Carregador de pulso. Esquema, descrição

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Para carregar as baterias de partida, os motoristas usam uma ampla variedade de dispositivos, a maioria dos quais são construídos com um transformador abaixador de rede. Tais dispositivos são caracterizados por eficiência relativamente baixa, grandes dimensões e peso. E se a eficiência puder ser aumentada de alguma forma, então é praticamente impossível melhorar os outros indicadores de tais dispositivos. Você pode melhorar significativamente o desempenho do carregador se construí-lo com base no princípio de um inversor de tensão de pulso.

As estações de carregamento pulsado produzidas no exterior (pela Bosch, Telwin, etc.) apresentam excelente desempenho técnico, mas são inacessíveis para a maioria dos nossos motoristas. Ao mesmo tempo, nem todo radioamador pode se dar ao luxo de fabricar tais dispositivos de forma independente, especialmente aqueles que não têm a experiência necessária na área de circuitos de pulso e na configuração de tais dispositivos.

No entanto, os carregadores de pulso não devem ser considerados intransponivelmente complexos. Assim, em [1] é descrito um dispositivo de rádio amador construído com base em um conversor flyback.

A vantagem indiscutível de tais conversores é sua relativa simplicidade e pequenas dimensões. No entanto, eles também têm desvantagens. Um dos mais graves deles é a magnetização do núcleo magnético do transformador, por isso é necessário utilizar um núcleo magnético com seção transversal 2...2,5 vezes maior que a dos conversores push-pull.

Além disso, os surtos de tensão no elemento de comutação dos conversores flyback, como regra, excedem significativamente a tensão de alimentação, o que requer a introdução de circuitos regenerativos e de supressão adicionais. As perdas de energia neles são mais perceptíveis em altas potências de saída, portanto, conversores de ciclo único são usados em unidades de potência com potência não superior a centenas de watts.

Uma bateria de chumbo-ácido normalmente é carregada de três maneiras: tensão constante, corrente constante e a chamada regra amp-hora. Carregar com tensão estável é bastante simples de implementar, mas não garante cem por cento de utilização da capacidade da bateria. Carregar de acordo com a regra do ampere-hora (de acordo com Woodbridge) pode ser considerado um método ideal, mas não é amplamente utilizado devido à complexidade do circuito.

O método de carregamento ideal é uma corrente de carregamento estável. Os dispositivos que implementam este método podem ser facilmente equipados com unidades que permitem automatizar o processo de carregamento. Este grupo de carregadores também inclui o que é descrito abaixo.

O dispositivo (ver diagrama) é baseado em um conversor de pulso de meia ponte push-pull (inversor) em poderosos transistores VT4 e VT5, controlado por um controlador de largura de pulso DA1 no lado de baixa tensão. Tais conversores, resistentes a aumentos na tensão de alimentação e mudanças na resistência de carga, provaram-se em fontes de alimentação para computadores modernos. Como o controlador PID K1114EU4 [2] contém dois amplificadores de erro, nenhum microcircuito adicional é necessário para controlar a corrente de carga e a tensão de saída.

(clique para ampliar)

Os diodos de alta velocidade VD14, VD15 protegem a junção do coletor dos transistores VT4, VT5 da tensão reversa no enrolamento I do transformador T2 e descarregam a energia de emissão de volta para a fonte de alimentação. Os diodos devem ter um tempo mínimo de ativação.

O termistor R1 limita a corrente de carga dos capacitores C4, C5 quando o dispositivo está conectado à rede. Para suprimir a interferência do conversor, é utilizado um filtro de linha C1C2C3L1. Os circuitos R19R21C12VD8 e R20R22C13VD9 servem para acelerar o processo de fechamento dos transistores chaveadores, fornecendo tensão negativa ao seu circuito base. Isso permite reduzir as perdas de comutação e aumentar a eficiência do conversor.

O capacitor C8 evita que o circuito magnético do transformador T2 seja adulterado devido à capacitância desigual dos capacitores C4 e C5. O circuito R17C11 ajuda a reduzir a amplitude dos surtos de tensão no enrolamento I do transformador T2.

O transformador T1 desacopla galvanicamente os circuitos secundários da rede e transmite pulsos de controle para o circuito básico dos transistores de comutação. O enrolamento III fornece controle de corrente proporcional. A utilização do isolamento do transformador possibilitou a operação segura do dispositivo.

