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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Chargeur et démarreur automatique pour batterie de voiture. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques Les dispositifs de démarrage fabriqués industriellement ont souvent une faible puissance et ne sont pas suffisamment fiables en fonctionnement. Les circuits de démarrage automobile les plus simples, constitués uniquement d'un transformateur et de diodes de redressement de puissance, présentent également un certain nombre d'inconvénients. Premièrement, si les fils de sortie sont accidentellement court-circuités, des diodes de redressement coûteuses peuvent facilement être endommagées. Si la polarité de connexion d'un tel circuit à la batterie est incorrecte, l'électronique embarquée ou la batterie elle-même peuvent être endommagées. De plus, lors de la fabrication du dispositif de démarrage le plus simple, il est nécessaire de sélectionner correctement les paramètres du transformateur (le rapport du nombre de tours des enroulements primaire et secondaire pour un type spécifique de circuit magnétique) afin qu'il fournisse un courant à la charge d'au moins 100 A avec une chute de tension d'au moins 10 V. L'appareil décrit ci-dessous permet d'éliminer tous ces défauts. Il peut également être utilisé pour recharger ou entraîner la batterie, et l'automatisation ne permettra pas à la tension sur la batterie de dépasser la valeur admissible dans tous les modes de fonctionnement. Le circuit électrique assure la stabilisation de la tension de sortie et la protection du courant contre les courts-circuits. Et si la polarité de connexion de la batterie aux bornes de sortie de l'appareil est incorrecte, cela ne permettra pas sa mise en service. Pour faire fonctionner le démarreur-chargeur dans différents modes, la batterie est connectée aux mêmes bornes de sortie, ce qui est très pratique pendant le fonctionnement. Celui-ci assure la surveillance du fonctionnement du circuit et de l'état de la batterie à l'aide d'un voltmètre et d'un ampèremètre installés sur la face avant du boîtier, Fig. 4.13. Les régulateurs qui s'y trouvent peuvent modifier la tension de sortie U et le courant limite (de protection) I sur une large plage.
L'appareil peut fonctionner selon trois modes, qui sont sélectionnés par le commutateur SA1 (« mode ») : 1. Chargement - la batterie est chargée avec un courant stable jusqu'à ce que la tension sur la batterie augmente jusqu'à 14,8 V. Dans ce cas, le courant de charge peut être réglé sur n'importe quelle valeur comprise entre 1 et 10 A. 2. Entraînement – utilisé pour éviter la sulfatation des plaques de batterie lors d'un stockage à long terme avec électrolyte, par exemple en hiver. L'appareil vous permet de cycler le processus de charge-décharge en mode automatique. Le courant de charge peut être réglé à partir de 1 A, le courant de décharge - 10 A. Le nombre de cycles n'est pas limité. 3. Le mode démarrage est utilisé pour démarrer le moteur de la voiture. Dans ce cas, l'appareil est connecté en parallèle avec la batterie et fournit un courant allant jusqu'à 100 A en mode continu. Cela facilite le démarrage du moteur en hiver ou lorsque la capacité de la batterie est réduite en raison du vieillissement. Circuit électrique du dispositif de charge et de démarrage, fig. 4.14, comprend les parties suivantes : a) transformateur de puissance T1 d'une puissance d'environ 1 kW avec un redresseur réalisé à partir de thyristors VS1, VS2 ; b) alimentation du circuit de commande du transformateur T2 et des stabilisateurs DA2, DA3 ; c) circuits de commande automatique (DA1.DA4, ТЗ) ; d) circuits de contrôle de mode (PV1, amplificateur DA6 pour mesure de courant, PA1.HL1, HL2) ; e) unité de commutation et de protection (K1, K2, DA5).
