Regulator do prostownika

Właściwości - regulator do prostownika

• regulacja prądu ładowania w zakresie do ok. 10 A
• automatyczne zakończenie ładowania
• sygnalizacja stanu naładowania za pomocą diody LED
• zabezpieczenie przed zwarciem i odwrotną polaryzacją
• może pracować jako przystawka do prostownika
• zasilanie – transformator 100-200 W / 16-18 V AC
• odpowiedni do ładowania akumulatorów o pojemności do ok. 100 Ah

Opis układu - regulator do prostownika

Regulator należy traktować jako przystawka do prostownika. Podstawową funkcją, jaką układ realizuje, jest regulacja prądu ładowania. Regulacja wykonywana jest metodą podobną do regulacji fazowej. Takie rozwiązanie zapewnia dużo mniejsze straty mocy oraz łatwiejsze i elastyczniejsze sterowanie. Przebieg sinusoidalny, wyprostowany, doprowadzony jest do tranzystora wykonawczego, tranzystor jest otwierany w momencie przejścia przebiegu napięcia przez zero, dzięki temu prąd narasta łagodnie – wraz z przebiegiem sinusoidy. Moment zamknięcia tranzystora jest regulowany, im później to nastąpi, tym większa część przebiegu zostanie przepuszczona i w efekcie będzie płynął większy prąd.

Opisywany układ nie jest stabilizatorem prądu, nie utrzymuje wartości prądu na stałym poziomie. Pozwala za to ograniczyć początkową wartość prądu, która jest w istocie wartością maksymalną, ponieważ w trakcie ładowania wartość prądu maleje wraz ze wzrostem stopnia naładowania akumulatora. W końcowym etapie prąd ładowania może być dużo mniejszy niż na początku. Wydłuża to czas potrzebny do pełnego naładowania, ale pozwala dokładniej określić moment zakończenia.

Drugą ważną funkcją układu jest kontrola wartości napięcia akumulatora. Dla uzyskania jak najdokładniejszego wyniku pomiar wykonywany jest przy zamkniętym tranzystorze wykonawczym. Taki cykl pomiarowy uruchamiany jest raz na 200 półokresów napięcia zasilającego, czyli co ok. 2 sekund i wtedy nie płynie prąd ładujący (przez ok. 10ms). Wynik pomiaru nie jest zakłócany prądem ładującym ani pulsowaniem napięcia, ani nawet rezystancją przewodów i połączeń. Jeśli zmierzone napięcie osiągnęło wartość 14,4V, ładowanie zostaje przerwane, a gdy napięcie spadnie, ładowanie zostaje wznowione.

Rys.1 Schemat ideowy - regulator do prostownika

Pod koniec ładowania taki cykl będzie się wielokrotnie powtarzał, ponieważ nawet w pełni naładowany akumulator nie utrzymuje na zaciskach napięcia 14,4V. Napięcie dosyć szybko spada do wartości ok. 13V, a potem powinno się ustabilizować w okolicy 12,6V. Aktualny poziom naładowania sygnalizuje dioda LED. Dioda miga z częstotliwością ok. raz na 2s, z wypełnieniem zależnym od stopnia naładowania akumulatora. Przy napięciu do ok. 11V dioda miga z wypełnieniem ok. 5%, im wyższe będzie napięcie, tym dłuższe będzie świecenie diody w każdym cyklu, aż do napięcia 14,4, gdy dioda będzie świeciła światłem ciągłym.

W praktyce – nawet po naładowaniu akumulatora dioda może co jakiś czas mignąć, ponieważ wartość napięcia na akumulatorze spada. Będzie to etap tzw. ładowania konserwującego. Dodatkową funkcją układu jest zabezpieczenie przed zwarciem. Działanie tej funkcji polega na tym, że dopóki na zaciskach wyjściowych układu nie ma napięcia (nie jest dołączony akumulator), ładowanie nie zostanie załączone. Dopiero dołączenie do wyjścia napięcia o wartości min. 9 V (z akumulatora) odblokuje możliwość ładowania.

