Générateur de courant stable pour charger des batteries et son utilisation dans la réparation et la conception d'équipements électroniques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques

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Le générateur de courant stable (GCT) en question est bien adapté pour charger des batteries (jusqu'à 12 V).

Le courant de charge peut être réglé entre 0...10 A. Cependant, ce GTS n'a pas été fabriqué pour charger des batteries, mais à d'autres fins. Le puissant GTS vous permet d'évaluer rapidement presque toutes les connexions de contact en fonction de la valeur de la résistance de transition (contacts de relais, commutateurs, etc.). À l'aide d'un millivoltmètre CC, tel qu'un multimètre des séries 830 ou 890, vous pouvez facilement mesurer une résistance jusqu'à 0,001 ohms. Disposant d'un GTS puissant et d'un millivoltmètre, nous avons en fait acheté un milliohmmètre, ce qui ouvre de larges possibilités dans les activités d'un radioamateur.

Lorsque nous sommes engagés dans la réparation d'équipements radioélectroniques (RES), nous sommes obligés de vérifier le bon fonctionnement de nombreux composants. La conception de l'électronique radio nécessite la vérification de tous les composants radio sans exception (usagés et neufs).

Dans des conditions radioamateurs, le processus de vérification des composants est généralement très superficiel. Et que pouvez-vous apprendre sur les paramètres d'une diode ou d'un transistor puissant en utilisant un multimètre numérique ? En « stimulant » une puissante diode de 10...30 A avec un courant de plusieurs milliampères, on ne peut que révéler son inadéquation.

Les résultats seront meilleurs si vous utilisez un compteur à cadran, par exemple M41070/1. Ce dernier fournit une valeur de courant dans le circuit mesuré supérieure à 50 mA (sous-gamme de 300 Ohm). Et à la limite de 300 kOhm, les défauts des diodes et des transistors (fuite de courant) sont facilement détectés. Mais tous les défauts ne peuvent pas être détectés lors du test de dispositifs semi-conducteurs avec des appareils de mesure de résistance basse tension.

C'est pourquoi des compteurs ont été fabriqués [1, 2]. Le compteur [1] permet d'estimer rapidement la valeur de Uke.max des transistors, et la version portable d'un tel compteur [2] est conçue pour fonctionner sur batterie (non connectée à un réseau 220 V, ce qui est précieux en le marché de la radio). Les mêmes compteurs ont été utilisés pour évaluer les valeurs de tension inverse des diodes testées.

La recherche des condensateurs défectueux était pratique et rapide. De plus, le compteur [2] a une plage de tension de 0 à 3000 V. Cette dernière circonstance permet de tester l'isolation, par exemple entre les enroulements d'un transformateur de réseau. Dans ma pratique, il y a eu des cas où il était même possible de trouver l'emplacement d'un défaut d'isolation entre les enroulements I et II du transformateur du réseau d'alimentation. Aucun ohmmètre à portée de main (0...200 MOhm) n'a détecté de violations d'isolation, et le transformateur avait déjà commencé à « choquer avec le courant ». Dans l'obscurité (à une tension supérieure à 2,5 kW), l'emplacement du défaut était très clairement visible, puisque l'étincelle sautait à un endroit précis et créait un crépitement caractéristique. Ainsi, il a été possible d'éviter de rembobiner les enroulements en éliminant la rupture de l'isolation et en la remplissant de colle.

Le plus important est que les radioamateurs qui ont répété les compteurs [1, 2] étaient satisfaits des capacités de ces appareils.

Lorsque vous devez choisir les meilleures diodes de puissance parmi celles disponibles, cette GTS s'avère pratique. Les diodes avec la tension directe (Upr) la plus basse chauffent moins et durent plus longtemps.