Tableau 4.1. La tension d'alimentation sur les microcircuits
Étant donné que lors du chargement d'une batterie de voiture, il est recommandé de maintenir constant le courant de charge moyen, les thyristors sont utilisés comme élément de régulation. Ils fonctionnent simultanément comme des redresseurs commandés. Pour faciliter la fabrication, le circuit de commande est alimenté par un transformateur T2 séparé. Un signal en est également retiré pour synchroniser le fonctionnement du circuit avec la fréquence du secteur (un circuit d'éléments VD6-R28-R33). Les tensions +15 V et -15 V utilisées pour alimenter le circuit de contrôle sont stabilisées sur les puces DA2 et DA3. L'unité de commande automatique fonctionne comme suit. Le signal de retour de tension (Uoc) provenant des bornes de sortie (X1, X2) via les résistances R1-R4 est fourni à l'entrée de l'intégrateur DA1.1. La tension amplifiée de sortie est additionnée à la tension réglée par la résistance R14 et est fournie à l'entrée. DA4.15. La puce DA4 (KR1114EU4) est spécialement conçue pour la construction de circuits de commande pulsés, ce qui permet de simplifier considérablement le dispositif. Il contient un ensemble complet d'unités fonctionnelles pour effectuer le contrôle de la largeur d'impulsion (Fig. 4.15) et à l'intérieur : une source de tension de référence de précision +5 V (ION) ; des amplificateurs d'erreur (1 et 2), des comparateurs (3 et 4), des circuits de commande de l'étage de sortie sur transistors et un générateur de tension en dents de scie. La fréquence du générateur est réglée par la résistance externe R30 et le condensateur C15. Le fonctionnement de l'autogénérateur est synchronisé avec la fréquence du réseau à l'aide du transistor VT1, dont le signal d'ouverture provient du redresseur VD6.
A la sortie du microcircuit DA4/8, se forme une impulsion de tension dont la largeur dépend de la position des régulateurs R19, R14. Comme des impulsions courtes suffisent pour ouvrir les thyristors, un circuit différenciateur C18-R45 est utilisé pour les obtenir. Ces impulsions sont amplifiées par les transistors VT2, VT3 et, via un transformateur d'impulsions à découplage galvanique (T3), sont fournies aux bornes de commande des thyristors (VS1, VS2). La fonction de stabilisation actuelle est réalisée comme suit. Le signal de retour de courant (loc), extrait du shunt Ruj, est envoyé via la résistance R5 à l'entrée de l'intégrateur DA1/7. L'intégrateur amplifie la tension 10 fois et atténue également les ondulations. Le signal de la sortie DA1/10 est mélangé à la tension réglée par la résistance R14. La différence entre ces tensions est fournie à l'entrée (DA4/2) de l'amplificateur limiteur de courant. À l'intérieur du microcircuit, on compare les signaux arrivant aux entrées DA4/4 et DA4/2, et le plus grand d'entre eux affecte directement la largeur des impulsions de commande et, par conséquent, le moment d'ouverture des thyristors. Le fonctionnement du circuit est surveillé à l'aide d'un voltmètre PV1 et d'un ampèremètre PA1. Lorsque l'appareil est utilisé comme démarreur, l'ampèremètre PA1 est connecté directement au shunt par l'interrupteur SA1. À un courant de 100 A, la tension sur le shunt doit être de 75 mV, ce qui est largement suffisant pour dévier l'aiguille de l'instrument à pleine échelle. Dans le cas où le courant de fonctionnement est requis jusqu'à 10 A (mode de charge ou d'entraînement), pour une mesure plus précise, un amplificateur (DA6) avec un facteur 10 est installé et l'aiguille de l'ampèremètre PA1 peut également dévier à pleine échelle. Le mode de fonctionnement de l'appareil est indiqué par des LED : la LED HL1 est allumée - fonctionnement, HL2 - l'appareil est éteint et la batterie se décharge avec un courant de 0,8 A (en mode entraînement). L'unité de commutation et de protection commence à fonctionner lorsque la batterie est connectée aux bornes X1, X2 avec la polarité correcte, dans ce cas, si la machine est allumée. A1, lorsque vous appuyez sur le bouton SB1, en raison du courant circulant de la batterie à travers l'enroulement K1, la résistance R67 et la diode VD22, le relais K1 s'allumera et avec ses contacts (K1.1, K1.2) il alimentera le transformateur T1 et le circuit de commande, ainsi que le circuit bouton de blocage (K1,3). Il est facile de remarquer que si la polarité de connexion de la batterie est incorrecte, la diode VD22 sera fermée et ne permettra pas au relais K1 de s'allumer. La puce DA5 contient un comparateur de tension qui, en fonction du mode sélectionné par le commutateur SA1, contrôle l'algorithme de fonctionnement de l'appareil, empêchant la tension sur la batterie de dépasser le niveau fixé (par la résistance R41) de 14,8 V. C'est