Блок защиты зарядных устройств своими руками

Как защитить блок питания от КЗ и перегрузок

Практически каждый автолюбитель имеет в своем арсенале сетевое зарядное устройство. Но, к сожалению, далеко не все подобные приборы оснащены защитой от короткого замыкания. То же самое можно сказать о лабораторных блоках питания – обязательном инструменте любого радиотехника. В этой статье мы рассмотрим схемы защиты от КЗ для блока питания и зарядного устройства.

3 схемы на транзисторах и тиристорах

Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.

Простейшая на биполярном транзисторе

Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства для аккумуляторов. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый транзистор КТ819.

Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.

На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729. Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм 2 .

Схема устойчиво работает при напряжении от 8 до 25 В. Если оно иное, придется подобрать номиналы резисторов. R1 должен надежно отпирать силовой транзистор Т1 при отсутствии перегрузки. От номиналов R2, R3 будет зависеть порог срабатывания схемы по току.

На полевом транзисторе

В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.

Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.

При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита. Защита отключится при снятии питания

Если вместо постоянного резистора R4 установить подстроечный номиналом около 10 кОм, то регулировать ток срабатывания схемы можно им в достаточно широком диапазоне и без подбора R1. При указанных на схеме элементах и выходном напряжении 13-14 В (ЗУ для автомобильного аккумулятора) ток срабатывания защиты составляет около 8 А.

В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.

На тиристоре

Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.

Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см 2 .

При необходимости сглаживающие конденсаторы можно установить после блока и использовать конструкцию в качестве обычного БП. Но в этом случае на выходе конструкции нужно установить токоограничивающий резистор номиналом 0.1 – 1 Ом. В противном случае схема будет срабатывать от перегрузки во время зарядки конденсаторов.

Схема защиты на реле

А теперь перейдем к конструкциям, в которых в качестве управляющего элемента используется электромагнитное реле. С одной стороны это несколько снижает надежность – контакты реле при больших токах могут подгорать. Но с другой такие схемы достаточно просты и могут использоваться с БП, рассчитанные на разное выходное напряжение – достаточно подобрать реле нужного типа.

На одном реле

Конструкция исключительно проста, содержит минимум деталей и не нуждается в настройке. Единственно, как было отмечено выше, необходимо подобрать реле по напряжению срабатывания и соответствующей мощности.

Работает устройство следующим образом. В исходном положении горит светодиод LED2, нагрузка обесточена. При нажатии на кнопку S2 на обмотку реле К1 поступает питание и оно срабатывает, подключая нагрузку к источнику питания и одновременно отключая кнопку и светодиод LED2. При этом конденсатор С1 служит для задержки отключения реле на время переключения его контактов. Вместе с нагрузкой питание через диод D1 поступает на обмотку К1 и оно становится на самоблокировку. Кнопку можно отпустить. Загорится светодиод LED1, сигнализируя о том, что нагрузка питается.

При коротком замыкании напряжение в цепи питания реле падает, и его отпускает, отключая нагрузку и снова подключая кнопку. LED1 гаснет, LED2 загорается. Для того, чтобы перезапустить узел необходимо устранить перегрузку и снова нажать кнопку S1.

Важно! При указанном на схеме реле устройство можно использовать с 12-ти вольтовым БП или зарядным устройством. Если напряжение источника отличается, необходимо подобрать реле, срабатывающего от этого напряжения.

На реле и однопереходном транзисторе

Эта схема несколько сложнее предыдущей, но она позволяет регулировать ток срабатывания защиты.

Пока ток через нагрузку не превышает определенного значения, составной транзистор T1, T2 закрыт. При увеличении тока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 заставляет открыться Т1 и Т2, а вслед за ними и сработать реле К1. Реле отключает нагрузку и подключает к плюсовой шине резистор R4, не позволяющий отключиться реле.

Чтобы привести конструкцию в исходное состояние, достаточно нажать на кнопку S2. Реле отключится, нагрузка снова получит питание. Если причина КЗ не устранена, то после отпускания кнопки защита сработает вновь. Величину тока срабатывания можно регулировать при помощи переменного резистора P1.

Важно! Не рекомендуется держать кнопку S2 длительное время. Если причина КЗ не устранена, то БП будет перегружен и сгорит, так как узел защиты будет принудительно отключен.

В блоке можно использовать транзисторы КТ805 с любой буквой, 2SC2562, 2N3054 (Т2) и любые маломощные кремниевые транзисторы структуры p-n-p. Напряжение срабатывания реле должно быть несколько ниже напряжения источника питания. LED1 «Перегрузка» – любой индикаторный.

Регулируемый блок питания с защитой от кз своими руками

Этот лабораторный блок питания собран на специализированной микросхеме LM723. Он позволяет регулировать выходное напряжение от 2 до 30 В, имеет защиту от короткого замыкания и обеспечивает ток до 20 А.

