Недорогих зарядных устройств на рынке тоже много, а вот недорогих экономичных контроллеров разрядки, которые не менее важны для жизнестойкости аккумуляторных батарей, к сожалению, автором не обнаружено. Это и вынудило меня взяться за разработку и реализацию такого контроллера.
Основное требование к нему — своевременное отключение батареи, предотвращающее её глубокую разрядку. Необходимо также автоматически отключать нагрузку при превышении предельного разрядного тока. А размещение всей резервной системы питания в удалённом подвальном помещении продиктовало необходимость дистанционного включения и выключения контроллера. Схема контроллера изображена на рис. 1 Его основной коммутирующий элемент — реле К2. в качестве которого использован выключатель “массы” дистанционный 1300.3737, имеющий как электрический, так и механический привод и используемый на автомобилях ГАЗ и других. Основное достоинство выключателя — он не потребляет тока как во включенном, так и 8 выключенном состоянии.
Ток протекает в обмотке только в момент переключения. К сожалению, параметры управления выключателем 1300.3737 ни на его корпусе, ни на упаковке не указаны. Поэтому в приобретённом экземпляре их пришлось измерить. Напряжение срабатывания оказалось равным 10,5 В, ток обмотки при этом — около 10 А. время переключения — около 0.1 с. Существенный ток срабатывания выключателя заставил установить промежуточное реле К1.
Включают контроллер нажатием на кнопку SB1. которая может находиться на значительном удалении. Последовательно с обмоткой выключателя “массы” установлен диод V04, поэтому уверенное включение возможно при напряжении на аккумуляторной батарее не ниже 11 В.
Продолжительность нахождения обмотки выключателя под током ограничена длительностью зарядки конденсатора С2. Повторная коммутация выключателя возможна только после разрядки этого конденсатора через резистор R1. Длительность разрядки — приблизительно 30 с.
Как было сказано выше, контроллер должен надёжно отключать нагрузку при снижении напряжения батареи до 10.5 В или при увеличении тока разрядки сверх 25 А. Энергию для такого отключения запасает конденсатор СЗ. Источником тока зарядки этого конденсатора служит генератор вольтодобав ки. собранный на транзисторе VT4.
При включении контроллера конденсатор СЗ начинает заряжаться через резистор R18. обмотку II трансформатора Т1 и диод VD7. По мере его зарядки в работу включается блокинггене ратор на транзисторе VT4. который продолжает заряжать конденсатор до напряжения, превышающего напряжение питания. Полевой транзистор VT3 ограничивает напряжение зарядки конденсатора СЗ. Это происходит следующим образом. В момент включения исток и затвор этого транзистора имеют равные потенциалы Поэтому транзистор VT3 полностью открыт, импульсы блокингге нератора следуют с максимальной частотой. По мере роста напряжения на конденсаторе СЗ транзистор VT3 начинает закрываться, за счёт чего снижается частота импульсов и уменьшается скорость зарядки конденсатора СЗ.
Наконец, частота падает настолько, что энергии импульсов становится достаточно только для компенсации утечки конденсатора. Когда конденсатор СЗ заряжен, выключение гарантировано даже при замыкании в цепи нагрузки. На ОУ DA1.1 собран измеритель тока нагрузки Совместное транзистором VT1 этот усилитель образует триггерзащелку. Датчиком тока служит отрезок провода, соединяющего аккумуляторную батарею GB1 с контроллером. Напряжение, падающее на участке провода, соединяющего точки А и В, при протекании по нему тока, поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1.1.
Если ток отсутствует, напряжение на выходе усилителя практически равно нулю. Коэффициент усиления задан отношением сопротивления резисторов R5 и R4. Он выбран таким, чтобы при достижении максимального тока 25 А напряжение на выходе ОУ становилось равным 4,5 В (при напряжении питания 5 В). Напряжение на базе транзистора VT 1. заданное делителем из резисторов R7—R9, равно 4 В.
При дальнейшем росте отдаваемого батареей GB1 тока увеличивающееся напряжение на выходе ОУ DAI. 1 откроет транзистор VT1, что приведет к охвату ОУ сильной положительной обратной связью 8 результате он перейдёт в режим триггера и “защелкнется” в состоянии с напряжением на выходе 5 В. Транзистор VT1 окажется полностью открытым. Напряжение с коллектора транзистора VT1 через диод VD5 и резистор R13 откроет транзистор VT2. что приведёт к срабатыванию реле К1 и отключению контроллера. Фильтр из резистора R2 и конденсатора С1 предотвращает отключение контроллера при бросках тока. возникающих при подключении к его выходу мощных ламп накаливания или инверторов с конденсаторами большой ёмкости на входе.