le valeur efficace - l'amplitude sera plus grande. Le circuit du R48-VD17 assure l'hystérésis du comparateur. Examinons maintenant plus en détail les caractéristiques de fonctionnement du dispositif de charge et de démarrage dans différents modes. Mode de charge Le courant de charge requis en mode de stabilisation du courant est défini par la résistance R14 lorsque le régulateur de tension R19 est réglé au maximum. Le courant de charge est surveillé à l'aide de l'ampèremètre PA1. Pour charger, la batterie est connectée aux bornes « + » (X1) et « - » (X2) de l'appareil, en respectant la polarité. Lorsque vous appuyez sur le bouton SB1, le circuit commencera à fonctionner. Dès que la tension de sortie fixée par la résistance R19 dépasse le niveau disponible sur la batterie, dans son circuit de charge du transformateur (T1), le courant commence à circuler à travers le shunt (Rsh), créant une tension sur celle-ci. Cette tension va à l'entrée de l'amplificateur-intégrateur à rétroaction de courant DA1.1. Elle changera jusqu'à compenser la tension de référence réglée à l'entrée DA4/2 (cette tension, à son tour, détermine le moment d'ouverture des thyristors, et donc le courant dans le circuit de puissance). Ainsi, la stabilisation du courant ou de la tension dans ce mode de fonctionnement et dans d'autres modes de fonctionnement de l'appareil est le processus de réglage d'un tel moment d'ouverture des thyristors, auquel la tension à la sortie de l'appareil via le circuit de rétroaction compense la tension de référence à un certain indiquer. Si le circuit fonctionne en mode de stabilisation de courant, à mesure que la batterie se charge, la tension augmente. Dès qu'il atteint le niveau de 14,8 V, le comparateur DA5 se déclenche et le signal provenant de sa sortie vers l'entrée DA4/4 arrête la formation des impulsions qui commandent l'ouverture des thyristors. Mode entraînement Le processus de formation est fondamentalement similaire au processus de charge, sauf que lorsque le commutateur SA1 est réglé sur le mode approprié, le comparateur DA5 surveille le niveau de tension sur la batterie et, lorsqu'il dépasse 14,8 V, envoie un signal de verrouillage à l'entrée DA4/4. Ce qui entraîne la disparition des impulsions (DA4/8) qui commandent l'ouverture des thyristors. Dans ce cas, le transistor VT5 s'ouvrira également et le relais K3 fonctionnera. Il connectera la charge (R3.1) avec ses contacts K68 pour décharger la batterie. La résistance R68 fournit un courant de décharge de 0,8 A. La décharge se produira jusqu'à ce que la tension sur la batterie descende à 10,5 V. Dès que cela se produit, la sortie du comparateur DA5 reviendra à un niveau zéro, ce qui éteindra le relais. Court-circuit et le circuit passera en mode de charge de la batterie. Ce processus de charge-décharge sera répété périodiquement et le nombre de cycles n'est pas limité. Mode de démarrage Dans ce mode, non seulement le courant de sortie de l'appareil est limité afin de le protéger des dommages, mais également le niveau de tension de sortie à une valeur sûre pour la batterie et le réseau de bord. Pour fonctionner dans ce mode, le régulateur de courant R14 est réglé au maximum et, avec la résistance R19, nous réglons la tension à 1...13 V à l'aide du dispositif PV14. Vous pouvez maintenant insérer la clé dans le contact de la voiture et démarrer le moteur. Dans ce cas, selon les conditions de démarrage, la flèche PA1 pourra occuper différentes positions sur le coffret, et sa valeur maximale correspondra à 100 A. L'aiguille du voltmètre PV1 pourra s'écarter dans le sens de la diminution. Caractéristiques d'assemblage et conception Le corps de l'appareil a des dimensions de 340x240x200 mm et est en feuille de duralumin. Les thyristors VS1 et VS2 sont installés sur des radiateurs d'une superficie d'environ 1000 cmXNUMX. (les radiateurs standards pour ces thyristors ont justement une telle surface). Structurellement, certaines des pièces mises en évidence dans le schéma par une ligne pointillée, à l'exception du commutateur SA1, sont situées sur un circuit imprimé double face en fibre de verre de 2,5.3,5 à 145 mm d'épaisseur et de dimensions 110x4.17.4.19. MM, fig. XNUMX. Pour augmenter la densité d'installation, les éléments VD5 et R8, R9 sont installés respectivement sous T2, C5, C6. Les résistances ajustées sont fixées sur la carte les unes au-dessus des autres, comme indiqué sur la Fig. 4.20. Pour éviter les courts-circuits des conducteurs imprimés lors de l'installation sous le transformateur. T3 et les résistances ajustées sont placées sous une entretoise diélectrique. De plus, il est nécessaire de réaliser deux cavaliers volumétriques sur la carte entre les broches DA5/2-DA4/7-VT1/e.
