Слаботочные зарядные устройства с бестрансформаторным сетевым питанием

Зарядное устройство с сетевым питанием (рис. 15.1) предназначено для подзаряда элементов СЦ-21 током 2.5...3 мА (время заряда 8. ..10 часов) или элементов РЦ-31 током 6. ..8 мА [15.1].
Максимальное значение зарядного тока определяется емкостью гасящего конденсатора С1 и составляет 16 мА, его можно уменьшить резистором R1. Как и остальные подобные устройства с сетевым питанием, это зарядное устройство не изолировано от питающей сети, поэтому при работе с ним требуется повышенная осторожность.

Рис. 15.1. Схема зарядного устройства с сетевым питанием

Рис. 15.2. Схема выпрямителя для подзаряда элементов и батарей

Схема, предложенная Е. Гумелей (рис. 15.2), не имеет понижающего трансформатора и питается от сети переменного тока 220 В [15.2]. Конденсаторы С1 и С2 должны выдерживать напряжение 250 6. Они могут быть заменены резисторами с суммарным сопротивлением 24 кОм и мощностью не менее 2 Вт. Схема предназначается для подзарядки батарей, частично разряженных, но не более чем до напряжения 1,1 6 на один элемент, так как подзаряд с помощью такой схемы предусматривает
восстановление только положительного электрода путем окисления МпООН в МпО2. Выпрямитель может быть использован для подзаряда элементов и батарей типа КБС, «Крона» и др. Выход устройства не изолирован от питающей сети.
Выпрямитель Б. М. Плоткина предназначен для заряда герметичных дисковых и цилиндрических никель-кадмиевых аккумуляторов током 12, 25 и 50 мА (рис. 15.3) [15.2].
Изменением емкости гасящего конденсатора можно устанавливать максимальный ток на выходе выпрямителя. Увеличение емкости конденсатора в целое число раз обеспечивает пропорциональное увеличение тока. В выпрямителе не допускается применять электролитические конденсаторы, поскольку они не работают в цепях переменного тока.

Рис. 15.3. Схема выпрямителя для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов

Рис. 15.4. Схема бестрансформаторного зарядного устройства

Зарядное устройство (рис. 15.4) содержит выпрямитель с гасящим конденсатором С1 [15.3]. Стабильный зарядный ток через элементы GB1, GB2 обеспечивает лампа накаливания EL1. При напряжении заряда 4...20 6 зарядный ток поддерживается неизменным на уровне 35 мА. Следует отметить, что для обеспечения такого зарядного тока емкость гасящего конденсатора не должна превышать 0,5 мкФ.
Большим недостатком схемы является ее непосредственная связь с электрической сетью. При работе с устройством необходимо полностью исключить возможность прикосновения к элементам схемы, особенно при смене заряжаемых элементов.
Для заряда батареи аккумуляторного фонарика (три элемента по 1,2... 1,4 6) предназначено устройство (рис. 15.5), которое позволяет исключить их перезаряд [15.4].

Рис. 15.5. Схема зарядного устройства для батареи аккумуляторного фонарика с защитой от перезаряда

Стабилитрон VD5 типа КС156 ограничивает предельное напряжение на батарее. Светодиод HL1 гасит на себе избыток напряжения и одновременно служит индикатором конца зарядки -начинает неярко светиться.
Разделительный конденсатор С1 типа К73-17 при емкости 0,47 мкФ обеспечивает зарядный ток 30...35 мА; при емкости 0,22мкФ —до 15 мА.
В качестве диодов VD1 — VD4 можно использовать более доступные элементы, например, типа КД102Б.
Зарядное устройство-автомат (рис. 15.6) прекращает процесс заряда аккумулятора по достижении на его выводах напряжения 9,45 Б [15.5].
Устройство состоит из однополупериодного выпрямителя на диоде VD1, электронного ключа на транзисторе VT1 и диоде VD3 и порогового устройства на тиристоре VS1.
Пока аккумулятор заряжается, и напряжение на нем ниже номинального, тиристор VS1 закрыт. Как только напряжение на аккумуляторе возрастает до номинального, тиристор открывается. Зажигается сигнальная лампа и одновременно закрывается транзистор VT1. Зарядка аккумулятора прекращается. Порог срабатывания автомата зависит от сопротивления резистора R4.

Рис. 15.6. Схема автоматического зарядного устройства для аккумулятора 7Д-01

Налаживают устройство при подключенном аккумуляторе и контрольном вольтметре постоянного тока. При напряжении 9,45 В на выводах аккумулятора подбором резистора R4 добиваются зажигания сигнальной лампы.
Резисторы R1 и R2, которые греются в процессе работы, можно заменить последовательной цепочкой из гасящего конденсатора емкостью 0,22 (0,25) мкФ на 300 В и резистора сопротивлением 51 ...100 Ом. Конденсатор включают вместо резистора R1, а между точкой его соединения с диодом VD1 и анодом стабилитрона VD2 включают дополнительный диод Д226Б (анодом к аноду стабилитрона).
Бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором позволяют обеспечить достаточно высокую мощность и напряжение в нагрузке, однако они не лишены одного, но очень существенного недостатка: их выход электрически не изолирован от питающей сети, а потому работа с такими устройствами сопряжена с повышенной опасностью.
Довольно оригинально разрешить проблему создания бестрансформаторного источника питания с применением гасящего
конденсатора удалось И. А. Нечаеву [15.6], который использовал оптоэлектронный преобразователь напряжения для развязки входных и выходных цепей (рис. 15.7).

