Резервирование элементов устройств
Резервирование элементов устройств
В технике электропитания зачастую является актуальным выполнение тех или иных функций даже в случае возникновения аварийных ситуаций. К задачам такого рода относятся, например, поддержание освещенности в помещениях пультов управления сложным техническим оборудованием, сохранение постоянным тока нагрузки цепей питания ряда источников питания и т.д.
Ниже рассмотрены основные варианты решения задачи дублирования элементов. В качестве нагрузки в этих схемах использована, преимущественно, лампа накаливания, хотя вместо нее могут быть использованы активные нагрузки иного рода: тепловыделяющие элементы, резистивные элементы нагрузки, системы сигнализации,генераторы и усилители.
Схема дублирования на примере ламп накаливания
Рисунок 11.1. Схема дублирования на примере ламп накаливания
Одна из наиболее простых схем, позволяющих дублировать основной источник светового излучения в случае перегорания его нити накала, показана на Рисунок 11.1 [11.1]. При включении устройства горит лампа EL1. Транзистор VT1 открыт, VT2 — закрыт. При обрыве в цепи смещения транзистора VT1 (перегорании лампы EL1, нарушении контакта в панельке) транзистор VT1 закрывается, соответственно открывается транзистор VT2 и включается лампа EL2.
Схема резервирования нагрузки при ее сетевом питании переменным током показана на Рисунок 11.2 [11.2].
Падение напряжения на датчике тока - - сопротивлении R1 — составляет 0,5... 1,7 В с лампой накаливания мощностью 60...200 Вт. Резистор R2 предназначен для защиты транзистора VT1 в случае короткого замыкания в лампе EL1.
Схема электронного аналога мощного сопротивления нагрузки
Рисунок 11.6. Схема электронного аналога мощного сопротивления нагрузки
Предельная мощность, рассеиваемая такой нагрузкой, определяется типом транзистора и площадью теплоотвода. Для указанного в первоисточнике типа транзистора максимальная длительно рассеиваемая мощность составляет 50 Вт.
Чтобы обеспечить управление величиной электрического сопротивления электронного аналога (Рисунок 11.6), достаточно подать внешнее управляющее напряжение соответствующей полярности и величины на базу транзистора VT1 через токоограничивающий резистор R1.
Аналог мощного реостата (Рисунок 11.7) позволяет установить ток нагрузки от десятков мА до нескольких ампер [11.5]. С его помощью можно исследовать параметры выпрямителей, стабилизаторов, преобразователей напряжения, аккумуляторов и батарей под нагрузкой.
Эквивалент нагрузки в соответствии с полярностью питающего напряжения подключают к выходу источника постоянного тока. Через составной транзистор VT2 и VT3 может протекать ток до 4 А. Переключателем SA2 можно отключить мощный выходной транзистор VT3 и ограничить величину тока через эквивалент нагрузки до 0,7 А. Диапазон регулируемых эквивалентных сопротивлений составляет 1,5...4 Ом и 4...24 Ом, соответственно.
Если переключатель SA1 перевести из положения «Резистор» в положение «Стабилизатор тока», вольтамперная характеристика эквивалента нагрузки будет напоминать выходную характеристику полевого транзистора: при напряжении источника питания менее 2 б устройство ведет себя как резистор небольшого сопротивления (порядка 1 Ом). При напряжении выше 2 В наступает насыщение транзистора, и потребляемый устройством ток почти перестает зависеть от входного напряжения. Величину этого тока можно регулировать потенциометром R1 в пределах 0,1...4 А (0,1...0,7 и 0,7...4 А) при входном напряжении 2...30 В.
Схема электронного мощного реостата
Рисунок 11.7. Схема электронного мощного реостата — стабилизатора тока
Транзисторы VT2 и VT3 устанавливают на общем ребристом теплоотводе площадью 450 см2. К их корпусам планкой из цветного металла плотно прижаты термостабилизирующие диоды VD1 и VD2, соответственно.
Устройство можно использовать для зарядки аккумуляторов емкостью до 40 А-ч стабильным током.