Сердцем устройства является микросхема, представляющая собой регулятор напряжения с защитой от перегрузки. Поскольку выходная мощность микросхемы невелика, она оснащена мощным ключом, собранным на транзисторах VT1-VT5. Резисторы R4, R6, R8, R10 – токовыравнивающие. Они компенсируют разброс коэффициентов передачи транзисторных ключей.

Датчик тока собран на резисторах R5, R7, R9, R11, включенных параллельно. Он подключен к выводам 2 и 3 микросхемы. Как только напряжение на этих выводах станет больше 0.6 В, сработает защита по току и закроет силовые транзисторы. Резистор R2 служит для регулировки выходного напряжения. Мощные транзисторы установлены на общий радиатор площадью около 1000 см2. Изолировать их от радиатора не нужно.

Вместо указанных на схеме 2N3055 можно установить КТ819. Выпрямительные диоды должны выдерживать ток 30 А и обратное напряжение не ниже 50 В. Трансформатор выдает напряжение 35 В и обеспечивает ток 25 А.

Не следует путать защиту от перегрузки со стабилизацией тока. Эта схема не обеспечивает стабилизацию на заданном уровне, а просто отключает нагрузку при превышении определенного тока.

Вот мы и закончили краткий обзор схем защиты от КЗ, которые можно использовать в заводских и самодельных блоках питания и зарядных устройствах. Несмотря на то, что конструкции довольно простые, они вполне справятся со своей задачей и спасут жизнь блоку питания при небрежном с ним обращении.

Защита от КЗ для блока питания своими руками

Иногда при наладке самодельных электронных устройств получается короткое замыкание, из за которого может выйти из строя блок питания. Поэтому у блока питания должна быть надежная защита от короткого замыкания, способная в нужный момент быстро отключить замкнувшую нагрузку и уберечь блок питания от поломки.

На этом рисунке изображена схема простого устройства предназначенного для надежной защиты блока питания от короткого замыкания.

Схема защиты блока питания от короткого замыкания

Принцип работы релейной защиты довольно простой. При подаче напряжения на схему в режиме ожидания загорается красный светодиод. После нажатии кнопки S1 ток поступает на обмотку реле, контакты переключаются и блокируют обмотку реле, таким образом схема переходит в рабочий режим, об этом сигнализирует загоревшийся зеленый светодиод, ток поступает на нагрузку. При возникновении короткого замыкания пропадает напряжение на обмотке реле, контакты его размыкаются, нагрузка автоматически отключается, загорается красный светодиод сигнализируя о срабатывании релейной защиты.

Схема предназначена для работы с постоянным выходным напряжением от 8 до 15 вольт, поэтому будет отлично работать с зарядным устройством из компьютерного блока питания, а также с любыми другими трансформаторными или импульсными блоками питания имеющими выходное напряжение в указанном диапазоне.

Данную схему можно считать универсальной, потому что её легко переделать под любое напряжение, достаточно всего лишь заменить реле под нужное вам напряжение, ну и конечно при необходимости подобрать резисторы R1 и R2 под установленные в схему светодиоды.

Печатная плата устройства защиты блока питания от короткого замыкания.

Печатная плата защиты блока питания от короткого замыкания

Посмотрим, как работает готовое устройство защиты блока питания от короткого замыкания. В дежурном состоянии после подачи питания, горит красный светодиод, нагрузка отключена.

Нажимаем кнопку и устройство перейдет в рабочий режим.

Загорелся зеленый светодиод, сигнализируя о подаче питания на нагрузку, в качестве нагрузки я использую обыкновенную 12 вольтовую лампочку.

С помощью отвертки замыкаю между собой центральный контакт с цоколем лампочки, получается короткое замыкание, мгновенно срабатывает защита от КЗ, нагрузка отключается, загорается красный светодиод своим светом сообщая о коротком замыкании.

Радиодетали для сборки

• Реле SRD-12VDC-SL-C, можно использовать аналогичное на другое напряжение
• Резисторы R1, R2 1K сопротивление подбирайте для каждого светодиода
• Светодиоды 5 мм 2 шт. красный и зеленый
• Кнопка любая без фиксации с нормально разомкнутыми контактами

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать защиту от короткого замыкания для блока питания

Схемы защиты от короткого замыкания и перегрузок в блоке питания

Короткое замыкание (и перегрузка, как частный случай), являются самой опасной аварийной ситуацией при эксплуатации блока питания. И дело не только в повышенной вероятности выхода из строя элементов силовой цепи БП. Термическое действие многократно выросшего тока может привести к возгоранию изоляции проводников и дальнейшему развитию пожара.

У мощных БП также могут возникнуть значительные динамические усилия в токоведущих элементах, исходом которых будет смещение проводников и их механическое повреждение. Поэтому защита от КЗ для источников питания – не роскошь, а насущная необходимость.