O retificador de corrente de carga é feito nos diodos KD2997A (VD10, VD11), capazes de operar em uma frequência operacional relativamente alta do conversor.

O resistor R25 é um sensor de corrente. A tensão deste resistor, aplicada à entrada não inversora do primeiro amplificador de erro do controlador DA1, é comparada com a tensão em sua entrada inversora, definida pelo resistor R2 “Corrente de Carga”. Quando o sinal de erro muda, o ciclo de trabalho dos pulsos de controle, o tempo de abertura dos transistores chaveadores do inversor e, portanto, a potência transmitida à carga muda.

A tensão do divisor R23R24, proporcional à tensão na bateria que está sendo carregada, é fornecida à entrada não inversora do segundo amplificador de erro e é comparada com a tensão através do resistor R5 aplicada à entrada inversora deste amplificador. Desta forma, a tensão de saída é regulada. Isso permite evitar a ebulição intensa do eletrólito no final do carregamento, reduzindo a corrente de carregamento.

O controlador PHI possui uma fonte integrada de tensão estável de 5 V, que alimenta todos os divisores de tensão que definem os valores de tensão necessários na saída do dispositivo e na corrente de carga.

Como o chip DA1 recebe energia da saída do dispositivo, é inaceitável reduzir a tensão de saída do dispositivo para 8 V - neste caso, a estabilização da corrente de carga é interrompida e pode ultrapassar o valor máximo permitido. Tais situações são eliminadas por uma unidade montada no transistor VT3 e no diodo zener VD12 - ela impede que o carregador ligue se estiver carregado com uma bateria defeituosa ou muito descarregada (com fem inferior a 9 V). O diodo zener e, portanto, o transistor do nó, permanece fechado, e a entrada DTC (pino 4) do chip DA1 permanece conectada através do resistor R7 à saída Uref da fonte de tensão de referência integrada (pino 14). Neste caso, a tensão na entrada do DTC é de no mínimo 3 V, sendo proibida a formação de pulsos.

Quando uma bateria funcionando é conectada à saída do dispositivo, o diodo zener VD12 abre, seguido pelo transistor VT3, fechando a entrada DTC do controlador para o fio comum e permitindo assim a formação de pulsos nas saídas C1, C2 (coletor aberto ). A taxa de repetição do pulso é de cerca de 60 kHz. Após amplificação das correntes pelos transistores VT1, VT2, elas são transmitidas através do transformador T1 para a base dos transistores chaveadores VT4 e VT5. A taxa de repetição do pulso é determinada pelos elementos R10 e C9. É calculado usando a fórmula F=1,1/R10·C9.

Os diodos KD257B podem ser substituídos por RL205, KD2997A por outros, incluindo diodos Schottky com tensão reversa superior a 50 V e corrente retificada superior a 20 A, FR155 com diodos de pulso de alta velocidade FR205, FR305, bem como UF4005. O controlador K1114EU4 SHI possui muitos análogos estrangeiros - TL494IN [3], DBL494, GLRS494, IR2M02, KA7500. Em vez de KT886A-1, os transistores KT858A, KT858B ou KT886B-1 são adequados.

Os transformadores são os elementos mais críticos e trabalhosos de qualquer conversor de pulso. Não só as características do dispositivo, mas também o seu desempenho geral dependem da qualidade de sua fabricação.

O transformador T1 é enrolado em um núcleo magnético de anel de tamanho padrão K20x12x6 feito de ferrite M2000NM. O enrolamento I é enrolado com fio PEV-2 0,4 uniformemente em todo o anel e contém 2x28 voltas; enrolamentos II e IV - 9 voltas de fio PEV-2 0,5. Enrolamento III - duas voltas de fio MGTF-0,8. Os enrolamentos são isolados um do outro e do circuito magnético por duas camadas de fina fita fluoroplástica.

O transformador T2 é enrolado em um núcleo magnético blindado Ш10x10 feito de ferrite M2000NM (ou, melhor ainda, M2500HMC); Um núcleo magnético em anel de seção transversal semelhante também é adequado. O enrolamento I contém 35 voltas de fio PEV-2 0,8, e o enrolamento II contém 2x4 voltas de um feixe com seção transversal de pelo menos 4 mm2 de vários fios PEV-2 ou PEL. Se você resfriar o transformador com força, a seção transversal do chicote poderá ser reduzida.

