Пускозарядное устройство для автомобиля на основе синхронного выпрямителя

Как известно, в процессе работы значительная тепловая мощность выделяется на диодах выпрямителя. Причиной выделения тепла в выпрямителях является падение напряжения на р-п-переходе силового диода, которое составляет величину в пределах 0,5… I В. Устранить его невозможно.

Работа устройства

На микросхеме DA3 выполнен компаратор напряжения по стандартной схеме. Он контролирует напряжение на аккумуляторе. Пока напряжение на неинвертирующем выводе 2 DA3 ниже, чем опорное напряжение на инвертирующем выводе 3 DA3, на выходе 7 присутствует низкий уровень напряжения (транзистор VT3 открыт), а следовательно, синхронный выпрямитель заряжает аккумулятор. По мере заряда аккумулятора напряжение на неинвертирующем выводе 2 DA3 увеличивается, когда оно превысит уровень опорного напряжения на выв. 2, на выходе появится высокий уровень напряжения. В результате на затворе транзистора VT3 присутствует высокий уровень, что проводит к выключению транзистора VT3. Таким образом, ток заряда аккумулятора протекает тогда, когда мгновенное напряжение на обмотке трансформатора превышает ЭДС батареи (один из транзисторов VT1, VT2 и их защитных диодов открыт), и при условии, что ЭДС ниже заданной уставки (транзистор VT3 открыт). Импульсы тока повторяются в каждом полупериоде. Длительность их зависит от соотношения между ЭДС и амплитудой напряжения на обмотке. Таким образом, когда открыт транзистор VT3, через него проходит пачка импульсов, длительность которой определяется компаратором DA5. Заряд аккумулятора идет методом широтно-импульсной модуляции.

Если напряжение на аккумуляторе ниже напряжения «уставки», задаваемое потенциометром R9, то открывается транзистор VT3 и происходит заряд аккумулятора. Напряжение на аккумуляторе через некоторое

время достигает напряжения «уставки», и компаратор выключает транзистор УТЗ. Заряд останавливается.

По истечении определенного времени, зависящего от скорости химических реакций в аккумуляторе, напряжение на аккумуляторе вновь станет ниже напряжения «уставки», и процесс повторится. По мере заряда аккумулятора длительность времени подключения ак-

кумулятора к синхронному выпрямителю уменьшается. При полном заряде аккумулятор отключается транзистором VT3 от синхронного выпрямителя. Напряжение полного заряда устанавливается резистором R9. Питается устройство от выпрямленного напряжения через диод VD2. Это напряжение не стабилизируется, поскольку микросхемы могут работать до 30 В. Так как падение напряжения на транзисторах VT1,VT2 маленькое (внутреннее сопротивление равно 0,001 Ом), то напряжение на обмотках II, III можно выбрать около 10… 12 В. Используемые транзисторы позволяют пропускать ток до 100 А. Для увеличения тока можно установить параллельно несколько транзисторов. При этом изменения в схему вносить не придется.

При использовании устройства в качестве пускового, необходимо выбрать соответствующей мощности трансформатор. В качестве трансформатора TV 1 используются два трансформатора типа ОСМ1-0,4УЗ, с

выходным напряжением 1 2 В. Мощность трансформатора выбирают исходя из мощности, потребляемой стартером автомобиля. Для легковых автомобилей мощность стартера приблизительно 1 кВт [1 ]. В режиме номинальной мощности потребляемый ток составляет

200…300 А. Стартер вращается при минимальном напряжении 8 В. Если предположить, что пускозарядное устройство берет на себя 50% нагрузки (остальные 50% мощности отбираются от аккумулятора), то ток, потребляемый от ПЗУ, составит 100… 150 А, при этом напряжение на его выходе не должно снижаться ниже 8 В, следовательно, мощность трансформатора должна быть 800 Вт и более. Максимальное напряжение на заряженном кислотном аккумуляторе не должно превышать! 4,4 В (2,4 В на одну «банку» аккумулятора). Отсюда следует, что вторичная обмотка должна быть рассчитана на эффективное напряжение 10 В. Амплитудное значение этого напряжения составит 15 В.

Итак, трансформатор должен иметь минимальную мощность 800 Вт, напряжение вторичной обмотки

..1 2 В, ток 100… 150 А. Так как время пуска составляет не более 15 с (3 попытки по 5 с), то можно допустить несколько больший, чем обычно нагрев трансформотора в этом режиме. При токе 1 00 А на транзисторах выделяется всего 1 0 Вт мощности, следовательно, их нужно поставить на радиатор площадью 1 00 см2. Соединительные провода, соединяющие ПЗУ с аккумулятором, имеют сечение 25 мм2. Их выбирают исходя из допустимой плотности тока. Обычно, для таких устройств плотность тока равна 4… 1 0 А/мм2. Чем больше плотность тока, тем сильнее нагрев проводов. В качестве выходных выводов используются клеммы К366УЗ с резьбой М10. Длина соединительных проводов 2,5 м.

Светодиод НИ служит для индикации правильного подключения к аккумулятору соединительных проводов устройства, а также индикации исправной работы устройства. Печатная плата устройства показана на З.

Очевидно, что проигрывает только владелец аккумуляторов. Хуже всего будет ситуация с батарейками. С еще исправными батарейками фотокамера отказывается работать. В тоже время, во многих других устройствах эти же батарейки продолжают исправно служить, причем достаточно долго. Очень наглядно это иллюстрируется их установкой в любой фонарик, потребляющий значительный ток.

Что касается батареек, то они подорожали как минимум в 2-3 раза, и их уже все менее выгодно становится приобретать, тем более нецелесообразно выбрасывать, когда они еще не разряжены полностью.

Таким образом, необходимо самостоятельно определять состояние аккумуляторов и батареек. Аккумуляторы, если нужно, перед подзарядкой разряжают. Использовать всякий раз нагрузочные резисторы и вольтметр с амперметром оказывается крайне неудобно. Особенно, когда диагностику приходится осуществлять часто. При разработке данного измерительного прибора основной упор делали на проверку 1,2- и 1,5-воль- товых элементов питания. То есть их, как самых широко распространенных, приходится проверять чаще всего.

Схема прибора показана на 1.

Фактически, в одном корпусе размещено несколько разных устройств, выполняющих разные функции. Универсальным измерительным прибором является стрелочный измеритель тока РА1. В показанном на схеме положении переключателя БА1 прибор РА1 измеряет ток разряда тестируемого элемента. Подключенный к клеммам 6 аккумулятор, в зависимости от положения переключателя БА2, оказывается подключен либо к «разряжателю», либо к нагрузочному резистору Р5 (110 Ом). На схеме 1 БА2 подключает к выводам аккумулятора небольшую нагрузку — резистор Р5.

Такая нагрузка необходима для проверки любого, пусть даже самого маломощного элемента питания, не важно, батарейки или аккумулятора. Без нагрузки многие «высохшие» элементы ведут себя как исправные. Стоит немного нагрузить элемент, как его напряжение резко снижается, иногда даже до нулевой отметки.

Таким образом, в показанном на схеме положении обоих переключателей тестируемый элемент нагружен током около 10 мА. Такой ток без значительного снижения выходного напряжения должны выдерживать любые кондиционные 1,5 В гальванические элементы, не говоря уже об аккумуляторах.