Chargeur d'impulsions. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Pour charger les batteries de démarrage, les automobilistes utilisent une grande variété d'appareils, dont la plupart sont construits à l'aide d'un transformateur de réseau abaisseur. De tels dispositifs se caractérisent par une efficacité relativement faible, des dimensions et un poids importants. Et si l'efficacité peut être augmentée d'une manière ou d'une autre, il est pratiquement impossible d'améliorer les autres indicateurs de ces appareils. Il est possible d'améliorer considérablement les performances du chargeur s'il est construit sur le principe d'un onduleur à tension pulsée.

Les bornes de recharge Impulse fabriquées à l'étranger (Bochsch, Telwin, etc.) ont d'excellentes performances techniques, mais le coût est hors de portée de la plupart de nos automobilistes. Dans le même temps, la fabrication indépendante de tels dispositifs n'est pas à la portée de tous les radioamateurs, en particulier de ceux qui n'ont pas l'expérience nécessaire dans le domaine des circuits d'impulsions et de la mise en place de tels dispositifs.

Cependant, les chargeurs d'impulsions ne doivent pas être considérés comme extrêmement complexes. Ainsi, dans [1] un appareil radioamateur construit sur la base d'un convertisseur flyback est décrit.

L'avantage incontestable de tels convertisseurs est leur simplicité relative et leur petite taille. Cependant, ils ont aussi des inconvénients. L'un des plus sérieux d'entre eux est la magnétisation du circuit magnétique du transformateur, à cause de laquelle il est nécessaire d'utiliser un circuit magnétique avec une section 2 ... 2,5 fois plus grande que pour les convertisseurs push-pull.

De plus, les surtensions sur l'élément de commutation des convertisseurs flyback dépassent généralement de manière significative la tension d'alimentation, ce qui nécessite l'introduction de circuits de suppression et de régénération supplémentaires. Les pertes d'énergie en eux sont les plus perceptibles à une puissance de sortie élevée, de sorte que les convertisseurs à cycle unique sont utilisés dans les unités de puissance d'une puissance ne dépassant pas des centaines de watts.

Une batterie au plomb est généralement chargée de l'une des trois manières suivantes : tension constante, courant constant et règle dite de l'ampère-heure. La charge à tension constante est assez simple à mettre en œuvre, mais elle ne garantit pas une utilisation à XNUMX% de la capacité de la batterie. La charge selon la règle de l'ampère-heure (selon Woodbridge) peut être considérée comme un moyen idéal, mais elle n'est pas largement utilisée en raison de la complexité du circuit.

La méthode de charge avec un courant de charge stable est reconnue comme la plus optimale. Les appareils qui mettent en œuvre cette méthode peuvent être facilement équipés de nœuds qui vous permettent d'automatiser le processus de charge. Ce groupe de chargeurs comprend également ce qui est décrit ci-dessous.

L'appareil (voir schéma) est basé sur un convertisseur d'impulsions en demi-pont push-pull (onduleur) sur des transistors puissants VT4 et VT5, contrôlés par un contrôleur de largeur d'impulsion DA1 du côté basse tension. De tels convertisseurs, qui résistent à une augmentation de la tension d'alimentation et à une modification de la résistance de charge, ont fait leurs preuves dans les alimentations des ordinateurs modernes. Comme il y a deux amplificateurs d'erreur dans le contrôleur SHI K1114EU4 [2], aucun microcircuit supplémentaire n'est nécessaire pour contrôler le courant de charge et la tension de sortie.

(cliquez pour agrandir)

Les diodes à grande vitesse VD14, VD15 protègent la jonction de collecteur des transistors VT4, VT5 de la tension inverse sur l'enroulement I du transformateur T2 et détournent l'énergie d'émission vers la source d'alimentation. Les diodes doivent avoir un temps d'activation minimum.

La thermistance R1 limite le courant de charge des condensateurs C4, C5 lorsque l'appareil est connecté au réseau. Le filtre secteur C1C2C3L1 est utilisé pour supprimer les interférences de l'onduleur. Les circuits R19R21C12VD8 et R20R22C13VD9 sont utilisés pour forcer le processus de fermeture des transistors de commutation en appliquant une tension négative à leur circuit de base. Cela réduit les pertes de commutation et augmente l'efficacité du convertisseur.

Le condensateur C8 empêche la magnétisation du circuit magnétique du transformateur T2 en raison de la capacité inégale des condensateurs C4 et C5. Le circuit R17C11 permet de réduire l'amplitude des surtensions sur l'enroulement I du transformateur T2.