Il est très important d'utiliser de tels instances dans les redresseurs basse tension, où la valeur Upr détermine l'efficacité du circuit. J'ai dû observer avec quelle intensité les diodes commencent à chauffer lorsque le courant qui les traverse dépasse 7...10 A ; les petites bandes de radiateurs ne suffisent plus, car les diodes des types D242-D247, KD203, D214, etc. à tel point qu'ils peuvent se mettre hors service. Le courant traversant ces diodes ne doit pas dépasser 7 A (le facteur de charge actuel est de 0,7). Cependant, la pratique de l'utilisation de telles diodes a montré qu'elles peuvent fonctionner longtemps et de manière fiable à des courants de 10 A ou plus. Si le courant dépasse 7 A, la sélection des échantillons ayant la valeur Upr la plus basse est particulièrement importante.

Dès que vous remplacerez les diodes silicium classiques D242 par des diodes à barrière Schottky, par exemple KD2998V, vous vous rendrez compte de l'avantage de ces dernières (la petite valeur d'Upr permet l'utilisation de radiateurs de petite taille même à un courant de 10 A ).

Malheureusement, les prix des diodes sont élevés et les prix des ponts de diodes sont excessivement élevés (ils peuvent être rentables en réparation, mais concevoir aux prix des revendeurs ruinera le radioamateur). Composer un pont à partir de plusieurs diodes est moins cher, même si cela entraîne des désagréments avec plusieurs dissipateurs thermiques. Les paramètres des diodes et ponts étrangers sont clairement surestimés, comme en témoigne leur remplacement dans les circuits.

Pour sélectionner des diodes avec une valeur Upr minimale, la diode testée est connectée à la sortie du GTS (comme le montre la ligne pointillée sur la Fig. 1). C'est ainsi qu'ont été sélectionnées les diodes des types KD202, KD203, D242D246, D214, D215, D231, KD2997, KD2998, KD2999, etc.. D'ailleurs, l'Upr des diodes diffère souvent des données de référence (à la fois la valeur typique et la valeur régulée pour la température T≥25°C et une amplitude spécifique du courant direct. Parmi un grand nombre (ou paquet) de diodes du même type, il y avait presque toujours des spécimens dans lesquels Upr était 1,5 à 2 fois supérieur au reste Ce sont de tels spécimens qui surchauffent, par exemple dans un pont redresseur (leur échauffement dépasse de manière significative l'échauffement des autres diodes).Upr a été mesuré à un courant non inférieur au courant de fonctionnement d'une diode donnée dans une conception spécifique.

À propos de la mesure de petites valeurs de résistance (mode milliohmmètre)

Vous aurez besoin d'un millivoltmètre avec une limite de 200 ou 2000 mV. La résistance R9 (Fig. 1) règle le courant traversant la résistance mesurée (Rн) à 1 A. Désormais, à chaque millivolt de chute de tension aux bornes de la résistance Rн correspond un milliohm de cette résistance. Lorsqu'une plus grande précision de mesure de Rн est requise, passez à la sous-gamme de 10 A (le commutateur SA2 est enfoncé) et réglez le courant traversant Rн à 10 A. Chaque milliohm de résistance correspond désormais à 10 mV.

(cliquez pour agrandir)

Avec une telle valeur de courant (10 A), presque toutes les connexions détachables « sonnent » parfaitement. Selon la résistance de transition, elle « s'installe » sur eux, de quelques millivolts (contact d'excellente qualité) à des dizaines et centaines de millivolts (ce sont déjà des contacts défectueux). La mesure de faibles résistances à un courant ≥10 A vous permet d'identifier rapidement de nombreux défauts cachés pour les tests avec des multimètres.

Une inspection exclusive (en nombre !) de presque tous les câbles d'installation est fournie. Prenez un morceau de fil d'installation de plusieurs dizaines de centimètres de long et connectez-le au GTS. La chute de tension à ses bornes détermine son adéquation à certaines fins. Tant qu'une personne a affaire à des structures où la valeur du courant ne dépasse pas 1...3 A, elle n'a pas besoin de mesurer les milliohms. Mais dans les conceptions avec des courants supérieurs à 10 A, beaucoup de choses changent. Des fils « chinois » (une épaisse couche d'isolation avec une petite section de conducteurs en cuivre) ont commencé à apparaître sur les marchés. Les fils domestiques de même diamètre (en termes d'isolation) ont une résistance linéaire au moins deux fois inférieure à celle des fils « chinois ». Pour éviter que le millivoltmètre ne soit endommagé lorsque Rн est éteint, pendant la mesure, les bornes de l'appareil sont shuntées avec une diode KD2998 (n'importe quelle autre avec un courant ≥10 A fera l'affaire), comme le montre la Fig. 1.