Аналог реостата нельзя использовать в цепях переменного тока. Впрочем, это препятствие легко преодолимо, если использовать диодный мост, в диагональ которого в соответствии с полярностью следует подключить эквивалент нагрузки. В этом случае рабочая область частот определяется характеристиками используемых элементов (обычно на выше 1 кГц).
Схема переключателя нагрузки дублирующей функции основной
Рисунок 11.4. Схема переключателя нагрузки, дублирующей функции основной
Слаботочная лампа накаливания EL3 индицирует наличие короткого замыкания в цепи лампы EL1.
Для индикации работы ламп накаливания могут быть использованы светодиоды, подключенные через токоограничиваю-щие резисторы параллельно лампам накаливания (Рисунок 11.5).
Сами лампы включены в коллекторные цепи мощных транзисторов симметричного триггера. В силу неравенства свойств элементов, входящих в состав «симметричного» триггера, триггер устанавливается в одно из двух возможных устойчивых состояний, светится одна из ламп накаливания, например, EL,, горит светодиод НЦ, соответствующий этой лампе.
Схема светодиодного контроля исправности нагрузки
Рисунок 11.3. Схема светодиодного контроля исправности нагрузки
Для контроля исправности лампы EL1 или иной резистив-ой нагрузки может быть использована схема, показанная на ис. 11.3 [11.3]. Нагрузка — лампа EL1 — питается постоянным эком через диод — датчик тока VD1. Пока через нагрузку проте-ает ток, на датчике тока — диоде VD1 падает часть напряжения итания — около 0,7 В. Это напряжение поддерживает в откры-эм состоянии транзистор VT1, в коллекторную цепь которого ключей светодиод HL1 и токоограничивающий резистор R1.
При обрыве в цепи нагрузки или отключении питания ток эрез осветительную лампу прервется, одновременно погаснет светодиод HL1, сигнализируя о неисправности или аварии.Для повышения надежности работы устройства желательно ввеги в цепь базы транзистора дополнительный резистор, который защитит транзистор от перегрузки по току в случае короткого замыкания нагрузки.
Недостатком устройства (Рисунок 11.3) является то, что свето-диод «дублирует» работу лампы: светится одновременно с ней, хотя более логичным было бы его зажигание при обрыве в цепи нагрузки при перегорании лампы или отсутствии контакта в цепи ее питания. Диод VD1 должен быть рассчитан на прямой ток, по меньшей мере на 50% превышающий величину номинального рабочего тока через лампу EL1.
На Рисунок 11.4 показан усовершенствованный вариант предшествующего устройства [11.3]. Лампа EL2 одновременно является индикатором неисправности и дублирует утраченную в результате аварии основную функцию осветительного прибора — является дублирующим источником света. Принцип действия такой же, что и у прототипа, однако в схему введен дополнительный транзистор VT2, назначение которого — инвертировать сигнал, снимаемый с резистора R1. Таким образом, пока исправна лампа EL1, лампа EL2 не светится. При обрыве (перегорании) основной лампы EL1 загорается дублирующая EL2.
Триггерная схема включения ламп накаливания
Рисунок 11.5. Триггерная схема включения ламп накаливания
Стоит этой лампе перегореть, коллекторный ток транзистора VT1 уменьшится, схема переключится, будет светиться вторая лампа ELr и соответствующий ей светодиод Hl_r.
Для устойчивой и надежной работы целого ряда устройств зачастую требуется не только решить столь частную и простую задачу, как авторезервирование осветительных элементов, но и обеспечить, например, постоянство сопротивления нагрузки при возможном отказе (выходе из строя, отключении) нескольких из параллельно подключенных к источнику питания потребителей. Решить такую задачу достаточно просто при использовании управляемых мощных сопротивлений нагрузки. Кроме того, подобные устройства могут пригодиться для настройки и испытания источников питания радиоэлектронных схем.
