Переделка шуруповерта на литий. Часть 3

Ранее мы разобрались с тем на что будем менять (часть 1) и как будем контролировать (часть 2).

А теперь давайте поговорим о том, чем мы будем заряжать то, что натворили или собираемся. Ввиду того, что не смотря на тоже самое напряжение  (или близкое к оригиналу) АКБ, заряжать надо теперь нам все это уже по другому.

Давайте опять обговорим требования к зарядному.

Требования:

1. Соответствующий ток заряда
2. Контроль процесса заряда
3. Автоматическое отключение зарядного от АКБ (дабы не допускать перезаряда)

И опять я хотел бы обратиться к материалу товарища  kirich (огромное ему спасибо за проделанную работу!)

Условная схема типичного недорогого зарядного устройства выглядит примерно так:

Трансформатор, диодный мост, тиристор и схема управления. Правда иногда вместо тиристора стоит реле, ток никак не ограничивается и может присутствовать схема термоконтроля от перегрева (хотя и она не всегда спасает.

Но нам от этой схемы нужно только трансформатор и диодный мост, правда придется добавить еще конденсатор, так мы получим некую исходную неизменную часть, она отмечена красным и дальше меняться не будет.

Диодный мост обычно находится на плате и при необходимости его можно использовать (если он исправен). Т.е. по большому счету можно выпаять из платы все радиоэлементы, оставив только четыре диода и клеммы для подключения батареи, а саму плату использовать как основу.
Катод у диодов помечен полоской, точка, где соединяются два вывода помеченные полоской — плюс, соответственно точка соединения «не меченных» выводов — минус. К двум другим точкам соединения подключается трансформатор.

Правда открыв зарядное устройство вы можете увидеть и такую картину (не обращайте внимание на отсутствие трансформатора):

В этом случае придется выпаивать все.

Диоды на плате удобно заменить на готовый диодный мост, к выводам АС подключается трансформатор, + и — соответственно идут дальше в схему.

Можно конечно сказать как подобрать конденсатор, но я советую не заморачиваться и поставить такой как на фото, емкость 1000мкФ, напряжение 35 Вольт. Емкость можно и больше, например 2200, а напряжение 50 или 63 Вольта, большая емкость и напряжение смысла не имеют, а только увеличат габарит конденсатора.

Конденсатор можно любой, подойдет даже «нонейм». Да, ставить его надо в любом случае, независимо от исправности диодного моста.

Теперь о контроле и зарядке. Правильным вариантом будет применить понижающий DC-DC преобразователь.
И более правильно будет применить плату, которая «умеет» не только стабилизировать выходное напряжение, а и ток.

Например вот такая платка. Отличить подходящие платы от других весьма просто, в описании должно быть написано — DC-DC StepDown, а на плате присутствовать как минимум два подстрочных резистора.

Но помимо регулировки выходного тока данная плат имеет еще дополнительный бонус в виде индикации:

1. Светодиод вверху, показывает режим ограничения тока

2. Пара светодиодов внизу, показывают окончание заряда.

Индикация заряда аккумулятора реализована очень просто, переключение светодиодов происходит при падении тока ниже чем 1/10 от изначально установленного. Такой режим работы очень распространен и используется во многих простых зарядных устройствах.

Т.е. к примеру мы установили ток заряда в 1.5 Ампера, подключили аккумулятор, когда ток заряда упадет ниже чем 150мА, то один из светодиодов погаснет, а второй засветится, показывая тем самым, что процесс заряда окончен.

Обзоры данной платы делал коллега ksiman, потому для более детального описания проще дать ссылку.

Схема данной платы также из указанного выше обзора, возможно будет полезна.

Получается, что данная плата весьма неплохо подходит для заряда аккумуляторов, сначала выставляем напряжение окончания заряда из расчета 4,2 Вольта на элемент, а затем ток заряда.

Вот мы потихоньку и подобрались к предмету разговора, который прежде всего заинтересовал своей низкой ценой. У меня очень большие подозрения насчет «фирменности» установленной микросхемы, но если не использовать ее на все заявленные 3 Ампера, то она вполне жизнеспособна.

В исходном виде на плате расположены три светодиода:
1. Заряжено.
2. Заряд
3. Индикация ограничения тока.

Как работает индикация.

Светодиоды Заряд и Заряжено включены так, что светит только один из них, потому можно их рассматривать как один. В платах без регулировки тока при которой будет срабатывать индикация, переключение происходит при падении тока заряда ниже 1/10 от установленного резистором — Ограничение тока. В обозреваемой плате можно установить произвольный ток срабатывания, я бы советовал выставить 1/5.

Светодиод индикации ограничения тока работает несколько по другому, он светит когда происходит ограничение тока, т.е. когда ток при установленном напряжении стремится вырасти больше, чем установлено регулятором.

Например выставили ток 1 Ампер и 10 Вольт (условно), подключили нагрузку, которая при 10 Вольт потребляет 0.5 Ампера. На выходе будет 10 Вольт 0.5 Ампера. Затем подключили нагрузку, которая при 10 Вольт будет потреблять 1.5 Ампера, на выходе будет 1 Ампер и 8 Вольт (условно), т.е. плата снизит напряжение до такого значения при котором ток на выходе не будет превышать установленного и при этом засветит светодиод.

Также на плате находится три подстроечных резистора:

1. Регулировка выходного напряжения.
2. Регулировки порога срабатывания индикации окончания заряда.
3. Регулировка порога ограничения выходного тока.