GTS est particulièrement utile lors de la vérification des connexions détachables et des contacts de relais utilisés. Les contacts qui nécessitent un nettoyage ou un remplacement sont immédiatement identifiés. Voici juste quelques exemples. Interrupteurs à bascule répandus de types TV, TP, MT, PT, etc. Au fil du temps, leur résistance de transition augmente de 3...5 mOhm à 0,1...0,5 Ohm et même plus ! Il est logique de mettre des inscriptions appropriées sur le corps de l'interrupteur, qui devraient déterminer le but (l'application) de l'interrupteur. Souvent, le nettoyage des contacts du relais donnait un bon résultat : généralement la résistance des contacts diminue de 2 à 10 fois (en fonction de l'usure des contacts).

Une réduction de la résistance de contact a également été obtenue grâce à un serrage de contact optimal. N'oubliez pas qu'un mauvais contact provoque une destruction accélérée des surfaces en contact.

À propos de la douleur

Les gens achètent des fiches, des prises et des interrupteurs secteur classiques (220 V), qui surchauffent lorsque la charge est supérieure à 1 kW. Bien qu'un 6 A encourageant soit inscrit sur les boîtiers de ces produits, les inscriptions ne garantissent pas la bonne qualité des connexions. Vous pouvez bien entendu vérifier ces produits en les connectant pendant 30...60 minutes avec une charge de 1 kW (en prévision d'un éventuel échauffement en cas de connexion défectueuse). Et vous pouvez utiliser GTS pour mesurer la résistance de contact. La question est très pertinente, car de mauvais contacts dans une charge électrique de 220 V conduisent souvent à un incendie. Et la qualité des fiches, prises et interrupteurs électriques domestiques modernes ne fait que diminuer (économie de matériaux, mauvais assemblage, manque de contacts à ressort fiables).

À propos des circuits GTS

Le GST est réalisé sur l'ampli opérationnel DA1 et un puissant transistor à effet de champ VT7, qui fournit le courant requis dans la charge. Puisqu'en courant continu (notre cas), le transistor à effet de champ ne consomme pas de courant à travers le circuit de grille, l'amplificateur opérationnel fonctionne pratiquement sans charge, ce qui augmente la fiabilité de l'ensemble du GTS. L'ampli opérationnel contrôle la conductivité du transistor à effet de champ, qui détermine le courant dans la charge Rн. Le GTS dispose de deux sous-gammes de contrôle de courant. Dans la position de l'interrupteur SA2 indiquée sur le schéma, nous avons 0...2 A. La deuxième sous-plage va jusqu'à 10 A. Le capteur de courant (résistance R16) est utilisé à la fois pour le circuit GTS et comme shunt d'ampèremètre. . La source de tension de référence est assemblée sur une diode Zener de précision VD9 de type D818E et un générateur de courant, qui, à son tour, est assemblé sur les transistors VT1-VT4 (empruntés à [3]).

Ce schéma a été injustement oublié par les radioamateurs. Il a une plus grande stabilité des paramètres que les circuits GTS à transistor unique. La stabilité du courant de sortie GTS dans le circuit Rn est presque entièrement déterminée par la stabilité de la tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op, c'est-à-dire Stabilité des ION. La stabilité des lectures de l'ampèremètre PA1 dépend de la stabilité des éléments R16-R18.