Управляемые вручную мощные сопротивления-двухполюсники (реостаты) достаточно дефицитны и не очень удобны в управлении. В качестве таких изделий — мощных управляемых сопротивлений нагрузки — можно использовать их электронные аналоги [11.4], схема одного из которых представлена на Рисунок 11.6, см. также гл. 5 (Рисунок 5.12, 5.13). Роль управляемого сопротивления выполняет транзистор VT1. Нагрузочное устройство включается/отключается при помощи слаботочного переключателя SA1. Диод VD1 обеспечивает правильную полярность подключения транзистора. Предохранитель ограничивает предельный
ток через устройство. Для питания эквивалента нагрузки от переменного тока необходимо добавить мостовой выпрямитель, в диагональ которого включают электронный аналог мощного сопротивления. Транзистор VT1 следует устанавливать на теплоот-водящей пластине.
Схема индикации перегорания предохранителя
Рисунок 12.11. Схема индикации перегорания предохранителя
Светодиод HL2 является индикатором выходного напряжения и, одновременно, датчиком тока в цепи нагрузки. При увеличении тока нагрузки управляющий транзистор VT2 плавно запирается, ограничивая ток через транзистор VT1. Цепочка, состоящая из мощных германиевого диода VD6 (ДЗОЗ — Д306) и стабилитрона VD7 (Д815Б), ограничивает напряжение на нити накала при повреждении транзистора VT1 (коротком замыкании). Наконец, элементом защиты является плавкий предохранитель FU1, срабатывающий при длительном протекании сверхкритического тока через короткозамкнутый транзистор VT1, диодно-стабилитронную цепочку ограничителя напряжения (VD6, VD7) и нить накала.
Для индикации перегорания предохранителя может быть использована схема на Рисунок 12.11. При перегорании предохранителя FU1 открывается транзистор VT1 (Рисунок 12.11), включая параллельно цепочке формирования опорного напряжения (све-тодиод HL1 и стабилитрон VD5) светодиод HL /А/7307 красного свечения. Светодиод HL1 зеленого свечения (индикатор включения) при этом гаснет. Для использования дополнительных уровней защиты — включения ускоряющих напряжений по мере прогрева лампы (кинескопа) — параллельно нити накала может быть подключено реле, срабатывающее при напряжении, например, 5 б.
Транзистор VT1 должен быть установлен на алюминиевом или медном радиаторе с площадью поверхности не менее 40 см2.
Устройство, разработанное О. В. Белоусовым (Рисунок 12.12), предназначено для облегчения режима эксплуатации кинеско-па [12.11].
Сетевое напряжение подается на трансформатор ТВК-110М, понижается до необходимого уровня, выпрямляется и стабилизируется. На составном транзисторе (полевом VT1 и биполярном VT2) собран генератор линейно нарастающего напряжения. Скорость нарастания напряжения определяется постоянной времени RC-цепи — C2(R3+R4). С выхода генератора это напряжение поступает на базу транзистора VT3, управляющего режимом мощного транзистора VT4. К выходу этого каскада и подключена нить накала кинескопа.
Одновременно к коллектору мощного транзистора VT4 подключены через резисторы (R11 и R12) и стабилитроны (VD7 и VD8) цепи, управляющие работой тиристоров VS1 и VS2. После того как напряжение на коллекторе транзистора VT4 превысит порог включения стабилитрона VD7 (5,2...5,6 В), тиристор VS1 отопрется, сработает реле К1 и своими контактами К1.1 подключит телевизор к сети.
Второй тиристор — VS2 предназначен для защиты нити накала кинескопа от перенапряжения. Такая ситуация возможна при повреждении транзистора VT4. Если напряжение на нити превысит порог срабатывания (включения стабилитрона VD8) защиты (8 В), включится тиристор VS2 и закоротит цепи питания. Одновременно отключится и сам телевизор.
Общий провод устройства не должен быть соединен с общим проводом телевизора.
Схема устройства для многоуровневой защиты цепей нагрузки
Рисунок 12.10. Схема устройства для многоуровневой защиты цепей нагрузки
Схема устройства для ограничения
Рисунок 12.7. Схема устройства для ограничения «холодного» тока ламп накаливания
Поскольку на резисторе R1 избыточная мощность выделяя кратковременно, можно использовать резистор, рассчитан-й на мощность 2 Вт. Величина сопротивления этого резистора ч маломощных (до 60...75 Вт) ламп составляет 750 Ом, для бо-э мощных — 400 Ом и менее.
