Зарядное устройство для шуруповерта.

Автор: Барсик,
Опубликовано 28.02.2007
Создано при помощи КотоРед.

История вопроса.

Года два назад купил я себе дрель-шуруповёрт АРДШ-18. Очень хороший шуруповёрт, но зарядное устройство, которое шло к нему в комплекте, оставляло желать лучшего. Это был обычный китайский трансформаторный нестабилизированный источник питания, который подключался к держателю аккумулятора. Не было не только стабилизатора тока заряда, но и даже никакого резистора, который бы ограничивал ток источника питания. Ток ограничивался за счет сопротивления обмоток трансформатора! При повышенном напряжении в сети трансформатор грелся, а при пониженном, зарядки могло не быть вообще.
Оказалось, что не одному мне так повезло. Товарищ по работе пожаловался мне, что у него зарядное устройство шуруповёрта не заряжает аккумулятор. Его зарядное устройство оказалось более "продвинутым" - две микросхемы, диоды, транзисторы, мощный транзистор на радиаторе, датчик температуры аккумулятора... и полное отсутствие сглаживающего конденсатора. Все красиво, только не ни фига не работает. Анализ схемы показал, что заряд осуществляется пульсирующим током. Ток, по-прежнему, ограничивается только активным сопротивлением обмоток трансформатора. Никакой стабилизации нет, а мощный транзистор на радиаторе - всего лишь ключ для выключения зарядного тока. Выключение происходит по таймеру, или от перегрева по датчику температуры в аккумуляторе.
Мне показалось нелогичным использовать таймер, когда зарядный ток болтается как известная субстанция в проруби, и неизвестно, какой заряд получил аккумулятор. Поэтому, я решил не ремонтировать то, что было (на фото слева), а сделать собственный вариант (на фото справа).

И вот что у меня получилось.
Сначала схема (можно кликнуть по картинке - будет побольше):

Описание схемы.

Устройство питается от нестабилизированного источника питания, состоящего из трансформатора T1, диодов VD1-VD4 и сглаживающего конденсатора C1.
Стабилизатор зарядного тока собран на микросхеме DA1. Величина тока стабилизации задаётся резистором R3. Резистор R2 и транзистор VT1 служат для выключения стабилизатора тока по окончании времени заряда. Транзистор VT2, светодиод HL1 и резисторы R4,R5 представляют собой индикатор тока заряда аккумуляторной батареи GB1. Если ток заряда батареи находится в пределах 50-100 % от номинального, то светодиод HL1 светится. Диод VD5 не даёт батарее разряжаться через резисторы R2 - R4 при отсутствии напряжения питания.
Диоды VD6, VD7, стабилитрон VD8, резистор R6 и конденсатор C3 образуют стабилизированный источник на 8-10 вольт для питания микросхемы DD1. Резистор R7 служит для ускорения разряда конденсаторов C1, C3, C4 при отключении устройства от сети. Когда устройство подключено к сети, микросхема DD1 питается через диод VD7, а диод VD6 закрыт. Если напряжение в сети пропадает, то открывается диод VD6, а диод VD7 закрывается и микросхема DD1 питается от заряжаемой батареи GB1.
Транзистор VT3, стабилитрон VD9 и резисторы R8 - R10 предназначены для контроля напряжения питания. Если напряжение в норме, то через стабилитрон VD9 и резисторы R8, R9 протекает ток, который открывает транзистор VT3. На коллекторе транзистора низкий уровень, диод VD10 закрыт и никак не влияет на работу микросхемы DD1. Если напряжение питания уменьшится или пропадёт совсем, то транзистор VT3 закроется и через диод VD10 на вывод 12 микросхемы будет подан высокий уровень, который остановит таймер.
На микросхеме DD1 собран таймер, который отсчитывает время заряда батареи GB1. Используется специализированная микросхема для часов К176ИЕ12, которая содержит элементы для построения генератора импульсов и два счётчика с коэффициентами пересчёта 32768 и 60. Счётчики включены последовательно. В генераторе импульсов используются элементы R12 - R14 и C5. Частота генератора подстраивается резистором R13. Цепочка C4, R11, используется для сброса счётчиков при включении питания.
Транзистор VT4, светодиод HL2 и резисторы R15,R16 служат для индикации окончания заряда аккумуляторной батареи GB1.

Описание работы устройства.