Les détails

Au lieu de l'unité d'organisation KR140UD708, K140UD7 a également été installé. Transistor à effet de champ IR.Z46 (KP741A, B), IR.Z44 (KP723A), IR.Z45 (KP723B), IR.Z40 (KP723V), IR.540 (KP746A), IR.541 (KP746B), IR.542 (KP746V), IR.P150 (KP747A), etc.

Le transistor à effet de champ a été choisi pour des raisons de fiabilité maximale et de simplicité de conception. S'il n'y a pas de transistor à effet de champ, il peut être remplacé par deux transistors, comme le montre la figure 2.

Cependant, le transistor KT827A fonctionne ici dans des modes proches de la limite (lorsque le courant de charge est de 10 A). Il est avantageux de remplacer le KT827A par deux transistors. C'est ce qu'ont fait les radioamateurs, en répétant le circuit GTS (Fig. 1) et en ne disposant pas de transistors à effet de champ (Fig. 3).

Le transistor VT7 doit être équipé d'un bon dissipateur thermique d'une surface d'au moins 2000 cm2. Transistors VT1, VT2 types KT3107, KT361 avec n'importe quelle lettre index. Transistors VT3, VT4 types KT3102, KT315 avec n'importe quelle lettre index. KT502 et KT503 conviennent également ici. Transistors VT5 de type KT815, KT817 ; transistors VT6 de type KT814, KT816.

À propos des diodes de redressement

Toutes les diodes puissantes avec un courant supérieur à 10 A feront l'affaire. S'il n'est toujours pas possible d'acheter des diodes puissantes (il est tout simplement irréaliste de les acheter en périphérie), utilisez l'ancien schéma de fonctionnement éprouvé (Fig. 4). deux ponts de diodes pour une charge commune (mode parallèle).

Le circuit de la figure 5 a le même objectif que le circuit de la figure 4, mais les résistances sont incluses de telle manière que les 8 diodes sont placées sur trois radiateurs, tout comme les diodes d'un pont conventionnel. Cependant, ici le nombre de résistances est déjà de 8 (au lieu de 4 sur la Fig. 4). Pour le circuit de la figure 1, les résistances des résistances R1-R4 (Fig. 4) et R1R8 (Fig. 5) ne doivent pas dépasser 0,1 Ohm (leur plage est de 0,03...0,1 Ohm, mais elles doivent être les mêmes) . Dans le circuit de la figure 4, des ponts KTs402, KTs405 (R1-R4 sont égaux à 0,5...1 Ohm) et d'autres diodes (pour KTs402, 405 la somme des courants ne dépasse pas 2 A) sont également utilisés.

Les résistances bobinées étaient fabriquées à partir de fil nichrome non rare d'un diamètre supérieur à 1,5 mm. Il n'y aura rien à redire sur la stabilité de la résistance R16 si elle est réalisée correctement (à un courant de 10 A, elle dissipe 10 W de puissance). Selon le TCS, le nichrome est 30 fois pire que le constantan, 3 fois pire que le manganine, mais 26 fois plus stable que le cuivre. Pour rattraper le manganin en terme de stabilité, il faut baisser la température (mettre la résistance sous tension). 4 résistances nichrome connectées en parallèle résolvent ce problème. Après tout, les shunts au manganine ou au constantan sont rares en périphérie. De plus, la température maximale de fonctionnement du manganin est inférieure à 100°C, tandis que celle du nichrome est de 900°C.

Les shunts préparés de la manière ci-dessus seront pratiquement « éternels » (2,5 W de puissance sur chacun ne provoqueront pas beaucoup d'échauffement).

Les résistances R7, R8 et R17, R18 sont constituées de résistances de type C2-13, puisque la stabilité de leur résistance détermine la stabilité du courant de sortie GTS et, par conséquent, les lectures de l'ampèremètre. Toutes les autres résistances sont de type MLT, à l'exception du type R9 bobiné PP2-12.