Плата весьма простая, на ней расположена собственно микросхема LM2596, стабилизатор 78L05 и компаратор LM358.
LM2596 собственно ШИМ контроллер.
78L05 используется дли питания компаратора и как источник опорного напряжения.
LM358 «следит» за током и попутно управляет индикацией

В качестве токового шунта работает дорожка на печатной плате.

Такой метод измерения тока не очень хорош, так как ток будет «плавать» в зависимости от температуры платы, но так как для нас стабильность выходного тока не имеет значения, то можно не обращать на это внимание.

Расположение контактов, органов управления и индикации со страницы товара.

Платы с возможностью ограничения выходного тока весьма хорошо подходят для заряда аккумуляторов. А те платы, которые имеют индикацию окончания заряда, позволяют еще и получить некое удобство, позволяющее знать что аккумулятор заряжен.

Но есть у всех вышеперечисленных способов один минус, все эти варианты не могут отключить аккумулятор после окончания заряда, т.е. полностью прекратить процесс.

Конечно мне скажут, а как же живут аккумуляторы в блоках бесперебойного питания. А вот здесь есть особенность, у некоторых типов аккумуляторов есть понятие — циклический заряд и так называемый Standby, т.е. поддерживающий. Тот же свинцовый аккумулятор в циклическом режиме заряжают до 14.3-15 Вольт, а в дежурном только до 13.8-13.9 Вольта.

Если аккумулятор не отключить, то небольшой ток заряда всегда будет через него течь, и хотя литиевым аккумуляторам в этом плане немного «повезло», ток у них падает очень значительно, но все равно, оставлять их в таком режиме не рекомендуется.

Дело в том, что кадмиевые или свинцовые просто начинают разрушаться, нагреваться и все, а с литиевыми возможно возгорание. Да, литиевые аккумуляторы имеют защитный клапан, но лишняя защита никогда не мешает.

Очень часто задают вопрос — а как же плата защиты, ведь она может отключить аккумулятор по завершении заряда. Может и не только может, а и отключит, только сделает это она не при 4.2 Вольта на элемент, а при 4.25-4.35 Вольта, так как функция отключения для нее скорее защитная, а не основная. Потому так делать крайне не рекомендуется.

Собственно потому я придумал простенькую схемку, которая будет отключать аккумулятор по завершению заряда. Принцип работы очень прост (потому имеет некоторые ограничения). Подключили аккумулятор, так как конденсатор С1 разряжен, то через него течет ток, который открывает транзистор, а он подает ток на реле. Реле подключает к зарядному аккумулятор, а дальше реле питается через оптрон, который подключен к выходу индикации заряда платы преобразователя.

Соответственно была разработана небольшая платка, причем в универсальном исполнении.

Когда я придумывал схему, то старался ее максимально упростить, применив минимум компонентов.

1. Реле — любое с напряжением обмотки 12 Вольт (для вариантов с 3-4 аккумуляторами) и контактами рассчитанными на ток хотя бы 2х от тока заряда. (забегая в перед скажу, я взял такое)
2. Транзистор — BC846, 847, или известный КТ315, КТ3102, а также аналоги.
3. Диод — любой маломощный диод.
4. Резисторы — любые в диапазоне 15 — 33кОм
5. Конденсатор — 33-47мкФ 25-50 Вольт.
6. Оптрон — PC817, стоит на большинстве плат блоков питания.

Собрал плату.

Плату я сделал универсальной, можно применить вместо реле полевой транзистор, часть компонентов остается та же, что и была до этого. Кроме того такой вариант более универсален, так как подходит для шуруповертов с 3-4-5 аккумуляторами.

Но у такой платы есть недостаток. Внутри транзистора есть «паразитный» диод и если оставить аккумулятор подключенным к зарядному устройству, но выключить его из розетки, то аккумулятор будет разряжаться через схему зарядного. В том варианте, что я показал выше, будет похожая проблема, но там ток совсем маленький, около 0.5мА и для полного разряда аккумулятору понадобится около 4000 часов.

Здесь применены немного другие номиналы, хотя по сути важен только номинал резисторов R4 и R5. Номинал R5 должен быть по крайней мере в 2 раза меньше чем у R4.

Подбираем компоненты для будущей платы. К сожалению транзистор скорее всего придется купить, так как в готовых устройствах такие применяются редко, они могут встречаться на материнских платах, но крайне редко.

Плата универсальная, можно применить реле и сделать по предыдущей схеме, а можно применить полевой транзистор.

Теперь блок схема зарядного устройства будет выглядеть следующим образом:

Трансформатор, затем диодный мост и конденсатор фильтра, потом плата DC-DC преобразователя, ну и в конце плата отключения.

Полярность выводов индикации заряда я не подписывал, так как на разных платах может быть по разному, если что то не работает, то надо просто поменять их местами, тем самым изменив полярность на противоположную.

Все, скручиваем корпус и ставим на полный прогон. Мне правда пришлось перед этим разрядить аккумулятор, так как я его зарядил в процессе подготовки прошлой части.

Если к зарядному подключается заряженный аккумулятор, то на 1.5-2 секунды срабатывает реле, потом опять отключается, так как ток низкий и блокировка не происходит.

И конечно ссылка на архив с трасировкой плат автора.

В моем случае зарядное представляет из себя следующее устройство:

Схема выглядит примерно так:

В большинстве случаев, простые зарядные именно так и выглядят. Зеленый светодиод сигнализирует о том, что зарядное подключено к сети. А красный по большому щету вообще не о чем, он сигнализирует о том, что есть падение напряжения на токозадающем резисторе R1, т.е. АКБ подключен. Ни о каком токе заряда или контроле состояния речи не идет.

Вот это чудо и буду я переделывать используя весь тот материал, который вам предоставил в следующей части.