Когда зарядное устройство отключено от сети и аккумуляторная батарея отключена тоже, конденсаторы C3, C4 разряжены, питание на микросхему DD1 не подаётся. Если подключить устройство к сети или установить аккумуляторную батарею, то на вывод 16 микросхемы DD1 будет подано питание. Поскольку конденсатор C4 разряжен, то на выводы 5 и 9 микросхемы DD1 будет подан высокий уровень, который вызовет сброс счётчиков. На выходе 10 микросхемы DD1 будет низкий уровень. Транзистор VT1 будет закрыт и никак не будет влиять на работу стабилизатора тока заряда. Транзистор VT4 будет тоже закрыт и индикатор HL2 светиться не будет. Если аккумулятор подключён, то через него потечёт зарядный ток и засветится индикатор HL1. Диод VD11 будет также закрыт и не будет влиять на работу генератора микросхемы DD1. Если напряжение питания в норме, то диод VD10 будет тоже закрыт. Генератор импульсов микросхемы начнёт работать. Через некоторое время конденсатор C4 зарядится и на входах 5 и 9 микросхемы DD1 установится низкий уровень, который разрешит работу счётчиков. Начнётся отсчёт времени заряда.
После того, как пройдёт время равное 1277952 периодам колебаний генератора, на выходе 10 микросхемы DD1 появится высокий уровень напряжения. Это напряжение через диод VD11 попадёт на вход 12 микросхемы DD1 и генератор остановится. Этот же высокий уровень откроет транзисторы VT1 и VT4. Через открытый транзистор VT1 выход ADJ микросхемы DA1 окажется соединённым с общим проводом, что приведёт к выключению стабилизатора тока заряда. Индикатор HL1 погаснет, и засветится индикатор HL2, обозначающий окончание процесса заряда. В этом состоянии устройство может находиться неограниченно долго. Если в этом состоянии пропадёт напряжение в сети, то микросхема DD1 перейдёт на питание от заряженного аккумулятора, и может питаться от него примерно в течение недели. Если напряжение в сети появится снова, то перезапуска таймера не произойдёт. Микросхема просто перейдёт опять на питание от сети и сохранит своё состояние.
Если напряжение в сети пропадёт во время зарядки аккумулятора, то транзистор VT3 закроется, высокий уровень напряжения с его коллектора через диод VD10 попадёт на вход 12 микросхемы DD1, и остановит работу генератора. Отсчёт времени заряда прекратится. Микросхема DD1 перейдёт на питание от заряженного аккумулятора. Если напряжение в сети появится снова, то транзистор VT3 откроется, и отсчёт времени заряда продолжится.

Конструкция и детали.

Микросхему DD1 необходимо установить на радиатор. Я установил на радиатор из алюминиевой пластины максимального размера, который мог поместиться в корпус.
Печатная плата не разрабатывалась. Монтаж был сделан проводом МГТФ на универсальной плате (на фото1 справа), которой была придана форма, похожая на ту плату, которая стояла в зарядном устройстве раньше (на том же фото, слева)
Трансформатор любой, который может обеспечить после выпрямителя 28 - 30 вольт при токе нагрузки 250 - 300 мА. Транзисторы КТ502Е, КТ503Е, скорее всего, можно заменить на КТ361 и КТ315 соответственно, никак специальных требований к ним нет. Стабилитроны VD8, VD9 любые, на 8 - 10 вольт и на 20 - 25 вольт, соответственно. Времязадающий конденсатор таймера C5 должен быть с маленьким ТКЕ, например плёночный К73-17.

Налаживание.

Вместо аккумуляторной батареи сначала следует подключить резистор сопротивлением 60 - 70 Ом и мощностью не менее 5 вт, убедиться, что ток через него равен 250 мА. Хорошо было бы убедиться, что ток через этот резистор не изменяется, при изменении сетевого напряжения в пределах +/- 10 %.
Проверить напряжение питания микросхемы. Оно должно быть в пределах 8 - 10 вольт. Вместо конденсатора C5 временно установить конденсатор на 50 - 100 пф, чтобы не ждать 7 часов. Проверить, как работает счётчик.
Установить конденсатор C5 ёмкостью 0,1 мкф. Установить частоту генератора, исходя из требуемого времени заряда. Частота определяется следующим образом. Например, нам требуется время заряда 6 часов 45 минут. Это будет 6*3600 + 45*60 = 21600 + 2700 = 24300 секунд. Высокий уровень появится на выходе 10 микросхемы DD1 через 1277952 периодов. Один период равен T = 24300/1277952 = 0,01901 секунды, что соответствует частоте генератора 52,6 Гц. Частоту генератора следует смотреть на выводе 11 микросхемы DD1. На этом выводе сигнал с частотой генератора, поделённой на 32 (52.6/32 = 1,64 Гц), и период, соответственно 32*T = 32*0,01901 = 0,608 секунды. Если есть частотомер, то подстроечным резистором R13 надо установить требуемое значение. Если частотомера нет, то к выводу 11 микросхемы DD1 можно подключить точно такой же каскад на транзисторе со светодиодом, какой используется для индикации окончания заряда (транзистор VT4). Светодиод будет мигать с частотой 1,64 Гц. По секундомеру установить частоту, чтобы было 60/0,608 = 98 вспышек в секунду. Если мигающий светодиод не действует Вам на нервы, то его можно оставить и в готовом устройстве (типа, тикает! спасайся кто может!).
Проверить работу цепи контроля напряжения питания (транзистор VT3). При уменьшении напряжения питания до величины напряжения стабилизации стабилитрона VD9, транзистор VT3 должен закрыться и остановить генератор.
Проверить устройство в реальном времени с резистором вместо аккумулятора.
Установить аккумулятор и проверить, как ведёт себя устройство при отключении электроэнергии в режиме зарядки и в режиме, когда зарядка завершена. Таймер не должен перезапускаться.

Работа с устройством.

Подключить аккумулятор к устройству. Включить устройство в сеть. Можно и наоборот. Сначала включить устройство в сеть, а потом подключить аккумулятор. Должен засветиться индикатор HL1. Начнётся отсчёт времени. Надо помнить, что отсчёт времени идет, когда устройство подключено к сети, даже если аккумулятор не установлен.
Примерно через 7 часов, индикатор HL1 должен погаснуть, а индикатор HL2 должен засветиться, сигнализируя об окончании зарядки.
Чтобы перезапустить таймер и начать процесс зарядки сначала, надо одновременно отключить аккумулятор и отключить устройство от сети. Подождать не менее 1 минуты, и включить всё снова.

Все вопросы как обычно в форум.

Все вопросы в Форум.