Реле — типа РЭС-15 РС4-591-001. Стоит отметить, что это (боточное реле работает в щадящем режиме, и его хватит.
Принцип действия устройства [12.9], предназначенного для двухступенчатого подключения нити накала кинескопа к источнику питания, ясен из Рисунок 12.8. При включении устройства ток через нить накала вначале протекает через резистор R5. Одновременно заряжаются конденсаторы двух реле времени — 01 и С2. Постоянная времени этих реле зависит от величины сопротивлений (R1 и R3), через которые заряжаются накопительные конденсаторы.
Схема устройства для плавного
Рисунок 12.3. Схема устройства для плавного регулирования тока через лампу накаливания
Схема устройства для плавного включения накала кинескопа
Рисунок 12.1. Схема устройства для плавного включения накала кинескопа
Подстроечным резистором R1 выставляют необходимое напряжение накала (7 В), желательно при отключенном конденсаторе СЗ.
Время нарастания напряжения на выходе устройства определяется емкостью конденсатора СЗ. Реально напряжение возрастает более 30 сек (со временем скорость этого процесса замедляется из-за утечки тока через резистор R1).
Микросхема DA1 крепится к радиатору площадью -20 см2.
Стабилизировать тепловой режим катода кинескопа, оптимизировать его на разных этапах эксплуатации, устранить броски тока в нити накала при включении телевизора позволяет устройство по схеме на Рисунок 12.2 [12.3].
В состав устройства входит регулируемый стабилизатор с плавным нарастанием напряжения, поступающего на подогреватель катода кинескопа, и задержкой подачи высокого напряжения на анод на время, необходимое для полного разогрева катода (около 2 мин).
смещение на резисторе R1. В результате «смещается» на соответствующий уровень и выходное напряжение.
При подключенном электролитическом конденсаторе СЗ, который изначально разряжен, цепочка R1C3 представляет в момент включения короткое замыкание. Напряжение на выходе микросхемы DA1 минимально (порядка 1,3 8). Затем, по мере заряда конденсатора СЗ, напряжение на резисторе R1 плавно нарастает, соответственно, увеличивается и напряжение смещения на управляющем входе микросхемы и, следовательно, выходное напряжение устройства (напряжение на нити накала кинескопа).
Стабилизатор собран на микросхеме DA1. При включении телевизора выпрямленное диодами VD1 — VD4 напряжение поступает на выводы 15 и 8 микросхемы. С выводов 13 и 8 микросхемы через резистор R1 и обмотку реле К1 стабилизированное напряжение поступает на подогреватель кинескопа. Резистор R1 играет роль датчика тока.
Схема устройства двухступенчатого
Рисунок 12.8. Схема устройства двухступенчатого подключения нити накала кинескопа к
источнику питания
После того как напряжение на конденсаторе С1 (С2) превысит некоторый порог, откроется составной транзистор VT1, VT2 (VT3, VT4). Для этого достаточно 32 и 10 сек, соответственно.
Реле К2 своими контактами шунтирует гасящий резистор R5, на нить накала подается полное напряжение питания. Реле К1 включает ускоряющее напряжение на кинескоп.
В схеме использованы реле РЭС-10, РЭК-43, КУЦ-1 или иные с током срабатывания 18...40 мА при напряжении 10... 15 Б.
Отметим, что схему можно усовершенствовать: если использовать реле К1 с дополнительной контактной группой, можно организовать трехступенчатое включение нити накала.
Для увеличения срока службы мощных дорогостоящих и дефицитных радиоламп (в выходных каскадах передатчиков),
кинескопов, прожекторных, кинопроекционных, осветительных и других ламп, нагревательных элементов используют ступенчатое или плавное включение нити накала на полную мощность [12.1].
Устройство (Рисунок 12.9) позволяет производить автоматическое пятиступенчатое нарастание тока через нить накала до номинального значения [12.1].