Ressalta-se que não só a confiabilidade do dispositivo, mas também a segurança de seu funcionamento depende da qualidade do isolamento entre enrolamentos dos transformadores, pois é este que isola os circuitos secundários da tensão da rede. Portanto, não se deve realizá-lo com materiais improvisados - papel de embrulho, fita adesiva, etc. - e mais ainda negligenciá-lo, como às vezes fazem radioamadores inexperientes. É melhor usar fita fluoroplástica fina ou papel capacitor feito de capacitores de alta tensão, colocando-o em 2 a 3 camadas.

O dispositivo é montado em uma caixa metálica de dimensões adequadas. Os transistores VT4 e VT5 são instalados em dissipadores de calor com área superficial de pelo menos 100 cm2. Os diodos VD10, VD11 também fornecem um dissipador de calor comum com uma área de superfície de pelo menos 200 cm2. As paredes da caixa do dispositivo, bem como o dissipador de calor geral para diodos e transistores, não devem ser utilizados como dissipador de calor por razões de operação segura do carregador. O tamanho dos dissipadores de calor pode ser reduzido significativamente se eles forem forçados a serem resfriados por um ventilador.

Para configurar o conversor você precisará de um LATR, um osciloscópio, uma bateria funcionando e dois medidores - um voltímetro e um amperímetro (até 20 A). Se um radioamador tiver à disposição um transformador isolante 220 V x 220 V com potência de no mínimo 300 W, o aparelho deverá ser ligado através dele - será mais seguro trabalhar.

Primeiro, através de um resistor limitador de corrente temporário com resistência de 1 Ohm com potência de pelo menos 75 W (ou uma lâmpada de carro com potência de 40-60 W), conecte uma bateria à saída do dispositivo e certifique-se que existe uma tensão positiva de 5 V na saída Uret (pino 14) do controlador PHI. Conecte um osciloscópio nas saídas C1 e C2 (pinos 8 e 11) do controlador e observe os pulsos de controle. O motor do resistor R2 é colocado na posição mais baixa de acordo com o circuito (corrente mínima de carga) e uma tensão de 36...48 V é fornecida do LATR para a entrada de rede do dispositivo. Os transistores VT4 e VT5 não devem ficar muito quente. Um osciloscópio monitora a tensão entre o emissor e o coletor desses transistores. Se houver surtos na frente do pulso, deve-se usar diodos mais rápidos VD14, VD15 ou, mais precisamente, selecionar os elementos R17 e C11 do circuito de amortecimento.

Deve-se ter em mente que nem todos os osciloscópios permitem medições em circuitos conectados galvanicamente à rede. Além disso, lembre-se de que alguns elementos do dispositivo estão sob tensão de rede - isso não é seguro!

Se tudo estiver em ordem, a tensão na entrada da rede é aumentada gradativamente em LATR até 220 V e o funcionamento dos transistores VT4, VT5 é monitorado por meio de um osciloscópio. A corrente de saída não deve exceder 3 A. Girando o controle deslizante do resistor R2, certifique-se de que a corrente na saída do dispositivo mude suavemente.

Em seguida, o resistor limitador de corrente temporário (ou lâmpada) é removido do circuito de saída e a bateria é conectada diretamente à saída do dispositivo. Os resistores R4, R6 são selecionados de forma que os limites para alteração da corrente de carga pelo regulador R2 sejam iguais a 0,5 e 25 A. A tensão máxima de saída é definida para 15V selecionando o resistor R5.

O botão regulador R2 está equipado com uma escala graduada em valores de corrente de carga. Você pode equipar o dispositivo com um amperímetro. A caixa e todas as peças metálicas não condutoras de corrente do carregador devem ser aterradas de forma confiável durante sua operação. Não é recomendado deixar um carregador funcionando por muito tempo sem supervisão.

Literatura

Kosenko S. VIPER-100A e um carregador de “bolso” baseado nele. - Rádio, 2002, nº 11, p. 30-32.
Microcircuitos para comutação de fontes de alimentação e sua aplicação. Diretório. - M.: DODEKA, 1997.
TL493, TL494, TL495 Circuitos de controle de modulação por largura de pulso. Folhas de dados - Texas Instruments, 1988. ti.com.

Autor: V.Sorokoumov, Sergiev Posad

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