Le transformateur T1 découple galvaniquement les circuits secondaires du réseau et transmet des impulsions de commande au circuit de base des transistors de commutation. L'enroulement III fournit un contrôle de courant proportionnel. L'utilisation de l'isolation du transformateur a permis de sécuriser le fonctionnement de l'appareil.

Le redresseur de courant de charge est réalisé sur des diodes KD2997A (VD10, VD11), capables de fonctionner à une fréquence de fonctionnement relativement élevée du convertisseur.

Résistance R25 - capteur de courant. La tension de cette résistance, appliquée à l'entrée non inverseuse du premier amplificateur d'erreur du contrôleur DA1, est comparée à la tension à son entrée inverseuse, fixée par la résistance R2 "Courant de charge". Lorsque le signal d'erreur change, le rapport cyclique des impulsions de commande, le temps d'ouverture des transistors de commutation de l'onduleur et, par conséquent, la puissance transférée à la charge changent.

La tension du diviseur R23R24, proportionnelle à la tension sur la batterie en cours de charge, est envoyée à l'entrée non inverseuse du deuxième amplificateur d'erreur et comparée à la tension aux bornes de la résistance R5 appliquée à l'entrée inverseuse de cet amplificateur. Ainsi, la tension de sortie est régulée. Cela évite une ébullition intense de l'électrolyte en fin de charge en réduisant le courant de charge.

Le contrôleur SHI dispose d'une source de tension stable intégrée de 5 V, qui alimente tous les diviseurs de tension qui définissent la tension requise à la sortie de l'appareil et le courant de charge.

Étant donné que l'alimentation est fournie à la puce DA1 à partir de la sortie de l'appareil, il est inacceptable de réduire la tension de sortie de l'appareil à 8 V - dans ce cas, la stabilisation du courant de charge s'arrête et il peut dépasser la valeur maximale autorisée. De telles situations sont exclues par un nœud assemblé sur un transistor VT3 et une diode zener VD12 - il empêche le chargeur de s'allumer s'il est chargé avec une batterie défectueuse ou fortement déchargée (avec une FEM inférieure à 9 V). La diode Zener, et donc le transistor de nœud, restent fermés et l'entrée DTC (broche 4) de la puce DA1 est connectée via la résistance R7 à la sortie Uref de la source de tension de référence intégrée (broche 14). Dans le même temps, la tension à l'entrée DTC est d'au moins 3 V et la formation d'impulsions est interdite.

Lorsqu'une batterie saine est connectée à la sortie de l'appareil, la diode zener VD12 s'ouvre, suivie du transistor VT3, fermant l'entrée DTC du contrôleur à un fil commun et permettant ainsi la formation d'impulsions aux sorties C1, C2 (collecteur ouvert). Le taux de répétition des impulsions est d'environ 60 kHz. Après amplification du courant par les transistors VT1, VT2, ils sont transmis à travers le transformateur T1 à la base des transistors de commutation VT4 et VT5. La fréquence de répétition des impulsions est déterminée par les éléments R10 et C9. Il est calculé par la formule F=1,1/R10·C9.

Les diodes KD257B peuvent être remplacées par RL205, KD2997A - avec d'autres, y compris les diodes Schottky avec une tension inverse de plus de 50 V et un courant redressé de plus de 20 A, FR155 - avec des diodes à impulsions à grande vitesse FR205, FR305 et également UF4005. Le contrôleur SHI K1114EU4 a de nombreux analogues étrangers - TL494IN [3], DBL494, GLRS494, IR2M02, KA7500. Au lieu de KT886A-1, les transistors KT858A, KT858B ou KT886B-1 conviennent.

Les transformateurs sont les éléments les plus critiques et les plus laborieux de tout convertisseur d'impulsions. Non seulement les caractéristiques de l'appareil, mais aussi ses performances globales dépendent de la qualité de leur fabrication.

Le transformateur T1 est enroulé sur un circuit magnétique annulaire de taille K20x12x6 en ferrite M2000NM. L'enroulement I est enroulé avec du fil PEV-2 0,4 uniformément sur tout l'anneau et contient 2x28 tours; enroulements II et IV - 9 tours de fil PEV-2 0,5 chacun. Enroulement III - deux tours de fil MGTF-0,8. Les bobinages sont isolés les uns des autres et du circuit magnétique par deux couches de ruban PTFE fin.

Le transformateur T2 est enroulé sur un circuit magnétique blindé Ш10х10 en ferrite M2000NM (ou, mieux encore, M2500HMC); un circuit magnétique annulaire de section similaire convient également. L'enroulement I contient 35 tours de fil PEV-2 0,8 et l'enroulement II - 2x4 tours d'un faisceau d'une section d'au moins 4 mm2 à partir de plusieurs fils PEV-2 ou PEL. Si le transformateur est forcé de refroidir, la section du faisceau peut être réduite.