Принцип работы защиты от короткого замыкания

Большинство схем представляют собой отдельный узел, который можно применить в любом устройству (с поправкой на номинальный ток). Его можно встроить в уже имеющийся блок питания или собрать в отдельном корпусе.

Короткое замыкание сопровождается двумя явлениями:

• увеличение тока;
• снижение напряжения (чем ближе к месту КЗ, тем больше снижение, а в месте короткого замыкания оно равно нулю).

Большинство устройств защиты используют первый признак. Датчиком тока обычно служит резистор с номиналом от нескольких сотых до единиц Ом. Проходящий ток создает пропорциональное падение напряжение на шунте – чем больше ток, тем больше напряжение. Схема сравнения сравнивает это напряжение с заданным уровнем, и, при достижении порога, дает сигнал на размыкание ключевого элемента, ток прерывается. Узел индикации подает световой или звуковой сигнал о срабатывании защиты. Недостаток такого решения – КЗ может произойти до места установки измерительного шунта, и тогда защита не сработает.

В импульсных блоках питания с ШИМ-регулированием защита может быть построена несколько по-другому.

Ток измеряется непосредственно в цепи импульсного трансформатора. Напряжение так же сравнивается с заданным значением, при превышении происходит воздействие на ШИМ-регулятор. Генерация либо прекращается полностью, либо напряжение снижается до безопасного уровня. Минусом является ограниченная область (только БП с PWR-регулированием) и привязка к конкретной схемотехнике БП. Зато сверхток контролируется на всех участках силовой цепи.

Примеры схем и их описание

Схемы защиты блока питания от замыкания на выходе или перегрузки строятся на разной элементной базе. Их можно разделить по типу применяемого в качестве ключа элемента.

На биполярном транзисторе

Несложную защиту от КЗ можно собрать на биполярном транзисторе. В качестве измерительного шунта применено сопротивление на 0,5 Ом.

В исходном положении транзистор T1 открыт (через резистор R1). Транзистор T2 закрыт. При увеличении тока через шунт и достижения на нем напряжения, достаточного для открывания транзистора T2, на базе T1 напряжение падает почти до нуля, он закрывается, прерывая ток. При этом загорается светодиод, сигнализируя о КЗ. При уменьшении тока ниже предела, схема возвращается в исходное положение.

При напряжении БП выше 25 и ниже 8 вольт, возможно, придется подобрать резистор R1 так, чтобы ключевой транзистор был надежно открыт. Резистор R3 можно применить готовый керамический или сделать из нихрома.

Ток срабатывания устанавливается подбором сопротивления шунта – чем оно выше, тем при меньшем токе сработает защита. Также на ток срабатывания влияет сопротивление резистора R2 и коэффициент усиления транзистора T2, в качестве которого может быть применен любой маломощный прибор структуры n-p-n. Рабочий ток ограничен наибольшим током коллектора ключа, в качестве которого может быть применен мощный транзистор n-p-n.

Тип транзистора	Максимальный ток коллектора, А
КТ819	10
КТ729А(Б)	30(20)
2N5490	7
2N6129	7
2N6288	7
BD291	6
BD709	6

Врожденный недостаток подобного схемотехнического решения – через ключ течет полный ток нагрузки (и ток КЗ до момента закрывания транзистора). Поэтому ключевой элемент надо устанавливать на радиатор соответствующих размеров.

На полевом транзисторе

Этот недостаток можно несколько сгладить применением в качестве ключа полевого транзистора. Его сопротивление в открытом состоянии заметно ниже, значит, и рассеиваемая на нем мощность также меньше. Да и ток нагрузки ограничивается в меньшей степени.

Здесь ключ находится в отрицательной шине выходного напряжения. В исходном положении полевой транзистор открыт напряжением, поступающим через светодиод. Ток в этой цепи очень мал, светодиод не светится. Транзистор Т2 закрыт. При увеличении тока потребления напряжение на шунте R1 начинает расти, когда оно увеличится до уровня открывания Т2, ключ T1 закроется, а ток через светодиод увеличится, индицируя об активации защиты. Уровень срабатывания регулируется выбором сопротивления шунта.

Ток защиты можно настраивать и изменением сопротивления R4. Если вместо него установить потенциометр, можно сделать регулируемую защиту по току. Использовать в качестве R1 переменный или подстроечный элемент нельзя.

Транзистор T2 любой маломощный. Т1 должен быть рассчитан на полный ток нагрузки. Можно применить транзисторы из таблицы или другие подходящие по току и напряжению.

Тип транзистора	Максимальный ток стока, А
IRFZ40	50
IRFZ44	41-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ46	46-55 (в зависимости от исполнения)
IRFZ48	61-72 (в зависимости от исполнения)

Если рабочий ток превышает 8..10 ампер, ключ надо установить на радиатор.