La connexion du circuit imprimé avec d'autres pièces se fait via un connecteur. Type Hz. RSh2N-2-15 et lames de contact de n'importe quel connecteur miniature. Les fils de connexion aux régulateurs R14 et R19 doivent être dans le blindage. L'installation de la partie puissance (du transformateur T1 aux thyristors et bornes X1, X2) est réalisée avec un fil toronné souple de section d'au moins 8 mm carré, par exemple de marque. PVZ. Les microcircuits de l'appareil peuvent être remplacés par des analogues importés DA1 - A747C ; DA2-TL494L ; DA3-78L15 ; DA4-79L15 ; DA5-LM211N ; DA6 - il n'y a pas d'analogues. Les diodes de type KD521, installées aux entrées des microcircuits, évitent leurs dommages accidentels lors du processus de mise en place du circuit et peuvent être remplacées par des diodes pulsées de faible puissance : KD522, KD510, KD503, etc. Des résistances ajustées (R38, R40, R41, R44) pour faciliter le réglage sont utilisées de type multitour SP5-3, ajustant R14, R19 de type SPZ-4a-0,25 W avec une caractéristique linéaire (A) de changement de résistance, le reste peut être de tout type, par exemple MLT - puissance correspondante. Condensateurs polaires. C10, C11, C13, C14 et C17 types K50-35 ; C3, C4, types K42U-2 à 0,015 µF à 630 V ; le reste appartient à la série K10 ou. KM-6. Un voltmètre à aiguille PV1 et un ampèremètre PA1 du même type M42301 ont été utilisés comme instruments de mesure. L'ampèremètre étant doté d'un shunt interne, vous devrez ouvrir le boîtier et le retirer. En effet, dans le circuit pour mesurer un courant de 100 A, un shunt externe (Ruj) est utilisé. Le shunt Rm est pris du type standard 75ShSM-100-0,5. Changer. A1 (machine actuelle) - tapez. AE10-31 pour courant 10 A, interrupteur de type SA1. PGZ (PG2), n'importe quel bouton SB1 fera l'affaire. Relais K1 type KP460DC 12 V (production polonaise) ou similaire avec trois groupes de contacts de commutation évalués pour un courant jusqu'à 5 A. Relais K2 etc. Type de court-circuit. Passeport RES47 RS4.500.407-01 (RS4.500.407-03). Pour la fabrication du T1, du fer à transformateur a été utilisé avec une section à l'emplacement de l'enroulement Sct = 35 cm72. (la fenêtre a une superficie Sok=240 cm2,5). L'enroulement primaire contient 1,8 tours de fil PETV d'une section carrée de 22 mm. (diamètre 22 mm), secondaire 3+10 tours de fil. PSHV-XNUMX avec une section carrée de XNUMX mm. Le transformateur T2 est de toute faible puissance (P - 5 W) avec des tensions dans les enroulements secondaires de 3-4-5 - 18 + 18 V et en 6-7-8 - 10 + 10 V, mais il est préférable que sa conception comprend l'installation sur un circuit imprimé payant. Transformateur d'impulsions. T3 est réalisé sur un châssis à l'intérieur de coupelles blindées de taille standard. B28 en ferrite de qualité M2000NM. Les enroulements contiennent 1-2 à 80 tours, 3-4 à 40 tours avec du fil PELSHO d'un diamètre de 0,35 mm. Mise en place du schéma Pour la mise en place, il vous faut un oscilloscope, un voltmètre numérique, une charge équivalente Rh (une résistance filaire d'une résistance de 1.1.2 Ohms et d'une puissance d'au moins 100 W, par exemple un fil nichrome d'un diamètre de 0,5. 1 mm convient), ainsi qu'un ampèremètre à cadran externe (PA2) pour courant jusqu'à 10 A, voir fig. 4.21.
Les éléments marqués d'un astérisque sur le schéma électrique peuvent nécessiter une sélection. La résistance supplémentaire R67 dans le circuit du relais est sélectionnée de telle sorte que l'armature du relais K1, après fonctionnement, soit libérée à une tension d'alimentation inférieure à 10 V (il est préférable de le faire avant que la résistance et le relais ne soient installés dans le circuit) . La configuration préliminaire du circuit est effectuée dans l'ordre suivant. Il est nécessaire de bloquer temporairement les contacts du relais K1.1 et K1.2 avec des cavaliers, et également dessouder R36. Réglez le commutateur SA1 sur la position « entraînement » et réglez les résistances R14 et R19 au maximum. En allumant l'alimentation secteur (A1) à l'aide d'un oscilloscope, vérifiez la forme de la tension en dents de scie sur la broche DA4/5 - elle ne doit pas avoir un grand pas au niveau zéro, voir Fig. 4.16, a (cela peut nécessiter la sélection de la résistance R28). Ensuite, à l'aide d'un oscilloscope et d'un voltmètre numérique, nous surveillons la tension aux bornes X1 et X2. La forme d'onde de la tension de sortie doit correspondre à celle illustrée sur la Fig. 4.16, b et est régulé par les résistances R44 et R19. Si ce n'est pas le cas, vérifiez la présence d'impulsions à la sortie DA4/8 et corrigez l'installation.