Il convient de noter que non seulement la fiabilité de l'appareil, mais également la sécurité de son fonctionnement dépendent de la qualité de l'isolation des enroulements des transformateurs, car c'est cette isolation qui isole les circuits secondaires de la tension du secteur. Par conséquent, vous ne devez pas le fabriquer à partir de matériaux improvisés - papier d'emballage, ruban adhésif, etc. - et encore plus le négliger, comme le font parfois les radioamateurs inexpérimentés. Il est préférable d'utiliser du ruban fluoroplastique mince ou du papier de condensateur à partir de condensateurs haute tension, en le posant en 2-3 couches.

Assembler l'appareil dans un coffret métallique de dimensions adaptées. Les transistors VT4 et VT5 sont installés sur des dissipateurs thermiques d'une surface d'au moins 100 cm2. Les diodes VD10, VD11 fournissent également un dissipateur thermique commun d'une surface d'au moins 200 cm2. Les parois du boîtier de l'appareil comme dissipateur thermique, ainsi que le dissipateur thermique commun pour les diodes et les transistors, ne doivent pas être utilisées pour des raisons de sécurité de fonctionnement du chargeur. Les dissipateurs thermiques peuvent être considérablement réduits en taille en les refroidissant de force avec un ventilateur.

Pour établir un convertisseur, vous aurez besoin d'un LATR, d'un oscilloscope, d'une batterie de travail et de deux compteurs - un voltmètre et un ampèremètre (jusqu'à 20 A). Si le radioamateur dispose d'un transformateur d'isolement 220 V x 220 V d'une puissance d'au moins 300 W, l'appareil doit être allumé à travers celui-ci - il sera plus sûr de travailler.

Tout d'abord, via une résistance temporaire de limitation de courant avec une résistance de 1 Ohm avec une puissance d'au moins 75 W (ou une lampe de voiture avec une puissance de 40-60 W), une batterie est connectée à la sortie de l'appareil et assurez-vous qu'il y a une tension positive de 5 V à la sortie Uret (broche 14) du contrôleur SHI. Connectez l'oscilloscope aux sorties C1 et C2 (broches 8 et 11) du contrôleur et observez les impulsions de commande. Le moteur de la résistance R2 est réglé sur la position la plus basse selon le schéma (courant de charge minimum) et une tension de 36.. .48 V est fournie par le LATR à l'entrée réseau de l'appareil.Les transistors VT4 et VT5 ne doivent pas devenir très chauds. L'oscilloscope contrôle la tension entre l'émetteur et le collecteur de ces transistors. S'il y a des surtensions à l'avant des impulsions, vous devez utiliser des diodes plus rapides VD14, VD15 ou sélectionner plus précisément les éléments R17 et C11 du circuit d'amortissement.

Il faut garder à l'esprit que tous les oscilloscopes ne permettent pas des mesures dans des circuits connectés galvaniquement au réseau. De plus, n'oubliez pas que certains éléments de l'appareil sont sous tension secteur - ce n'est pas sûr !

Si tout est en ordre, la tension à l'entrée secteur est augmentée progressivement de LATR à 220 V et le fonctionnement des transistors VT4, VT5 est surveillé par un oscilloscope. Le courant de sortie dans ce cas ne doit pas dépasser 3 A. En tournant le curseur de la résistance R2, assurez-vous que le courant à la sortie de l'appareil change en douceur.

Ensuite, une résistance temporaire de limitation de courant (ou lampe) est retirée du circuit de sortie et la batterie est connectée directement à la sortie de l'appareil. Les résistances R4, R6 sont sélectionnées de sorte que les limites de modification du courant de charge par le régulateur R2 soient de 0,5 et 25 A. Réglez la tension de sortie maximale sur 15 V en sélectionnant la résistance R5.

Le bouton régulateur R2 est muni d'une échelle calibrée en valeurs de courant de charge. Vous pouvez équiper l'appareil d'un ampèremètre. Le boîtier et toutes les pièces métalliques non conductrices de courant du chargeur doivent être mis à la terre de manière fiable pendant son fonctionnement. Il n'est pas recommandé de laisser un chargeur en état de marche sans surveillance pendant une longue période.

littérature

1. Kosenko S. VIPER-100A et un chargeur "de poche" basé sur celui-ci. - Radio, 2002, n° 11, p. 30-32.
2. Microcircuits pour alimentations à découpage et leur application. Annuaire. - M. : DODEKA, 1997.
3. Circuits de commande de modulation de largeur d'impulsion TL493, TL494, TL495. Fiches techniques - Texas Instruments, 1988. ti.com.

Auteur : V.Sorokoumov, Sergiev Posad

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