На тиристоре

Если нет мощного транзистора, защиту можно собрать и на тиристоре. Особенности данной схемы:

Вторая особенность обусловлена тем, что тиристор выключается во время очередного снижения напряжения до нуля в конце полупериода. При постоянном напряжении он не закроется, пока не будет отключена нагрузка (или не выключится блок питания). Поэтому сфера применения этой схемы ограничена трансформаторными зарядными устройствами (аккумуляторам сглаживание напряжения не нужно).

Во время работы схемы, в начале каждого полупериода напряжение на делителе P1R4 возрастает, транзистор Т1 открывается, подавая напряжение на управляющий электрод тиристора. VS1 тоже открывается, пропуская полуволну синусоиды в нагрузку. Когда напряжение спадает, транзистор закрывается. Закрывается и тиристор, ведь в момент перехода через ноль ток через него падает до уровня, меньшего тока удержания. В новом полупериоде все повторяется снова. Если в результате КЗ напряжение на выходе снизится, транзистор не сможет открыться, не откроется и тиристор. Когда ток упадет номинального уровня, напряжение на выходе восстановится, и тиристор вновь откроется. Ток (точнее, напряжение) срабатывания устанавливается потенциометром Р1.

К недостаткам схемы можно отнести низкое быстродействие – если замыкание произойдет в начале полупериода, до отключения придется ждать его окончания – это 0,01 секунды (плюс время срабатывания тиристора), что достаточно много. Другая проблема – если замыкание произойдет в электрически удаленной точке и мощность источника будет высокой, необходимого снижения напряжения может и не произойти. Кроме того, снижение напряжения может произойти и не по причине сверхтока, и произойдет ложное срабатывание.

На реле

Несложную защиту моно выполнить на одном электромагнитном реле. Ее особенность в том, что реле является измерительным органом, пороговой схемой и ключевым элементом одновременно.

В исходном положении контакты реле находятся в положении, указанном на схеме. Положительная шина разомкнута, напряжения на выходе нет. При нажатии на кнопку S1 реле срабатывает, перекидной контакт переключается и обмотка реле самоблокируется во включенном положении. Загорится зеленый светодиод.

При возникновении короткого замыкания или перегрузки, достаточной для просадки выходного напряжения, напряжение снизится до уровня ниже напряжения удержания реле (оно всегда ниже напряжения срабатывания), реле отпустит, напряжение на потребителе исчезнет, зеленый светодиод погаснет, а красный загорится. Схема вернется в исходное положение, а для подачи напряжения на выход потребуется вновь нажать кнопку.

Кроме недостатков, характерных для всех схем, отслеживающих падение напряжение в результате сверхтока, данное решение имеет свои минусы. Ток срабатывания невозможно настроить — только подбором реле. Для выбора надо иметь запас элементов. Второе – точность настройки уровня отключения будет низкой. Ток срабатывания зависит от состояния механической части реле – упругости пружины, трения в поворотном механизме якоря и т.п. А оно может меняться при воздействии окружающей среды или просто со временем. Также следует учитывать механический износ и подгорание контактов реле при многократных срабатываниях.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Приведенные схемы не являются исчерпывающими. В литературе и интернете можно найти и другие узлы, но рассмотренные принципы построения являются базовыми, и понимание их работы позволит разобраться и в работе других, более сложных схем.

Мощный блок питания с защитой по току

Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.

Схема управления вентилятором

В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры – при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.

Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.

Блок индикации тока и напряжения

Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.

Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.

Сборка платы блока питания

Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.

Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.

После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.

Сборка корпуса

Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.

Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.

Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.

Настройка

Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.

Смотрите видео

Защита автомобильных аккумуляторов от перезарядки

Простая схема защиты автомобильного АКБ от перезарядки на TL431 и реле.

Перезарядка аккумуляторов ведет к выкипанию электролита, осыпанию и разрушению положительных пластин, а длительный перезаряд может вызвать взрыв, пожар и даже несчастный случай. Вреден любой перезаряд малым или большим током.

Промышленные зарядные устройства обычно имеют встроенную защиту от перезаряда, но многие самодельные устройства ее не имеют, а часто для заряда используются любые источники постоянного тока.

Для защиты от перезаряда предложено много разных схемных решений.

Описываемая приставка – одно из таких устройств. Она проста для повторения, малогабаритна, выполнена отдельным блоком и может соединяться с любым зарядным устройством.

Основной элемент схемы – регулируемый кремневый стабилитрон TL 431 ( КР142ЕН19А), который используется в качестве компаратора. В отличие от известных компараторов TL431 имеет только один вход, а стабилизированное опорное напряжение вырабатывается в самой микросхеме, что заметно упрощает конструкцию приставки.

Нагрузка микросхемы – реле с сопротивлением обмотки 280 Ом.
Допустимый ток микросхемы – 100 МА, поэтому сопротивление обмотки реле при напряжении 14….16 вольт должно быть, по крайней мере, не меньше 150 Ом.