Stan zacisków wyjściowych sprawdzany jest w każdym półokresie przebiegu napięcia zasilającego, tuż przed załączeniem tranzystora, dlatego nawet przypadkowe odłączenie przewodów od akumulatora i zwarcie nie spowoduje uszkodzenia układu. Ostatnią funkcją układu jest sygnalizowanie nieprawidłowej biegunowości dołączonego akumulatora. Jeśli do zacisków wyjściowych akumulator dołączymy odwrotnie, to natychmiast odezwie się sygnalizator dźwiękowy.

Dla bezpieczeństwa akumulator powinniśmy dołączać, gdy odłączone jest zasilanie prostownika i jeśli nie będzie sygnalizacji dźwiękowej, to możemy podłączyć zasilanie prostownika. Schemat układu wraz z elementami prostownika widoczny jest na rysunku 1. Tranzystor T1 wraz z elementami sąsiadującymi to detektor przejścia przebiegu napięcia przez zero. T

ranzystor T2 wraz z elementami sąsiadującymi pracuje jako driver tranzystora wykonawczego T3. Impulsy dodatnie o napięciu 5V z wyjścia mikrokontrolera zostają zamienione na impulsy masy i otwierają tranzystor wykonawczy T3, natomiast rezystor R10 powoduje jego zamykanie po zakończeniu impulsu. Zbyt wysoka amplituda przebiegu sterującego mogłaby spowodować uszkodzenie obwodu bramki tranzystora MOSFET, dlatego zastosowano diodę Zenera D1.

Pozostałe elementy układu to: blok zasilania zbudowany na bazie układu IC2 – 78L05, mikrokontroler IC1 z zawartym w pamięci programem sterującym, układ sygnalizujący odwrotną biegunowość akumulatora – elementy R15, SP1 i D3, złącze REG służące dołączeniu potencjometru oraz blok pomiaru napięcia – regulowany dzielnik rezystancyjny z elementów R12 i PR1.

Montaż i uruchomienie - regulator do prostownika

Układ został wykonany na płytce widocznej na rysunku 2 oraz fotografii 1. Montaż układu wykonujemy według ogólnych zasad. Odkryte ścieżki na płytce należy dodatkowo pocynować. Tranzystor wykonawczy należy zamontować od spodu płytki tak, by jego wkładka radiatorowa była skierowana na zewnątrz, a otwór montażowy pokrywał się z otworem na płytce, jednak nie powinien przylegać do płytki.

Fot.1 Regulator do prostownika - płytka

Rys.2 Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej - regulator do prostownika

Radiator należy przykręcić trzema wkrętami, stosując dodatkowo tulejki dystansujące. Na koniec należy przykręcić tranzystor do radiatora z zastosowaniem podkładki i tulejki izolującej. Fotografia 2 pokazuje sposób zamontowania tranzystora i radiatora. Potencjometr należy dołączyć krótkimi odcinkami srebrzanki lub przewodem 3-żyłowym. Po zmontowaniu i sprawdzeniu układu należy zamontować zaprogramowany mikrokontroler w podstawce.

Fot.2 Sposób zamontowania tranzystora i radiatora - regulator do prostownika

Teraz można dołączyć transformator i jeśli wszystko zostało wykonane prawidłowo, dioda LED będzie cyklicznie migała, sygnalizując działanie układu.

Uwaga: dioda nie będzie migała, jeśli układ zasilimy napięciem stałym – np. tylko z akumulatora.

Na koniec układ wymaga prostej regulacji – należy ustawić napięcie zakończenia ładowania. W tym celu trzeba odłączyć sterowanie tranzystora wykonawczego – najprościej można to zrobić, wyjmując mikrokontroler z podstawki i odginając wyprowadzenie nr 5 tak, by po włożeniu mikrokontrolera w podstawkę nóżka ˝wisiała w powietrzu˝ – fotografia 3.

Rys.3 Przykład podłączenia - regulator do prostownika

Fot.3 Mikrokontroler z odgiętą nóżką

Teraz należy dołączyć zasilanie z transformatora przez mostek prostowniczy (rysunek 3) lub prostownika, a do wyjścia dołączyć zasilacz regulowany z ustawionym napięciem 14,4V. Regulacja polega na ustawieniu takiego stanu, aby dioda LED świeciła światłem ciągłym, ale była jednocześnie na granicy migania. Po zakończeniu regulacji odłączamy wszystko i montujemy standardowo mikrokontroler w podstawce.