パルス充電器。スキーム、説明

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パルス充電器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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スターターバッテリーを充電するために、ドライバーはさまざまなデバイスを使用しますが、そのほとんどは降圧ネットワーク変圧器を使用して構築されています。このようなデバイスは、効率が比較的低く、寸法と重量が大きいという特徴があります。そして、何らかの方法で効率を上げることができたとしても、そのようなデバイスの他の指標を改善することは事実上不可能です。パルス電圧インバータの原理に基づいて充電器を構築すれば、充電器の性能を大幅に向上させることが可能です。

海外で製造されたインパルス充電ステーション (Bochsch、Telwin など) は優れた技術的性能を備えていますが、そのコストはほとんどのドライバーにとって手の届かないものです。同時に、そのような装置を独立して製造することは、すべてのアマチュア無線家、特にパルス回路やそのような装置の確立の分野で必要な経験を持たないアマチュア無線家の力の範囲内ではありません。

ただし、パルス充電器は非常に複雑であると考えるべきではありません。したがって、[1] では、フライバックコンバータに基づいて構築されたアマチュア無線デバイスが説明されています。

このようなコンバータの疑いのない利点は、比較的シンプルでサイズが小さいことです。ただし、欠点もあります。そのうちの最も深刻な問題の 2 つはトランスの磁気回路の磁化です。このため、プッシュプルコンバーターの 2,5 ～ XNUMX 倍の断面積を持つ磁気回路を使用する必要があります。

さらに、フライバックコンバータのスイッチング素子にかかる電圧サージは、通常、電源電圧を大幅に超えるため、追加の抑制回路と回生回路の導入が必要になります。それらのエネルギー損失は高出力電力で最も顕著であるため、シングルサイクルコンバータは数百ワットを超えない電力の電源ユニットで使用されます。

鉛蓄電池は通常、定電圧、定電流、およびいわゆるアンペア時規則の XNUMX つの方法のいずれかで充電されます。定電圧充電は実装が非常に簡単ですが、バッテリー容量の XNUMX% の使用を保証するものではありません。アンペア時規則 (ウッドブリッジによる) に従った充電は理想的な方法と考えられますが、回路が複雑なため広く使用されていません。

安定した充電電流で充電する方法が最適であると認識されています。この方法を実装するデバイスには、充電プロセスを自動化できるノードを簡単に装備できます。このグループの充電器には、以下で説明するものも含まれます。

このデバイス (図を参照) は、低電圧側のパルス幅コントローラ DA4 によって制御される、強力なトランジスタ VT5 および VT1 上のプッシュプルハーフブリッジパルスコンバータ (インバータ) に基づいています。このようなコンバータは、電源電圧の上昇や負荷抵抗の変化に耐性があり、現代のコンピュータの電源で十分に実証されています。 K1114EU4 [2] SHI コントローラには XNUMX つのエラーアンプがあるため、充電電流と出力電圧を制御するために追加のマイクロ回路は必要ありません。

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高速ダイオード VD14、VD15 は、トランス T4 の巻線 I の逆電圧からトランジスタ VT5、VT2 のコレクタ接合を保護し、放出エネルギーを電源に戻します。ダイオードには最小ターンオン時間がなければなりません。

サーミスタ R1 は、デバイスがネットワークに接続されているときにコンデンサ C4、C5 の充電電流を制限します。電源フィルタ C1C2C3L1 は、インバータからの干渉を抑制するために使用されます。回路 R19R21C12VD8 および R20R22C13VD9 は、ベース回路に負の電圧を印加することでスイッチングトランジスタを閉じるプロセスを強制するために使用されます。これにより、スイッチング損失が減少し、コンバータの効率が向上します。

コンデンサ C8 は、コンデンサ C2 と C4 の不等容量によるトランス T5 の磁気回路の磁化を防止します。 R17C11 回路は、変圧器 T2 の巻線 I の電圧サージの振幅を低減するのに役立ちます。

変圧器 T1 は、二次回路をネットワークから電気的に切り離し、制御パルスをスイッチングトランジスタのベース回路に送信します。巻線 III は比例電流制御を提供します。トランス絶縁の使用により、装置の安全な動作が可能になりました。