Работа устройства

Напряжение на управляющем электроде 1 микросхемы задается делителем R1, R2. Когда на выводе 1 напряжение больше 2,5 вольт микросхема открыта. Меньше 2,5 вольт – закрыта. Регулируя R2 можно добиться включения микросхемы при заданном напряжении U. Делитель не обязательно должен быть тех номиналов, которые указаны на схеме. Их можно выбрать из соотношения

Настройка

Подключите устройство к источнику постоянного тока и установите на нем напряжение U, при котором аккумулятор должен отключиться. По поводу величины U существуют разные мнения.

Одни авторы рекомендуют общепринятое напряжение 14,4 вольт, другие 14,6 вольт, а некоторые даже 14,7 вольт (2,45 вольт на банку). Трудно сказать кто из них прав, но у каждого есть свой резон. Теперь переменным резистором R2 добейтесь включения реле при заданном U.

Если у вас резистор с винтовой регулировкой, а именно такие применяют для точной настройки, то нащупать момент включения очень трудно. Не ясно, в какую сторону нужно вращать винт.

Присоедините к выводам 1 и 2 микросхемы мультиметр в режиме измерения напряжения и, поворачивая винт настройки резистора, следите за изменением напряжения. Сразу становится ясно, в какую сторону нужно вращать винт.

При 2,5 вольтах реле должно сработать. В разработанном устройстве выводы 1 и 2 соединены с гнездами, выведенными на лицевую панель.

Теперь проверьте работу устройства наоборот. Установите U меньше 14 вольт и постепенно увеличивайте напряжение. Когда U достигнет установленного вами значения, реле срабатывает. При необходимости подкорректируйте настройку.

Диод в плюсовом проводе установлен для защиты схемы от переплюсовки.

Примененное реле содержит две группы мощных перекидных контактов, работающих на замыкание и размыкание.

Клеммы выводов контактов реле установлены на лицевой панели.

Использовать контакты можно по-разному. Если предполагается заряжать аккумулятор током 5,5 ампер, то контакты обеих групп нужно запаралелить. Если ток меньше, то одну группу контактов можно использовать для индикации конца зарядки, например с помощью контрольной лампы. Именно так сделано на демонстрационной фотографии.

Автор статьи “Защита автомобильных аккумуляторов от перезарядки” Георгий Меньшиков

Все своими руками

Зарядное устройство на LM317 с защитой от переполюсовки и КЗ

Одно из самых простых зарядных устройств является зарядное устройство на LM317. С помощью микросхемы стабилизатора LM317, нескольких транзисторов и десятка резисторов получается надежное зарядное с током заряда до 1,5А с защитой от КЗ и переполюсовки. Такое зарядное подходит для малоемких аккумуляторов, например для мототехники
Схема зарядного устройства на LM317 с защитой от переполюсовки и КЗ

Данная схема зарядного на LM317 запитана от трансформатора с напряжением вторички 18В. После диодного моста стоит фильтр на C2C3. Дальше на LM317 собран стабилизатор напряжения рассчитанный на выходное напряжение 14,4В, которое точно выставляется резистором R4. Если нужно другое напряжение, то можете воспользоваться онлайн калькулятором LM317.
Стабилизация тока собранна на транзисторе Q1 и жестко определяется падением напряжения на резисторе R8. Рассчитывается токовый резистор по формуле R8=0,6В/Iзар., где Iзар.- ток заряда. В моем случае расчет на 1,2А, что бы оставить некий запас прочности для китайской LM317
В правой части схемы представлена защита от коротких замыканий и переполюсовки. Эта схема уже используется во многих самоделках и зарекомендовала себя как самая лучшая.

Как же работает защита от КЗ и переполюсовки. Когда аккумулятор подключен правильной полярностью, ток проходящий через светодиод LED1 и резистор R3 открывает полевой транзистор Q3 и начинается процес зарядки. Когда АКБ не правильно подключен, ток через R9 возрастает и открывает транзистор Q2, закрывающий транзистор Q3 и обеспечивающий питание для светодиода Led1. Так же схема ведет себя при коротком замыкании. Кстати еще один плюс схемы в том, что с ней зарядное устройство на LM317 можно использовать как блок питания.

Теперь о сборке и работе. Первым делом была изготовлена печатная плата для зарядного на LM317.

Скачать печатную плату

Как изготовить печатную плату своими руками, можно посмотреть в статье Как изготовить печатную плату.

Далее все было распаяно и припаяно. В итоге получилась такая аккуратная плата зарядного
Теперь перейду к практике. Первым делом подключаю схему к лабораторному блоку питания и подаю на зарядное 18В. Никаких бабахов нет и можно с помощью переменного резистора выставить напряжение окончания заряда.

