Підставою для створення даного пристрою стало не бажання автомобілістів відмовитися від звички перевіряти зарядні пристрої на "іскру" і дивитися на полярність підключення його до акумулятора. Хорошим зарядним пристроєм вони вважають те, яке після всіх перерахованих вище дій залишається працездатним.
У цьому пристрої схема управління силовими елементами живиться від акумулятора, в його відсутності або короткому замиканні напруги на вихідних клемах немає. Від неправильного підключення акумулятора до зарядного пристрою існують різні схеми захисту: запобіжник і паралельно включений в зворотному напрямку діод; реле з діодом в ланцюзі обмотки, що роз'єднує акумулятор і зарядний пристрій при неправильному підключенні; нарешті, тиристор, він же силовий елемент, який при неправильному підключенні залишається закритим. Не будемо розглядати переваги і недоліки таких рішень, в будь-якому випадку при неправильному підключенні немає зарядного струму, а це наводить на сумніви в справності зарядного пристрою.
Пристрій не вимагає дотримання полярності при підключенні акумулятора, воно залишається працездатним в будь-якому випадку. Для цього в якості силових елементів застосовані сімістори, управління якими складніше, ніж тиристорами в аналогічній ситуації, крім того падіння напруги на відкритому сімісторов більше, ніж на тиристори, значить і виділення тепла більше і в цьому недолік схеми.
Додатково додано в пристрій можливість обмеження напруги на акумуляторі, так на справному при напрузі більше 14,25В починається бурхливий газовиділення, що приводить до википання електроліту та інших небажаних наслідків.
Схема з'єднань пристрою по силовій частині представлена на рис. 1, схема управління на рис.2, друкована плата на рис.3. Робота пристрою заснована на правильному управлінні симисторами. Для полегшення розуміння висновки силового трансформатора умовно позначені як С і D, висновки підключення до акумулятора - як А і В. Тоді існує 4 режими і 4 за це відповідають оптопари, при включенні яких включаються сімістори VS1-VS4:
- потенціал З більше D і потенціал А більше В включена U2 і VS1 і VS4
- потенціал D більше С і потенціал А більше В включена U3 і VS2 і VS3
- потенціал З більше D і потенціал У більше А включена U4 і VS2 і VS3
- потенціал D більше С і потенціал У більше А включена U5 і VS1 і VS4
Сімістори управляються імпульсом з самоформірованіе по тривалості, коли при з'єднанні умовного анода з керуючим електродом, в ланцюзі останнього тече струм, відкривається симистор зменшується напруга і струм між умовним анодом і керуючим електродом. Так як можливі випадки роботи в прямому і зворотному напрямку використовуються два транзистора різної провідності для з'єднання умовного анода з керуючим електродом, в базові ланцюга яких включений фототиристор оптрона, причому два, і кожен для своєї ланцюга, хоча включають одну і ту ж пару сімісторов, що знайшло своє відображення вище. Для виключення інверсного режиму роботи служать діоди в ланцюзі керуючий електродів.
У схемі управління застосовуються поширені ОУ загального застосування. Так як всі вони вимагають двополярного джерела живлення, створюється штучна загальна точка на рівні близько половини всього харчування мікросхем. Ця напруга отримують на стабілітроні VD4, щодо якого і порівнюється вхідна напруга на DA1 з формуванням сигналу управління по обмеженню вихідного напруги. Сигнал управління ручного регулювання береться з потенціометра R9. Управління симисторами здійснюється за вертикальним принципом. На входах ОУ DA2, що є компаратором, є лінійно наростаюче напруження і сигнал управління, на виході формується регульований по тривалості імпульс, по фронту якого включається симистор. Таким чином, при збільшенні рівня сигналу управління тривалість негативного імпульсу збільшується, кут відмикання сімістора більше, виходноенапряженіе менше. Так як є два сигнали управління (щодо обмеження вихідної напруги і ручного регулювання), то при об'єднанні їх діодами VD5.1, VD5.2 отримуємо результуючий сигнал, рівень якого дорівнює найбільшому з підведених. Якщо не настав обмеження по напрузі струм при ручному регулюванні змінюється по всьому діапазону, але якщо настане обмеження по напрузі навіть при установці ручки ручного регулювання в максимум, зарядний струм знизиться.
Лінійно наростаюче напруження формується на конденсаторі СЗ, при його заряді через резистор R11. Заряд конденсатора відбувається по екпоненте, але початковий її ділянку можна вважати лінійним, що використовується для спрощення устрою. При проході напруги через нуль конденсатор розряджається до рівня напруги стабілізації стабілітрона VD4 (штучна загальна точка) транзистором VT1, забезпечуючи синхронізацію роботи всієї схеми. Прохід фіксується оптопарою U1, при нульовій напрузі обидва транзистора її закриті і через резистор R18 відбувається відмикання транзистора VT1. Сигнал з оптопари використовується також і для правильної комутації сімісторов, про що говорилося вище.
Струм вимірюється струмовим вимірником РА з трансформатором струму, виконаного на кільцевому магнітопроводі, напруга вольтметром PV, з нульовою відміткою по середині (можна використовувати міліамперметр або мікроамперметр з додатковим опором). Первинна обмотка трансформатора струму один виток, вторинна близько 1000, муздрамтеатр 35x25x10, додатковий резистор R * підбирається під застосовуваний вимірювальний елемент.
Рис. 1 Схема з'єднань пристрою по силової частини
Від струму в навантаженні залежить потужність трансформатора Т1 і приємним сімістори. У цьому пристрої застосовувалися ТС112-16. Напруга на вторинній обмотці трансформатора Т1 близько 15В.
Діапазон регулювання струму коригується резисторами R5 (npn задатчике встановленим в максимум зарядний струм не повинен пропадати), R10 (мінімaльнoe значення регульованого струму). Підлаштування резистором R1 встановлюють поріг обмеження по напрузі. Розмір плати 2,8x3,8 дюйма, спосіб з'єднання - пайка в отвори, які мають позначення А, В, С, D, "1", "2", "3", "4", "VC", "VD" і гнучкими проводами задатчик -резістор R9 відповідно до схеми на рис. 1.
Рис. 2. Принципова схема зарядного пристрою
Порядок монтажу наступний:
- Встановлюють два симистора на один радіатор і два на інший
- Позначають їх написами, для одного радіатора VS1 і VS3, іншого VS2 і VS4.
- Радіатор VS1 і VS3 це силовий провід С і провід С для плати управління та провід VC для ключів, VS2 і VS4 це силовий провід D і провід D для плати управління та провід VD для ключів.
- Умовні катоди VS1 і VS2 це силовий провід А і провід А для плати управління, умовні катоди VS3 і VS4 це силовий провід В і провід В для плати управління.
- Малюнок друкованих плат (PDF, ~ 140 кб)
Схема удосконалилася в подальшому. Використовувався режим інвертора для розряду лужних акумуляторів перед їх зарядкою. Розряд ведеться на мережу живлення, тому немає необхідності в підборі резистора навантаження і відведенням великого тепла від нього. Використовувалися цифрові мікросхеми TTL як для правильної комутації, так і і безпосереднього управління симисторами (мікросхема К155ЛА18 дозволяє це зробити). Використовувалася незаслужено забута схема ШІМ методом подвійного інтегрування для амперметра. Розуміючи, що схема ускладнюється, вирішено було зробити незалежні блоки, що доповнюють один одного (тепер збірка устойства подібна "апгрейду" комп'ютера, базовий блок як основний, далі за потребою - цифровий амперметр, стабілізатор струму, обмежувач напруги, визначник ємності).