Базовый элемент схемы (элементы 1а — 1d), выполненный на 1/4 части четырехканального коммутатора К561КТЗ, приведен на Рисунок 12.9 (внизу слева). При включении устройства на нить накала через цепочку последовательно соединенных резисторов R2a — R2d подается напряжение накала. На нити накала выделяется до 20% от номинальной мощности (Рном). На управляющие электроды /ШО/7-коммутаторов и накопительные конденсаторы С элементов 1а — 1d через резисторы R1a — R1d подается постоянное напряжение (Рисунок 12.9). Постоянную времени срабатывания управляющих ключей определяют значения сопротивлений резисторов (R1d>R1c>R1t»R1a>50 кОм). Когда конденсатор С, подключенный к управляющему электроду коммутатора, зарядится до напряжения срабатывания соответствующего электронного ШО/7-ключа, коммутатор «замкнется», база транзистора через эезистор 10 кОм будет подключена к «плюсовой» шине питания и зеле сработает. После срабатывания первого коммутатора конакты реле К1а замкнут резистор R2a, и нить накала будет по-реблять до 40% Рном. Через некоторое время сработает второй коммутатор, контакты реле К1Ь замкнут резисторы R2a, R2b, и ia нити накала будет выделяться до 60% Рном.
Одновременно, в силу того, что на коллекторе транзистора появится напряжение низкого уровня, через диод (вывод блока 1Ь) конденсатор С блока 1а будет подключен к «ми-усовой» шине питания; напряжение на управляющем входе оммутатора блока 1а снизится до значения логического нуля; /WO/7-коммутатор блока разомкнется, и реле К1а отключится, энтакты К1а разомкнутся.
Через некоторое время сработает коммутатор блока 1с, спючатся контакты реле К1с (80% Рном) и отключится реле блока э (и 1а) и, соответственно, контакты реле К1Ь (и К1а). Затем, на->нец, сработает коммутатор блока 1d, включив нить накала на Ю% мощность и отключив реле предыдущих блоков 1а — 1с.
Схема устройства «мягкого» бесконтактного
Рисунок 12.5. Схема устройства «мягкого» бесконтактного включения кинескопа
Первичная обмотка трансформатора Т2 включена в на-кальную цепь кинескопа. К его повышающей обмотке подключен циодный мост VD1 — VD4, нагруженный на кенотрон VL1 и обеспечивающий, пока он закрыт, выходное напряжение 220...240 8 на некоторое время после включения питания. Это напряжение поддерживает в закрытом состоянии электронные прожектора <инескопа на время прогрева его катодов.
При включении телевизора напряжение на нити накала кинескопа уменьшено до 3,25 В (при токе 0,4 А) из-за падения на индуктивном сопротивлении первичной обмотки трансформатора П. В результате постепенного прогрева катода лампы VL1 ток че->ез нее возрастает до 30 мА в течение 18 сек. Кенотрон шунтиру-!Т через диодный мост вторичную обмотку трансформатора Т2. Одновременно напряжение нити накала кинескопа вырастает до те 6,3 В при токе 0,8...0,9 А. Напряжение на выходе диодного моста VD1 — VD4 плавно падает до 5 Б в течение 25 сек из-за шунтирующего действия лампового диода VL1.
Время спада закрывающего кинескоп напряжения зависит от постоянной времени цепи модуляторов кинескопа, т.е. емкости конденсатора С1. Диод VD5 разделяет времязадающие цепи накала и модулятор кинескопа.
В качестве согласующего использован выходной трансформатор звука от телевизора «Радуга-703». Для обеспечения стабилизации необходимо увеличить напряжение на накальной обмотке силового трансформатора до 8,4 В, намотав дополнительную обмотку поверх одной из катушек. Эту обмотку из 5 витков провода ПЭВ-1 0,55 мм включают последовательно-син-фазно с основной.
Схема устройства оптимизации режима эксплуатации кинескопа
Рисунок 12.12. Схема устройства оптимизации режима эксплуатации кинескопа
Схема устройства плавного включения лампы накаливания
Рисунок 12.6. Схема устройства плавного включения лампы накаливания
Для защиты осветительной лампы накаливания предназначено устройство, схема которого приведена на Рисунок 12.6 [12.7]. Оно обеспечивает плавную регулировку максимальной мощности лампы. При включении лампы переключателем SA1 геркон, закрепленный на язычке переключателя, включает зарядную цепочку, состоящую из накопительного конденсатора С1 и резистора R3. В процессе заряда конденсатора частота работы генератора импульсов на однопереходном транзисторе VT1 будет повышаться. На нить накала лампы будут поступать нарастающие по амплитуде
1 честоте импульсы питания, а яркость лампы будет плавно орастать.