В моем случае это 14,41В, но позже я выставлю 14,44В, надо было брать многооборотный резистор
Далее, что бы показать работу защиты от КЗ подключу зарядное к шунту амперметра, и как видно ток КЗ около нуля, светодиод сигнализирует об ошибке
Теперь нарочно подключу зарядное неправильной полярностью и схема опять отработала как надо, ток на амперметре нуль и светодиод говорит об ошибке

Наверно хватит издеваться и пора подзарядить аккумулятор. Подключаю правильной полярностью и ток пошел.

Судя по амперметру максимальный ток с шунтом 0,51Ом около 1,15А. Так вышло из-за того, что:
1. Напряжение открытия транзистора Q1 не 600мВ как расчетное, а 580мВ
2.Точность резистора имеет погрешность 5% и в данном случае чуть больше чем 0,51 Ом.
Но поскольку это зарядное, а не высокоточный прибор, этими погрешностями можно пренебречь.

Спустя какое то время, я не замерял точно, ток упал почти до нуля и напряжение заряда поднялось до своих 14,4В, и после небольшой подкрутки переменного резистора, выставил ровно 14,44В.
На этом можно считать эксперимент завершенным и зарядка нормально функционирует. Один небольшой недостаток, это то что схема работает в линейном режиме и на LM317 выделяется много тепла. Радиатор, что на фото не достаточный по размерам и сильно подогрелся за часы заряда, но LM317 не лопнула от перегрева, что только порадовало.
Ну на этом все, всем удачи с повторением. Подписывайтесь на обновления в группе, кнопки вверху сайта, и всегда будете в курсе последних обновлений
Кстати зарядное устройство на LM2596 с током 2,5А уже тут

Хотите такое же устройство?
Напишите мне на внутреннюю почту Вконтакте.

Как быстро по схеме сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Многих автовладельцев, хоть немного знакомых с основами радиотехники и умеющих обращаться с паяльником, всегда привлекала возможность собрать зарядное устройство (ЗУ) своими руками. С чем это связано? Учитывая нынешнюю элементную базу и огромный ассортимент деталей, которые свободно реализуются в радиомагазинах, всё, что требуется, можно заказать и в интернете. Но есть смысл и вовсе обойтись «подручным» материалом, вытащив электронные элементы из отработавших своё устройств. При этом существует большое разнообразие схем: начиная от простейших и заканчивая сложными аппаратами с автоматическими регулировками. Мы расскажем, как быстро создать подобную конструкцию дома, не растрачивая слишком много финансов.

Как сделать ЗУ для зарядки автомобильного аккумулятора постоянным током

Понадобится аппарат, выдающий постоянное напряжение, превышающее э. д. с. аккумулятора. На практике это 16,2 В. Источник может быть с автоматической регулировкой (что предпочтительнее) или ручной.

Особенности зарядки автомобильной батареи постоянным током

В ходе эксплуатации устройства необходимо учитывать полярность: «плюс» подсоединяется к «плюсу» АКБ, «минус» к «минусу». Только после подключения проводов штепсельный разъём вставляйте в розетку 220 В.

Использование постоянного тока вызывает некоторые сложности, если сравнивать с зарядкой напряжением. Основной нюанс заключается в необходимости поддержания одинакового значения тока. Проще всего это сделать, если применить обычный реостат. Но тогда придётся постоянно контролировать процесс и при необходимости корректировать ток заряда. Иной метод заключается в использовании специальной электронной схемы с тиристорами, тогда нужный ток поддерживается автоматически:

• 0,1 от ёмкости АКБ, время процесса 10 ч;
• 0,05 от ёмкости АКБ, процесс длится 20 ч.

Если самодельное зарядное устройство мощное, можно задействовать одновременно 2–3 и более автомобильных аккумуляторов. Их количество вычисляется так:

где первый символ – количество групп АКБ,

Ia – сила тока заряда,

In – ток, исходящий от зарядки.

Последнее можно рассчитать по другой формуле: In = Pz/U. Здесь второй символ обозначает мощность ЗУ, третий – напряжение сети, от которой питается зарядка.

Главное преимущество заряжания батареи постоянным током – возможность закончить процесс на 100 %. Это серьёзно продлевает эксплуатационный ресурс изделия. Чем ток заряда меньше, тем он глубже. Но не до фанатизма! При чрезмерно малом токе процесс затянется до неопределённого времени. С другой стороны, при слишком интенсивном заряде АКБ закипит и полностью не зарядится. Однако есть и минусы способа:

• необходимость постоянного поддержания определённого значения силы тока;
• сильное выделение газов;
• возможный нагрев изделия.

Избежать подобных неприятностей можно, собрав зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками с двухступенчатым циклом. Сначала применяют ток в 0,1 от ёмкости АКБ, U = 14,4 В, после ток уменьшают вдвое. Общее время процесса связано со степенью разрядки батареи. Зарядка идёт до тех пор, пока плотность электролита не станет соответствовать стандарту. Ориентировочно это 10–12 часов.