À l'aide de la résistance trimmer R44, nous réglons le moment d'ouverture des thyristors Uopen = 15,5 V. Ceci est nécessaire pour que dans tous les modes de fonctionnement de l'appareil, la valeur d'amplitude de la tension de sortie dépasse la tension sur la batterie (sinon les thyristors ne s'ouvriront pas) . Après avoir éteint l'appareil, soudez le R36 en place. Après cela, lorsque le circuit est allumé, utilisez le régulateur R19 pour régler la tension effective à la sortie de l'appareil à 14,8 V et en sélectionnant la résistance R36 on s'assure que lorsque cette tension est atteinte à la sortie, le comparateur DA5 commute - +5 V apparaît sur la broche DA9/15 (la LED HL1 s'allumera). Après cela, à l'aide du régulateur R19, nous réglons la tension à la sortie de l'appareil à 10,5 V et en ajustant la résistance R41, nous nous assurons que lorsque cette tension est atteinte aux bornes X1-X2, le comparateur a une tension nulle à la sortie DA5.9 ( la résistance R41 définit la valeur d'hystérésis du comparateur). Pour que les commandes installées sur le panneau avant soient pratiques à utiliser, c'est-à-dire la plage de réglage de la tension de sortie par la résistance R19 est restée dans la plage de 10...15 V - il est nécessaire de sélectionner des résistances supplémentaires R15 et R24. Les résistances R10 et R23 sont également sélectionnées pour la plage de réglage par la résistance R14 de le niveau de stabilisation du courant dans la plage de 1...10 A. Dans ce cas, les conditions admissibles pour la batterie ne seront pas dépassées. La résistance R19 est utilisée pour réguler la tension aux bornes X1-X2 en mode « démarrage » ; dans d'autres modes, elle est réglée sur la tension de sortie maximale, car le circuit dans ces modes doit fonctionner comme un stabilisateur de courant (la tension de sortie dépendra sur la valeur actuelle) et à mesure que la batterie est chargée, la tension sur celle-ci augmentera, mais ne dépassera pas la valeur autorisée. Pour calibrer les lectures de l'ampèremètre PA1 dans les modes « charge » et « entraînement », il est nécessaire de mettre la flèche de l'appareil sur « 38 » à l'aide de la résistance R0. Ensuite, nous connectons la charge Rh (interrupteur SA2) et un ampèremètre à cadran externe (PA2), fig. 4.20. Utilisez la résistance R14 (avec R19 au maximum) pour régler le courant sur l'ampèremètre externe PA2 à 10 A, et la résistance R40 doit définir la même valeur pour la lecture du courant sur PA1. Cette opération doit être répétée plusieurs fois, en ajustant R38 et R40 jusqu'à ce que la flèche PA1 à « 0 » et à un courant de 10 A corresponde aux lectures de l'ampèremètre externe. Vous devez maintenant vérifier le fonctionnement du circuit en mode de stabilisation du courant. Pour ce faire, au moment de la mise sous tension de l'appareil, nous bloquons les contacts K1.1, K1.2. Réglez l'interrupteur SA1 sur la position « start », le régulateur de courant « I » sur la position médiane et « U » sur le maximum. Nous connectons une charge avec une résistance d'environ 1 Ohm aux bornes de sortie X2-X0,2 (en termes de puissance, elle doit être conçue pour un courant circulant jusqu'à 100 A). Dans ce cas, les lectures de l'instrument doivent être : PA1 - 50 A, PV1 - 10 V. Le régulateur « I » peut être utilisé pour modifier le courant de sortie - dans ce cas, la tension de sortie changera également, ce qui correspond au courant mode de stabilisation. Et lorsque la résistance de charge change dans de petites limites, le courant ne devrait pas changer. À ce stade, le réglage préliminaire peut être considéré comme terminé et le contrôle final est effectué sur une batterie réelle. Auteur : Shelestov I.P.
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