Максимальную яркость лампы можно устанавливать резитором R5. С лампами повышенной мощности (более 75... 100 Вт) иристор следует установить на теплоотвод, а в выпрямителе исользовать более мощные диоды.
В два этапа позволяет подать напряжение на лампу накали-ания EL1 устройство по схеме на Рисунок 12.7 [12.8]. При включении стройства в первые секунды ток протекает через гасящее сопро-лвление R1 и нить лампы накаливания. Одновременно через ыпрямитель с бестрансформаторным питанием заряжается кон-енсатор С2. Параллельно этому конденсатору подключена об-отка реле. Через некоторое время (0,2...0,3 сек), определяемое эоизведением сопротивления обмотки реле на величину емко-ги конденсатора С2, реле сработает. Его контакты закоротят юящее сопротивление R1, предварительно разогретая нить наша лампы окажется полностью подключенной к сети.
Схема устройства стабилизации режима катода кинескопа
Рисунок 12.2. Схема устройства стабилизации режима катода кинескопа
Плавное двухминутное нарастание выходного напряжения устройства в момент включения обеспечивается установкой в цепи коррекции и обратной связи микросхемы конденсаторов СЗ и С4.
Обмотка токового реле К1 рассчитывается так, что по достижении номинального тока подогревателя замыкаются контакты, которые включены в цепь питания узла синхронизации телевизора.
Вместо реле К1 можно включить реле напряжения К2, показанное пунктирной линией, например РЭС-9 (паспорт РС4.524.202), с напряжением срабатывания 5,5 В. Последовательно с обмоткой этого реле и подстроечным резистором R4 для более точной установки порога срабатывания можно включить дополнительный под-строечный резистор сопротивлением 10 Ом.
Для питания устройства наматывают на сетевом трансформаторе телевизора поверх имеющихся обмоток дополнительную обмотку в 19...21 виток проводом ПЭВ-1 диаметром 0,74...0,8 мм. Величина переменного напряжения на обмотке 13... 14,5 Б.
Для плавного регулирования тока через лампу накаливания предназначено устройство (Рисунок 12.3), которое содержит генератор импульсов и ждущий мультивибратор на микросхемах DA1 и DA2 [12.4]. Частота генерации задающего генератора — 40 кГц. На затвор полевого транзистора VT1 подается сигнал с широт-но-импульсной модуляцией. Это позволяет плавно регулировать выходную мощность от 0 до 100% при КПД, близком к 100%. Столь высокая эффективность обусловлена малым сопротивлением исток — сток полевого транзистора.
При разомкнутом переключателе полевой транзистор закрыт, лампа обесточена.
Схема устройства замедленного включения лампы накаливания
Рисунок 12.4. Схема устройства замедленного включения лампы накаливания
Схема устройства, обеспечивающего «замедленный» режим включения ламп накаливания показана на Рисунок 12.4 [12.5].
Сетевое напряжение на устройство подается через выключатель SA1, плавкий предохранитель и помехоподавляющий фильтр (R1, С1 — СЗ и L1). Силовая часть схемы состоит из симистора VS1, динисторов VD3, VD4, резисторов R7 — R10, конденсаторов С5 и Сб. В узел управления входят транзистор VT1, диод VD1, стабилитрон VD2, оптрон U1, резисторы R3 -R6, конденсатор С4. Светодиод HL1 предназначен для индикации работы.
Устройство обеспечивает плавное зажигание лампы. Допускается также ручная регулировка яркости и скорости плавного погасания лампы. Плавное ее погасание происходит при размыкании контактов выключателя SA2.
