Оглавление
Зарядное устройство на базе интегрального регулятора PB137 — простая и надёжная конструкция для автоматической зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов, а также современных герметизированных гелевых АКБ. Устройство обеспечивает ограничение тока на этапе заряда, стабилизацию конечного напряжения и автоматическое отключение при достижении заданной точки окончания заряда. Применение трансформатора и выпрямительного моста даёт гальваническую развязку и высокий запас по безопасности сети.
Принцип работы схемы
Входное переменное напряжение сети подаётся на понижающий трансформатор. Вторичное напряжение выпрямляется мостовым диодным мостом и фильтруется емкостями для получения пульсирующего постоянного напряжения. Микросхема PB137 выполняет функции ограничения тока, регулирования выходного напряжения и управления индикацией. Дополнительные элементы — операционный усилитель, компараторы и индикаторный светодиод — обеспечивают контроль состояния заряда и выдачу сигнала окончания. Релейная коммутация или твердотельный ключ используются для подачи тока на аккумулятор и для размыкания цепи при завершении процесса. Более простой вариант схемы смотрите ниже:
Первичный узел — трансформатор с соответствующей вторичной обмоткой. Выпрямитель — мостовая сборка на диодах высокой мощностью. Стабилирующий и ограничивающий узел — PB137 с опорными и измерительными цепями. Измерительный элемент тока — шунт, расположенный в отрицательной или положительной силовой линии для контроля тока. Индикация и органы управления — светодиоды и механические переключатели для ручного включения и контроля. Рекомендуется наличие тепловой защиты и предохранителей на первичной и вторичной сторонах.
Технические характеристики
Таблица ниже содержит набор рекомендуемых значений и уточнений для типовой реализации по схеме.
| Компонент | Рекомендация | Назначение | Примечания |
|---|---|---|---|
| Трансформатор | 2×18 В вторичных при 2–4 А | Понижение и развязка сети | Мощность не менее 40 В·А |
| Выпрямительный мост | диоды 35 А, 200 В или сборка B40C | Мостовое выпрямление | Использовать радиатор |
| Фильтрующие конденсаторы | 8×2200 мкФ/50 В | Снижение пульсаций | Распределить рядом с мостом |
| Стабилизатор | PB137 | Ограничение тока и контроль напряжения | Смонтировать на радиаторе |
| Шунт тока | 0,05–0,1 Ом, точный | Измерение тока заряда | Мощность рассеяния должна соответствовать Imax |
| Индикация | LED зеленый/красный, сигнальный зуммер | Состояние зарядки/ошибки | Добавить тестовую кнопку |
| Предохранители | плавкий предохранитель первичный 1.5–4 А | Защита от короткого замыкания | По каталогу для сети 230 В |
Проектные расчёты и выбор параметров
Выбор трансформатора базируется на требуемом максимально допустимом токе заряда. Для номинального тока 3 А нужно запас по мощности не менее 40–60 В·А потому, что выпрямитель и фильтр создают дополнительные потери. Выпрямленное напряжение под нагрузкой примерно равно пиковому значению вторичного напряжения минус падение на диодах. При расчёте конечного напряжения учесть падение на шунте и сопротивление проводников. Ограничение тока реализуется внутренними средствами PB137 и внешней резистивной или транзисторной цепью. Мощность, рассеиваемая на шунте и на элементах регулирования, должна быть рассчитана по формуле P = I² × R и подтверждена тестом при длительной нагрузке.
👉 Радиаторы обязательны для выпрямительного моста и для микросхемы PB137. При непрерывной зарядке на токе 2–4 А рассеяние становится значительным. Рекомендуется установить вентилятор с термостатическим включением при температуре радиатора свыше 50 градусов. Проверить температуру каждого силового элемента при длительном прогоне и предусмотреть тепловую защиту с автоматическим отключением при превышении безопасного предела.
Силовая разводка и заземление
Силовые дорожки печатной платы выполнить сечением, соответствующим расчетному току. Шунт и выводы к аккумулятору разместить так, чтобы минимизировать индуктивность и падение напряжения. Корпус прибора должен быть заземлён. Все высоковольтные цепи на плате и в трансформаторном отсеке отделить от управляющей части экраном или изоляцией.
⚠ Первичная сторона должна иметь предохранитель и входной RC-фильтр для снижения помех. На вторичной стороне полезно добавить варистор и ТВС-элемент для защиты от импульсных перенапряжений. Компоненты управляющего тракта защитить от EMI за счёт ферритов и размещения цифровой части далее от силовой. Для повышения электромагнитной совместимости применять разделение цифровых и силовых контуров земляной шиной.
Места пайки силовых элементов пропаять с применением флюса и качественного припоя. Болтовые клеммы использовать для подключения кабелей к аккумулятору. Перед первым включением проверить отсутствие коротких замыканий мегаомметром и подтвердить целостность предохранителей. При наладке измерять ток на шунте и сравнивать с расчётным значением. В случае необходимости отрегулировать параметры PB137 с учётом падений в схеме.
Проверка, калибровка и пуско-наладка
Провести несколько контрольных циклов заряд-разряд с измерением температуры, тока и формы сигнала на выходе выпрямителя. Калибровать контроль тока с эталонным мультиметром. Зафиксировать рабочие параметры и настроить защитные пороги. Запустить длительный тест под номинальной нагрузкой для подтверждения стабильности работы и отсутствия перегрева.
👉 Добавление BMS позволит адаптировать устройство для зарядки литий-ионных пакетов с балансировкой элементов. Для профессионального применения целесообразно реализовать цифровой контроль с микроконтроллером и возможностью логирования.
Итого, зарядное на PB137 при грамотной реализации обеспечивает надёжную автоматическую зарядку аккумуляторов. Основные требования — правильный подбор трансформатора, адекватное охлаждение, точный измерительный шунт и защита выходных цепей. При соблюдении рекомендаций по разводке, тепловому расчёту и калибровке схема станет долговечной и безопасной в применении.
