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.
Автор: АКА КАСЬЯН
Как вам статья?