充電電流整流器は、コンバータの比較的高い動作周波数で動作できるダイオード KD2997A (VD10、VD11) で作られています。

抵抗 R25 - 電流センサー。最初のコントローラ誤差増幅器 DA1 の非反転入力に印加されるこの抵抗からの電圧は、抵抗 R2 の「充電電流」によって設定される反転入力の電圧と比較されます。誤差信号が変化すると、制御パルスのデューティサイクル、インバータのスイッチングトランジスタの開時間が変化し、したがって負荷に伝達される電力も変化します。

充電されるバッテリーの電圧に比例する分圧器 R23R24 からの電圧は、5 番目の誤差増幅器の非反転入力に供給され、この増幅器の反転入力に印加される抵抗 RXNUMX の両端の電圧と比較されます。したがって、出力電圧は調整されます。これにより、充電電流が減少し、充電終了時の電解液の激しい沸騰が回避されます。

SHI コントローラには 5 V の安定した電圧源が内蔵されており、デバイスの出力で必要な電圧と充電電流を設定するすべての分圧器に電力を供給します。

DA1チップにはデバイスの出力から電力が供給されるため、デバイスの出力電圧を8Vに下げることはできません。この場合、充電電流の安定化が停止し、最大許容値を超える可能性があります。このような状況は、VT3 トランジスタと VD12 ツェナーダイオードで組み立てられたノードによって除外されます。充電器に欠陥のあるバッテリまたは高度に放電したバッテリ (EMF が 9 V 未満) が搭載されている場合、充電器の電源がオンになることがブロックされます。ツェナーダイオード、したがってノードトランジスタは閉じたままとなり、DA4 チップの DTC 入力 (ピン 1) は抵抗 R7 を介して内蔵基準電圧源の Uref 出力 (ピン 14) に接続されます。同時に、DTC 入力の電圧は少なくとも 3 V になり、パルスの形成は禁止されます。

正常なバッテリがデバイスの出力に接続されている場合、VD12 ツェナーダイオードが開き、続いて VT3 トランジスタが開き、コントローラの DTC 入力が共通ワイヤに閉じられるため、出力 C1、C2 でのパルスの形成が可能になります (オープンコレクタ）。パルス繰り返し率は約 60 kHz です。トランジスタＶＴ１、ＶＴ２による電流増幅後、それらは変圧器Ｔ１を介してスイッチングトランジスタＶＴ４、ＶＴ５のベースに伝送される。パルス繰り返し周波数は要素 R1 と C2 によって決まります。 F=1/R4・C5の式で計算されます。

ダイオード KD257B は、RL205、KD2997A - 50 V を超える逆電圧と 20 A を超える整流電流を備えたショットキーダイオード、FR155 - 高速パルスダイオード FR205、FR305、および UF4005 を含む他のダイオードと置き換えることができます。。 SHI コントローラ K1114EU4 には、TL494IN [3]、DBL494、GLRS494、IR2M02、KA7500 など、多くの外国製類似品があります。 KT886A-1 の代わりに、トランジスタ KT858A、KT858B、または KT886B-1 が適しています。

変圧器は、パルスコンバータの中で最も重要で労力がかかる要素です。デバイスの特性だけでなく、全体的なパフォーマンスも製造の品質に依存します。

トランス T1 は、M20NM フェライトで作られたサイズ K12x6x2000 の環状磁気回路に巻かれています。巻線 I はワイヤ PEV-2 0,4 でリング全体に均等に巻かれ、2x28 ターンが含まれます。巻線 II および IV - ワイヤ PEV-9 2 をそれぞれ 0,5 回巻きます。巻線 III - MGTF-0,8 ワイヤーを XNUMX 回巻きます。巻線は、薄い PTFE テープの XNUMX 層によって相互に絶縁され、また磁気回路からも絶縁されています。

T2 トランスは、フェライト M10NM (または、さらに優れた M10HMC) で作られた装甲磁気回路 Ш2000х2500 に巻かれています。同様の断面の環状磁気回路も適しています。巻線 I には 35 ターンの PEV-2 0,8 ワイヤが含まれ、巻線 II - 複数の PEV-2 または PEL ワイヤからの断面積が少なくとも 4 mm4 の束の 2x2 ターンが含まれます。変圧器が強制的に冷却されると、バンドルの断面積が減少する可能性があります。