Les condensateurs électrolytiques C8-C10 sont largement disponibles, tels que K50-35 ou K50-6. Il est impossible de réduire leur capacité totale, car des pulsations pénétreront dans la charge (Rн) et des erreurs apparaîtront dans le fonctionnement du GTS (à une valeur de courant proche de 10 A). De plus, la capacité insuffisante du redresseur ne permettra pas d'obtenir un courant de sortie de 10 A (à la valeur indiquée de la tension alternative de l'enroulement II du transformateur réseau).

Si le GTS n'est pas utilisé comme chargeur pour batteries de 12 volts, la tension de l'enroulement II doit être réduite. Vous pouvez vérifier les diodes et diverses connexions de contacts même lorsque la tension de l'enroulement II est de plusieurs volts. En pratique, cette tension a été réduite à 6 V (avec une charge de 10 A). La version de base de ce GTS contenait un transformateur dont l'enroulement II, à un courant de 10 A, devait donner au moins 10,25 V. L'enroulement II était réalisé avec une prise lorsqu'il fallait obtenir un courant de plus de 10 A dans mode milliohmmètre, préservant le GTS comme chargeur pour batteries 12 volts.

Un peu de « savoir-faire » est qu'il est préférable de vérifier les connexions de contacts (enfichables) puissantes à un courant nettement supérieur à la valeur nominale. Par exemple, la fiche indique 6 A, ce qui signifie que la fiabilité de la connexion doit être vérifiée avec un courant de 10...20 A. Dans ce cas, une connexion par fiche de mauvaise qualité se révèle immédiatement. Et de nombreuses nouvelles fiches, prises et interrupteurs de qualité inférieure sont apparus sur le marché !

À propos du transformateur T1

La première version (de base) du GTS était assemblée sur un transformateur d'assez petite taille d'une puissance de seulement 160 VA. L'inscription dessus : "TBS30,16U3 R160 VA 50-60 Hz. GOST.5.1360-72". Il utilise du fer SL. Il est plus petit en volume que le TS-180 et fonctionne silencieusement, ce qui ne peut pas être dit du TS-180. Les enroulements secondaires sont rembobinés. L'enroulement II contient 45 tours de PEV-1,4 mm en deux fils. La tension en circuit ouvert est de 11,5 V. Sous une charge de 10 A, la tension de sortie est d'au moins 10,25 V, mais si des diodes Schottky sont installées dans le pont de diodes (KD2998, 2991).

Pour le silicium D242, 243, la tension dans l'enroulement II a été augmentée de 2,5 V. Si les diodes des circuits des figures 4 et 5 sont appariées par paires, alors les résistances R1-R4 (figure 4) et R1-R8 (Fig. 5) peut être retiré (court-circuité). En pratique, cela a été réalisé uniquement avec des diodes parallèles ayant un écart en Upr ne dépassant pas 5 %. L'enroulement III T1 contient 78 tours de double fil PELSHO-0,41. La prise de l'enroulement II pour un courant de 20 A (non représenté sur le schéma) a été réalisée à partir du 28ème tour.

Vous pouvez également utiliser le transformateur TS-180-2. Les enroulements 9-10 et 9'-10' étaient connectés en série. Selon les spécifications, ils ont 6,4 V et un courant de charge de 4,7 A. Ils contiennent 23 tours de fil D1,55 mm. Ils ne peuvent pas fonctionner avec un courant de 10 A, mais ils peuvent être utilisés pendant une courte période. Les enroulements 5-6, 5'-6' et 11-12, 11'-12' ont été utilisés comme enroulement III, les reliant en série (5-6 avec enroulement 11-12 et 5'-6' avec enroulement 11'- 12'). Les enroulements 11-12 fournissent chacun 6,4 V, seuls 11'-12' sont conçus pour un courant de 0,3 A et 11-12 - pour 1,5 A. À un courant de 10 A, les enroulements « les plus chauds » 9-10 ( dans quelques minutes), mais comme ils sont situés dans la couche toute supérieure, leur refroidissement est le meilleur. Pour une évacuation supplémentaire de la chaleur, la couche externe de papier (ainsi que l'étiquette) a été retirée sur chaque bobine TC-180.

