Зарядное устройство для шуруповерта

После года эксплуатации ёмкость Ni-Cd батарей аккумуляторов двух шуруповёртов резко уменьшилась, а штатное зарядное устройство (ЗУ) не выдержало экспериментов самодеятельных дачных электриков (напряжение сети колебалось в интервале 165…270 В). Вообще-то, штатное ЗУ и при нормальном напряжении вело себя не совсем адекватно, сильно разогревалось, а окончание процесса зарядки установить было невозможно.

Восстановление потерявших ёмкость аккумуляторных батарей (10 шт. Ni-Cd аккумуляторов) я произвёл по методике [1]. В результате одна батарея стала работать удовлетворительно, второй это не помогло, поэтому она была заменена четырьмя Li-Ion аккумуляторами (типоразмер — 18650, ёмкость — 9800 мА·ч). Для зарядки этих разных батарей было изготовлено комбинированное ЗУ, схема которого показана на рис. 1.

Рис. 1

Ток зарядки определяет суммарная ёмкость конденсаторов С1 и С2 и составляет около 120 мА. Собственное потребление устройства — около 10 мА. ЗУ допускает значительные колебания напряжения питания, а режим короткого замыкания в цепи нагрузки ему не страшен. Переменный ток выпрямляет диодный мост VD1. Пороговое напряжение, до которого заряжается батарея, устанавливают подстроечными резисторами R9 (Ni-Cd) или R11 (Li-Ion). Пока батарея не заряжена, ток зарядки протекает через диод VD2, транзисторы VT1 и VT2 закрыты. Светодиод HL1 светит, сигнализируя об этом процессе.

При достижении порогового напряжения ток через параллельный стабилизатор напряжения на микросхеме DA1 (который работает как компаратор) резко увеличивается, поэтому последовательно открываются транзисторы VT2 и VT1. В результате ток зарядки протекает через транзистор VT1 и напряжение на нём уменьшается. В результате светодиод HL1 гаснет, а диод VD2 закрывается, не давая батарее разряжаться. Цепь VD3R7 обеспечивает гистерезис переключения компаратора (примерно 1,8 В), так как после отключения зарядного тока происходит снижение напряжения на батарее. При включении ЗУ без подключённой батареи светодиод HL1 кратковременно вспыхивает (частота вспышек определяется ёмкостью конденсатора С3). Подобная картина наблюдается и при подключении неисправного аккумулятора с обрывом цепи или малой ёмкостью.

Большинство элементов смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 2. Применены постоянный резистор R1 МЛТ, С2-23, остальные — для поверхностного монтажа типоразмера 1206, конденсаторы С1, С2 использованы из компьютерного ИБП, можно применить аналогичные, рассчитанные для работы на переменном токе. Оксидный конденсатор C3 — импортный или К50-6, К50-35. Транзистор IRFZ24N можно заменить транзистором IRFZ34N, IRFZ44N. Терморезисторы RK1, RK2 можно заменить одним сопротивлением 10…30Ом, диодный мост 2W10 можно заменить мостом DB107 или четырьмя диодами 1N4007. Такими же диодами можно заменить диоды SMA4007 и КД513А. Светодиод может быть маломощным любого свечения.

Рис. 2

Плату размещают на дне пластмассового корпуса подходящего размера, на его верхней крышке сделано отверстие для светодиода, на боковых — отверстия для переключателя, сетевого провода и проводов для подключения аккумуляторной батареи.

Налаживание устройства заключается в установке требуемого порогового напряжения подстроечными резисторами R9 и R11. Вместо аккумулятора временно подключают конденсатор большой ёмкости (2000…5000 мкФ) и вольтметр. Регулировка производится по максимальному показанию вольтметра.

Для Li-Ion батареи порог отключения — 16,5 В, так как предельно допустимое напряжение составляет 16,8 В или 4,2 В на элемент, порог для Ni-Cd батареи — 15,2 В, так как предельно допустимое напряжение составляет 15,2 Вили 1,52 В на элемент. Указанные пороги взяты из имеющейся практики, к сожалению, в различных источниках встречается значительный разброс данного параметра, очевидно, что причиной этому является влияние легирующих присадок и разные условия проведения измерений. Например, для свинцовых аккумуляторов приведены данные [2] о требуемом напряжении 14,7 В при температуре +25 ºС, а батарея GP12-4.5-S начинает кипеть уже при 14,1 В, а у автомобильных аккумуляторов такого эффекта не наблюдается. Можно заряжать и свинцовые аккумуляторы малой ёмкости. При этом пороговое напряжение — 14,2 В или то, что требуется для конкретного типа аккумулятора.

Без изменения схемы можно увеличить зарядный ток в несколько раз соответствующим увеличением ёмкости конденсаторов С1 и С2 при соответствующей коррекции печатной платы.

При зарядке аккумуляторной батареи следует соблюдать правила техники безопасности и исключить возможность прикосновения к батарее и другим элементам устройства, поскольку они имеют гальваническую связь с сетью 230 В. Поэтому отключение и подключение заряжаемой батареи следует проводить только при отключённом от сети ЗУ Соответствующую предупреждающую надпись надо обязательно разместить на корпусе устройства.

Литература

1. Реальный способ восстановить на 100% аккумулятор шуруповёрта, по моей методике NI-CAD 1.2V. — URL: — http://peling.ru/realnyiy-sposob-vosstanovit-na-100-akkumulyator-shurupoverta-po-moey-metodike-ni-cad-1-2v/ (22.08.17).
2. Ликбез по кислотным аккумуляторам. — URL: https://samodelcin.nethouse.ru/static/doc/0000/0000/0039/39764.ry23k68as7. pdf (22.08.17).

Автор: В. Баранов, г. Санкт-Петербург