二次回路を主電源から絶縁するのはこの絶縁であるため、デバイスの信頼性だけでなく、その動作の安全性も変圧器の巻線間絶縁の品質に依存することに注意する必要があります。したがって、包装紙や文房具のテープなどの即席の材料でそれを作ってはならず、経験の浅いアマチュア無線家が時々行うように、それを無視することはさらに避けるべきです。薄いフッ素樹脂テープまたは高圧コンデンサのコンデンサ紙を2〜3層に重ねて使用するのが最善です。

デバイスを適切な寸法の金属製の箱に組み立てます。トランジスタ VT4 および VT5 は、少なくとも 100 cm2 の表面積を持つヒートシンクに取り付けられます。ダイオード VD10、VD11 は、少なくとも 200 cm2 の表面積を持つ共通のヒートシンクも提供します。充電器の安全な動作の理由から、デバイスボックスの壁をヒートシンクとして使用したり、ダイオードやトランジスタの一般的なヒートシンクとして使用したりしないでください。ヒートシンクをファンで強制冷却することで大幅な小型化が可能です。

コンバータを確立するには、LATR、オシロスコープ、動作するバッテリー、および電圧計と電流計（最大20 A）の220つのメーターが必要です。アマチュア無線家が少なくとも220 Wの電力を持つ300 V x XNUMX Vの絶縁変圧器を持っている場合、デバイスはそれを通してオンにする必要があります - 作業がより安全になります。

まず、少なくとも1 Wの電力（または75〜40 Wの電力の車のランプ）で抵抗60オームの一時的な電流制限抵抗器を介して、バッテリーがデバイスの出力に接続され、 SHI コントローラの Uret 出力 (ピン 5) に 14 V の正電圧があることを確認してください。オシロスコープをコントローラーの出力 C1 および C2 (ピン 8 および 11) に接続し、制御パルスを観察します。抵抗器 R2 のエンジンは、スキームに従って最も低い位置 (最小充電電流) に設定されており、36 ～ 48 V の電圧が LATR からデバイスのネットワーク入力に供給されます。トランジスタ VT4 と VT5 は、とても暑くなる。オシロスコープは、これらのトランジスタのエミッタとコレクタ間の電圧を制御します。パルスの先頭にサージがある場合は、より高速なダイオード VD14、VD15 を使用するか、ダンピング回路の要素 R17 および C11 をより正確に選択する必要があります。

すべてのオシロスコープがネットワークに直流的に接続された回路の測定を許可するわけではないことに留意する必要があります。さらに、デバイスの一部の要素には主電源電圧がかかっていることに注意してください。これは安全ではありません。

すべてが正常であれば、主電源入力の電圧は LATR によって 220 V までスムーズに増加し、トランジスタ VT4、VT5 の動作がオシロスコープによって監視されます。この場合の出力電流は 3 A を超えてはなりません。抵抗 R2 のスライダーを回転させて、デバイスの出力電流が滑らかに変化することを確認してください。

次に、一時的な電流制限抵抗器 (またはランプ) が出力回路から削除され、バッテリーがデバイスの出力に直接接続されます。抵抗 R4、R6 は、レギュレータ R2 による充電電流変更の制限が 0,5 A と 25 A になるように選択されます。抵抗 R15 を選択して、最大出力電圧を 5 V に設定します。

レギュレータノブR2には充電電流値を目盛った目盛りが付いています。デバイスに電流計を装備できます。充電器のボックスおよびすべての非通電金属部品は、動作中に確実に接地する必要があります。動作中の充電器を長時間放置することはお勧めできません。

文学

Kosenko S. VIPER-100A とそれをベースにした「ポケット」充電器。 - ラジオ、2002 年、第 11 号、p. 30-32。
スイッチング電源用の超小型回路とその応用。ディレクトリ。 - M.: ドデカ、1997 年。
TL493、TL494、TL495 パルス幅変調制御回路。データシート - テキサスインスツルメンツ、1988 年。ti.com。

著者：V.Sorokoumov、セルギエフポサド

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