Рис. 15.7. Схема оптоэлектронного преобразователя с сетевым питанием

Преобразователь может быть использован для питания электронно-механических или электронно-кварцевых часов, быть дублером их штатного источника питания — батареи или аккумулятора, а также использоваться для их подзарядки. Четырехэле-ментный оптронный преобразователь напряжения на аналогах оптронов (парах АЛ107Б-ФД256) способен обеспечить выходное напряжение порядка 0,5 В при токе нагрузки до 0,4...0,5 мА. Для этого емкость конденсатора С1, рассчитанного на напряжение не ниже 400 В, должна быть не менее 0,75... 1,0 мкФ.
Аналогом первичной обмотки трансформатора является цепочка последовательно включенных светодиодов оптронных пар. В качестве аналога вторичной (выходной) обмотки трансформатора выступает цепочка последовательно включенных фотодиодов. Они работают в режиме генерации фото-ЭДС. Стоит отметить, что КПД устройства невелик, поскольку КПД оптронной пары редко достигает 1%. Повысить выходное напряжение преобразователя можно за счет наращивания числа оптронных пар в цепочке. Увеличить выходной ток устройства можно за счет параллельного включения нескольких цепочек оптронов.
Фотодиоды подключены параллельно накопительному коненсатору С2. На первый взгляд может показаться, что конденса-ор разрядится на эти фотодиоды, поскольку они подключены в онденсатору в «прямом» направлении. Однако это не так: для ого чтобы через фотодиоды протекал заметный ток, необходимо, тобы падение напряжения на его полупроводниковом переходе оставляло доли вольта. Легко заметить, что для цепочки из ескольких последовательно включенных диодов для этого необ-одимо напряжение, также в несколько раз большее, т.е. уже не-колько вольт.
Взамен диодных оптронов могут быть использованы дис-ретные элементы: обычные светодиоды и фотодиоды.
Дополнив устройство, питаемое от батареи, например при-мник «Селга», разъемом для соединения с сетевым ЗУ и пере-лючателем SA1 «Радиоприем — Заряд», аккумулятор 7Д~0,125Д южно подзаряжать, не извлекая из корпуса приемника [15.7].
Сетевое ЗУ промышленного производства было доработа-о Н. Ващенко (рис. 15.8) с использованием резисторов R1, R2 и ,иода VD1.

Рис. 15.8. Схема зарядного устройства с сетевым питанием

Когда доработанное ЗУ соединяют с приемником, зеленое вечение светодиода HL2 (переключатель SA1 - - в положении Заряд») указывает, что цепь заряда исправна, а при подключе-ии ЗУ к сети красное свечение дополнительного светодиода HL1 видетельствует, что аккумуляторная батарея заряжается. Когда се есть зеленое свечение, а красного нет, — напряжение в сети тсутствует. Такой режим заряда батареи 7Д-0,125Д крайне неже-ателен, но там где он неизбежен — следует предусмотреть защиту от перезаряда. Для этого параллельно батарее включают стабилитрон VD2 с напряжением стабилизации 9,9 6 при токе 10... 12 мА. Подзаряжать батарею нужно через каждые 3...4 ч работы приемника (при средней громкости). Продолжительность заряда батареи — в 2...3 раза больше.
Резистор R4 подбирают по минимальной яркости свечения светодиода HL2. Вместо Д810 допустимо применить стабилитроны Д814Б или Д814Г, их аналоги, а также цепочки КС133А+КС162А или 2хКС147А, подбирая их на указанное напряжение.
Для автоматической зарядки аккумуляторов резервного питания или освещения во время отключения сети 220 6 предназначено устройство (рис. 15.9) [15.8], которое позволяет поддерживать аккумуляторы постоянно заряженными.

Рис. 15.9. Схема автоматического зарядного устройства

При наличии напряжения в сети 220 В устройство постоянно подключено параллельно аккумулятору и представляет собой ключевой стабилизатор напряжения со стабильным током на выходе. Ток заряда (I3) зависит от емкости конденсатора С1 и при 10 мкФ равен 0,7 А. Ток выбирается из условия: I3 (24 часа) > 2lntn, где ln — ток потребления, A; tn — количество часов в сутки работы потребителя от аккумуляторов.
Если ток заряда из этого условия больше, чем максимальный зарядный для конкретного аккумулятора, его нужно заменить на аккумулятор большей емкости.
При токе заряда больше 1 А диоды VD1 — VD4 следует заменить на более мощные, a VD5 и VS1 установить на теплоот-воды и пропорционально скорректировать сопротивление резистора R4.
Если скорость переключения на резервное питание не актуальна, например, при освещении комнаты, реле можно исключить, а на выходе установить переключатель.
Настройка устройства сводится к установке конечного напряжения заряда на аккумуляторе резистором R6 таким образом, чтобы на протяжении месяца не приходилось доливать воду в электролит, а его плотность соответствовала степени заряженно-сти не менее 70% емкости. Это напряжение можно определить для конкретного аккумулятора следующим образом. Заряжают аккумулятор до полной емкости любым способом, дают ему постоять около 1 ч для выравнивания потенциала на электродах. После этого замеряют напряжение на клеммах без нагрузки. Это и есть напряжение, которое устанавливают резистором R6 с отключенным от устройства аккумулятором. Подключают аккумулятор к устройству, и оно готово к работе.
Конденсатор С1 бумажный или металлобумажный на напряжение не ниже 400 В. Реле К1 — РПУ, МКУ-48 или аналогичное на 220 В. Светодиод HL1 индицирует окончание заряда, HL2 -наличие тока заряда.