Lorsque le GTS était fabriqué uniquement pour la continuité des connexions à faible résistance, le pont redresseur a été remplacé par un circuit double alternance avec un point médian (Fig. 6). Ici, comme dans les schémas Fig. 4 et Fig. 5, 2 pièces ont été installées. D242A en parallèle.

Toutes les diodes ici nécessitent un radiateur. L'essentiel dans cette situation (par rapport au TS-180) est que désormais le courant nominal des enroulements n'est plus de 4,7 A, mais supérieur à 7 A. D'après [4], nous avons un gain de courant de 1,4 fois par rapport à un enroulement 9-10.

Petite retraite

Le fil d'émail est désormais véritablement plaqué or : pour 1 kg il faut payer jusqu'à 5 USD. Pour cet argent, vous pouvez réellement acheter 2 à 4 pièces. transformateurs TS-180, dans lesquels il n'y a pas moins de fils.

Toutes les autres versions du GTS ont été réalisées principalement sur une base plus puissante (TS-270-1 rembobinés ou transformateurs toroïdaux), c'est-à-dire les enroulements secondaires ont été rembobinés. Si le fil émaillé n'est pas disponible, vous pouvez utiliser presque n'importe quel fil de cuivre ou d'aluminium monobrin. L'essentiel est que la section requise soit obtenue. La ligne directrice est simple : un noyau en cuivre d'un diamètre de 2 mm pour un courant ne dépassant pas 10 A.

Informations très utiles sur les transformateurs de réseau [5].

À propos des résistances bobinées (sauf R16). Tous peuvent être en cuivre, c'est-à-dire en pratique, des morceaux de fil de cuivre D0,4...0,6 mm ont été utilisés. Ce dernier d'une longueur de 1 m donne une résistance de 0,058 Ohm, d'une longueur de 120 cm - 0,07 Ohm. Le passage du courant (dû au TCR du cuivre) provoque une augmentation de la résistance jusqu'à 0,092 Ohms. Ainsi, un morceau de fil émaillé D0,6 mm et d'une longueur de 50...100 cm est largement suffisant pour ces circuits redresseurs. La longueur du segment ne doit pas prêter à confusion, puisque le fil peut facilement être placé sur un cadre d'un diamètre supérieur à 1 cm.

Dans le circuit de la figure 6, il est avantageux d'utiliser des « tablettes » - KD213, KD2997, 2999. Il est pratique de placer deux « tablettes » sur un radiateur spécifiquement pour des cas tels que le KD213. Dans la mesure du possible (en termes de tension), il est judicieux d'utiliser des diodes avec une barrière Schottky. Lors de l'achat du KD2998, assurez-vous de vérifier la valeur de Rrev. N'oubliez pas que la surchauffe entraîne la mort de tous les composants radio. Avec l’augmentation de la température, les jonctions pn se dégradent et le nombre de défaillances augmente. Il n'est pas nécessaire de se concentrer sur le fabricant, dont la tâche principale est de minimiser la consommation de matériaux et de composants, mais vous devez créer vous-même une marge de fiabilité et de résistance lorsque cela est possible.

L'emplacement des éléments et le dessin de la carte de circuit imprimé sont illustrés aux Fig. 7, 8.

Littérature

1. Zyzyuk A.G. Sélection de transistors pour UMZCH//Radioamator puissant. - 2001. N° 6. - p.7.
2. Zyzyuk A.G. Version portable du compteur Uke.max//Électrique. - 2002. N°8. - P.8.
3. Générateur de courant stable bipolaire//Radio. - 1981. - N° 4. - P.61.
4. Sheikina T.S. Exploitation des installations d'alimentation électrique des systèmes de transport. - M. : Radio et communication, 1982.
5. Transformateurs de puissance de type TC//Elektrik. - 2003. - N° 11. - P.20.
6. Zyzyuk A.G. À propos des transformateurs // Radioamator. - 1998. - N° 2. - P.37.

Auteur : A.G. Zyzyuk

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