На ОУ DA1.2 выполнен компаратор напряжения.
Образцовое напряжение около 2,5 В, задаваемое резистивным делителем R7—R9. подано на его неинвертирующий вход, а к инвертирующему входу приложено напряжение
делителя R10R 11. пропорциональное напряжению батареи. Когда она заряжена, напряжение на выходе ОУ близко к нулю, поскольку напряжение на его инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем. По мере разрядки батареи напряжение на инвертирующем входе падает и в какойто момент становится меньше образцового, что приводит к лавинообразному росту выходного напряжения ОУ, охваченного положительной обратной связью через резистор R12. Выходное напряжение через диод VD6 и резистор R13 откроет транзистор VT2. что приведет к срабатыванию реле К1 и отключению контроллера.
Снижение напряжения выключения контроллера, в зависимости от потребляемого тока, необходимо для компенсации падения напряжения на подводящих проводах и внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи. Увеличивающееся напряжение на выходе усилителя DA1.1, возникающее под действием растущего тока батареи, через резистор R6 поступает в
точку соединения резисторов R10 и R11 и смещает напряжение выключения в сторону более низкого значения. Питающее напряжение +5 В измерительный узел получает от интегрального стабилизатора DA2. Конденсатор С5 запасает энергию, достаточную для питания электронного блока во время выключения контроллера. Светодиод HL1 — индикатор включенного состояния контроллера.
В контроллере использованы микросхемы МСР6002 и МСР1702Т5002Е/МВ с микропотреблением. Можно применить и иные стабилизатор напряжения и операционный усилитель (как сдвоенный. так и два отдельных), однако экономичность контроллера в результате ухудшится. Следует заметить, что ОУ должны быть “railtorail” по входу и выходу.
Транзисторы КТ503А можно заменить любыми другими структуры прп средней мощности. Транзистор КТ3107Д или заменяющий его должен иметь мини мальный обратный ток эмиттерного перехода при напряжении 5 В. Полевой транзистор желательно подобрать с максимальным напряжением отсечки.
Особое внимание следует уделить конденсатору СЗ. Он должен выдерживать большой разрядный ток. С целью минимизации тока утечки его номинальное напряжение должно превышать рабочее (12 В) в несколько раз. Реле К1 — WJ112 1C с сопротивлением обмотки 270 Ом. Его можно заменить другим реле с контактами на замыкание, способными коммутировать ток не менее 10 А. Диоды VD2—VD4 должны выдерживать импульсный ток не менее 50 А. Светодиод HL1 обязательно су перьяркий, его ток не превышает 0,5 мА.
Магнитопровод трансформатора Т1 — кольцо К 10x6x4 мм из феррита с начальной магнитной проницаемостью 2000. Сначала на него наматывают обмотку II из 200 витков провода диаметром 0,18 мм. затем через слой изоляции — обмотку I из 20 витков того же провода. Датчиком тока служит медный провод сечением 10 мм?,ограниченный на схеме точками А и В. Длина этого провода — около 2,5 м Прим. ред. Следует иметь в виду, что сопротивление медного провода в интервале температуры от 20°С до +40°С изменяется в 1.28 раза Таким будет и уход порога срабатывания токовой защиты.
Измерительная часть контроллера собрана на макетной плате, которая помещена в пластмассовый герметичный корпус. Крупногабаритные детали контроллера размещены на плате из текстолита, как показано на рис. 2. Для налаживания контроллера присоедините к нему вместо аккумуляторной батареи регулируемый источник постоянного напряжения и, установив его напряжение равным 12 В, включите контроллер. Если этого напряжения окажется недостаточно для включения, замкните контакты реле К2 механически. Через 3 мин измерьте напряжение на конденсаторе С3. Оно должно превышать выходное напряжение источника на напряжение отсечки транзистора VT3.
Плавно снижая напряжение источника. засеките напряжение отключения контроллера. Подборкой резистора R10 скорректируйте это напряжение. Замените регулируемый источник свежезаряженной аккумуляторной батареей Проверьте надёжность включения и отключения контроллера Возможно, придется скорректировать ёмкость конденсатора С2. Та, что указана на схеме, подходит для реле К1 с сопротивлением обмотки 270 Ом. Проверять ток отключения контроллера удобнее с подключенным к нему инвертором постоянного тока в переменный напряжением 230 В и мощностью не менее 300 Вт.
Нагружая инвертор различными электробытовыми приборами, можно в широких пределах менять потребляемый от аккумуляторной батареи ток и подборкой резистора R5 установить необходимый ток отключения. В заключение следует отметить, что контроллер не обеспечивает стопроцентную защиту от замыканий в цепи нагрузки Этот недостаток устраняют применением обычных плавких вставок.