Простое зарядное устройство для АКБ на основе тиристора

По сути, речь идёт о тиристорном регуляторе. В прилагаемой схеме нет блока защиты, контрольного модуля и иных наворотов. Простота и минимальное количество деталей обусловили популярность этой несложной конструкции.

Возникает вопрос: не проще ли приобрести готовое устройство на тиристорах в магазине? Вроде бы, так и нужно поступить. Но у заводских недорогих ЗУ есть некоторые проблемы. Например, ток настраивается солидным переключателем, элементарно убавляющим либо прибавляющим витки в обмотке II трансформатора. Благодаря этому ток возрастает или падает. Получается грубо, ступенчато. А более качественное ЗУ стоит достаточно дорого. Поэтому имеет смысл сделать простое зарядное устройство своими руками. Плюсы:

• доступность электронных компонентов и невысокая их стоимость;
• лёгкость в поиске требуемой схемы (через интернет);
• плавность регулировки тока зарядки (диапазон 1010 ампер);
• использование импульсного тока, продлевающего эксплуатационный срок аккумулятора;
• простая наладка;
• стабильное функционирование.

Принцип работы схемы и подбор деталей

Перед вами фазоимпульсный регулятор, где главными элементами являются тиристоры. Под текстом – доступная схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора:

Электронные компоненты зарядного устройства для автомобиля, которое вы хотите собрать своими руками, с учётом обозначения:

• С1 – от 047 до 1 мкФ на 63 В;
• R1 сопротивлением 6,8 кОм (Р = 0,25 Вт);
• R2 на 300 Ом;
• R3 на 3,3 кОм;
• R4: 110 Ом;
• R5: 15 кОм;
• R6: 50 Ом;
• R7 на 150 Ом мощностью 2 Вт;
• VD1 – диод импульсного типа, обратное напряжение от 50 В;
• VS1 – тиристор Т-160, 250 или КУ202;
• транзисторы с прямым переходом КТ315 или им подобные (КТ3107 и т. д.);
• транзисторы с обратным переходом КТ361, КТ 3102 и т. п.;
• FU1: предохранитель на 10 А (подойдёт деталь на 15–20 А, с запасом).

На тиристор воздействуют компоненты VT1 и VT2. Затем в работу вступает диод, защищающий цепь от скачков напряжения, возникающих на VS1. R5 в самодельном зарядном устройстве для аккумулятора «вычисляет» I = 1/10 ёмкости. При 60 А/ч используется зарядка в 6 А. Чтобы знать точно, на контактах, ведущим к заряжаемому изделию, желательно вставить амперметр. Это позволит держать контроль над процессом.

Теперь о питании. Схема самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора подразумевает применение трансформатора, выдающего от 18 до 22 В. При большем значении сопротивление R7 увеличьте до 200 Ом. Не забудьте элементы моста на диодах закрепить на охлаждающих алюминиевых радиаторах (применяйте специальную пасту). Стоит отметить: использование диодов старого образца типа Д242 подразумевает их установку на радиатор через изолирующие прокладки-шайбы. Номинал предохранителя должен соответствовать применяемому току. Если это до 6 А, то для FU1 вполне достаточно 6,3 А. Ниже – схема для зарядных устройств для автомобильного аккумулятора (обратная сторона печатной платы):

Помимо предохранителя, существуют электронные способы гарантии от замыкания и перепутывания полюсов, что ведёт к выходу из строя ЗУ. Например, у вас имеется изделие, где уже невозможно различить «плюс», «минус». Тогда поможет специальная схема, сигнализирующая о неправильном подключении клемм. Её нужно включать последовательно между АКБ и ЗУ:

• R1 и R2 – резисторы сопротивлением по 510 Ом;
• VD1 и МВ2 – диоды (например, 1N4148 или ему подобные);
• VD3 и МВ4 (можно не устанавливать);
• реле любое на 12 В и 15 А (можно вытащить из отслужившего своё UPS);
• светодиоды любые.

Схема работает просто. При соблюдении полярности заряд, ещё имеющийся в батарее, замкнёт контакты реле, процесс начнётся, что подтвердит загоревшийся зелёный светодиод. Если же контакты перепутаны, зажжётся красный сигнализатор. Ниже – печатная плата устройства, защищающего от несоблюдения полярности при зарядке:

Как сделать ЗУ для АКБ постоянным напряжением

Подобный способ позволяет зарядить АКБ до 95 % от штатной ёмкости. Из минусов стоит отметить нагрев батареи, что обусловлено большим значением тока изначально. Конкретно можно сказать:

1. Способ подходит для восстановления работоспособности АКБ, разряженных не до конца, когда U = 12,3 В (либо больше). Процедура заключается в работе источника постоянного тока в 14,5 В совместно с АКБ. Процесс считается законченным, когда падение потребляемого тока сведётся к нулю. Плюсы метода: это очень простое зарядное устройство своими руками, не требуется смотреть за процессом, перезарядка не страшна.
2. Описываемый способ, как сделать зарядку для аккумулятора, вполне доступный. Конструкция гарантирует ток в одну десятую от штатной ёмкости АКБ. Самостоятельная сборка ЗУ проста: нужен трансформатор, диоды для выпрямительного моста (10 А).

