.

Важно, выходное напряжение такого источника не должно быть выше 32 вольт — это максимальное питающее напряжение для lm358, который запитан напрямую с выхода источника питания.

Минимальное, выходное напряжение может быть в районе 3 — 3,5 вольт, но лучше сделать от 5 — 6 вольт, если в этом есть необходимость.

Источник

Оцените статью
REMNABOR
Adblock
detector