Схема зарядки аккумулятора:

Здесь пара вариантов. Напряжение регулируется посредством переключения обмотки II либо I. Амперметр впаивается последовательно, на выходе от выпрямительного моста.

ЗУ для АКБ из блока питания компьютера

Наверняка многим автовладельцам, особенно тем, кто жил ещё при Советском Союзе в пору тотального дефицита всего и вся, доводилось собирать самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками. Есть много схем, начиная от простейших, описанных выше, и заканчивая сложными, реализовать которые под силу разве что профессионалам-электронщикам. Сегодня создать свою зарядку можно буквально за день из старого БП компьютера (нужно, чтобы он хоть немного «дышал» – крутили кулеры). Для сборки ЗУ своими руками понадобится блок на 200–250 Вт (можно даже совсем старый).

Нюансы регулировки напряжения на блоке ATX с ШИМ TL494

Главная задача переделки – добиться U = 14,4 В для успешной зарядки изделия. Алгоритм действий:

1. Провода, присоединённые к плате, отпаяйте. Но зелёный оставьте и припаяйте к «минусу» (это токоведущие площадки, ранее бывшие с проводками тёмного цвета). Такая операция позволит запустить блок.
2. Возьмите любые провода, припаяйте к той же «массе» и шине +12 В.
3. Далее придётся работать с ШИМ, конкретно – микросхемой TL494 или её аналогом. Необходимо разыскать 1-й контакт детали (нижний левый).
4. Переверните плату и просмотрите дорожку, идущую от ножки микросхемы. Вы увидите, что 1-й контакт соединён с тремя резисторами. Нас интересует сопротивление, соединённое с плюсовыми выводами блока. На фото ниже он выделен красным:

Выпаяйте резистор из платы и определите тестером его сопротивление. Например, это 38 кОм (для каждого компьютерного БП цифра своя). Припаяйте пару проводов, как это показано ниже:

Найдите переменное сопротивление с таким же номиналом и припаяйте к этим двум проводкам. Включите БП в сеть и, поворачивая движок компонента, добейтесь напряжения 14,5 В.

Есть нюанс: при поднятии напряжения выше 15 В сорвётся генерация ШИМ. Тогда уменьшите сопротивление, а потом перезагрузите блок.

Далее нужно выпаять переменное сопротивление и замерить его тестером. Подберите соответствующую деталь – постоянное сопротивление. Можно использовать пару компонентов, спаяв их последовательно. Протестируйте работу устройства. Для удобства стоит привернуть подходящую ручку для переноски и установить амперметр. Но об этом – далее.

Выбор и подключение измерительных приборов к самодельному ЗУ

В ходе конструирования многие добавляют в конструкцию приборы, контролирующие процесс: амперметры, вольтметры. Цена этих устройств в электронном исполнении невысока и находится в пределах нескольких долларов. Проблема в том, что рынок предлагает широчайший ассортимент этих изделий, схемы подключения которых могут сильно различаться. Далее рассмотрены наиболее популярные и недорогие амперметры, вольтметры китайского производства. Их диапазон измерения напряжения от 0 до 100 В, а тока – до 10 А.

TK1382 и его подключение

Стоимость не превышает 5 $. Характерная особенность – наличие пары подстроечных сопротивлений для калибровки тока (от 0 до 10 А) и напряжения (от 0 до 100 В). Для питания прибора необходимо напряжение от 4,5 до 30 В. Схема:

Первый вариант – для подключения любой нагрузки, второй – для автомобильного аккумулятора.

YB27VA и его подключение

Этот ампервольтметр имеет точно такие же характеристики, что и прибор, представленный выше. Вся разница заключается в иной компоновке печатной платы и другой расцветке проводов. Ориентировочная стоимость – не более 4,5 $. Здесь также присутствуют калибровочные переменные резисторы. Схема:

Левая схема подходит для работы с любой нагрузкой, правая – для АКБ и ЗУ. Прибор рекомендуется врезать в корпус БП компьютера и закрепить на клее либо специальной пасте, чтобы проще было заменить при выходе из строя.

В заключение стоит сказать, что, исходя из приведённых схем, очевидно: собрать ЗУ своими руками не так уж сложно. Какой выбрать метод, зависит от наличия тех или иных узлов, деталей, что минимизирует затраты. Всё же наиболее простой вариант – последний, с использованием старого блока питания от компьютера.