При замыкании контактов выключателя SA1 выпрямленное диодом VD1 напряжение поступает на зарядную цепочку, состоящую из резисторов R3, R4, R5 и конденсатора С4. Контакты выключателя SA2 в это время должны быть разомкнуты. В первый момент полевой транзистор VT1 закрыт, лампа EL1 не горит. Для защиты транзистора от пробоя установлен стабилитрон VD2. Продолжительность заряда конденсатора С4 определяется сопротивлением резисторов R4 и R5, резистор R3 ограничивает падение напряжения на конденсаторе С4.
После замыкания контактов выключателя SA2 напряжение на конденсаторе С4 начинает нарастать, лампа EL1 плавно зажигается, поскольку начинает открываться транзистор VT1, напряжение на выводах 1 и 3 оптрона U1 возрастает, а темновое сопротивление встроенного фоторезистора (выводы 2, 4) уменьшается, что приводит к отпиранию симистора VS1. Конечное напряжение EL1 определяется сопротивлением резистора R7: чем оно больше, тем меньше напряжение на лампе. Яркость лампы после ее включения устанавливают переменным резистором R8. При любом положении движка резистора лампа будет плавно зажигаться или гаснуть. Для того чтобы погасить лампу, надо разомкнуть SA2. При этом напряжение на конденсаторе С4 начинает постепенно уменьшаться, и лампа гаснет полностью. При длительных перерывах следует снимать напряжение выключателем SA1.
Симистор VS1 типа ТС-106-10 или его аналог КУ208Густа-навливают на теплоотвод площадью 10, 16, 25 или 65 ел/ при мощности нагрузки 200, 300, 500 или 1500 Вт, соответственно. Дроссель L1 имеет 215 витков провода ПЭВ-2 0,51 на стержневом сердечнике диаметром 8 и длиной 40 мм из феррита 400НН.
При напряжении сети 220 В ток потребления устройства составляет приблизительно 8 мА.
Устройство «мягкого» бесконтактного включения кинескопа (Рисунок 12.5) состоит из узла ограничения и задержки на ламповом диоде (кенотроне) VL1 [12.6]. Трансформатор Т1 согласовывает сопротивления цепей накала кинескопа и диода VL1.
Схема устройства защиты мощных радиоламп
Рисунок 12.9. Схема устройства защиты мощных радиоламп
Мощность, потребляемая устройством, не превышает 1 Вт и определяется, главным образом, типом используемых реле (ток срабатывания до 100 мА).
При необходимости количество управляющих элементов 1а — 1d может быть уменьшено (с ухудшением режима коммутации мощности), либо, напротив, увеличено. Незадействованные , контакты реле могут быть использованы для управления схемой отсроченной подачи высоковольтного напряжения на электроды лампы.
Резисторы R2a — R2d подбирают следующим образом: последовательно с нитью накала включают проводник из нихрома и подбирают отрезки проводника без его разрезания до выделения на нити накала 20, 40, 60, 80% Рном (!ном). Нихромовый провод навивают затем на резистор типа ВС-2 (или керамическую трубку) с дополнительно закрепленными контактами бандажного типа и припаивают с использованием флюса из ацетилсалициловой кислоты (аспирина) к торцевым и промежуточным контактам. Места пайки во избежание коррозии промывают спиртовым раствором.
Выбор соотношения (значений) сопротивлений резисторов R1a — R1d определяет динамику разогрева нити накала. Скорость разогрева нити накала индивидуальна для каждого типа радиолампы и зависит от массы нити накала и подводимой мощности: для ламп прямого накала время выхода на стационарный режим может составлять единицы секунд; для ламп косвенного подогрева — единицы — десятки секунд. В этой связи выбор значений R1a — R1d желательно производить экспериментально по времени выхода на стационарное значение 20, 40, 60, 80,100% Рном.
Поскольку напряжение и ток накала (UH, IH) электровакуумных приборов существенно различаются, например, для ламп ГУ15 4,8 В/0,68 А; ГУ32 6,3 S/1,6 A (12,6 Б/0,8 А); ГУ 19 6,3 В/2 А; ГУ29 6,3 Б/2,25 А; ГИЗО 6,3 Б/2,25 А (12,6 6/1,125 А); ГУ13 10 6/5 А; ГУ50 12,6 6/0,7 А; ГУ80 12,6 6/10,5 А; ГК71 20 6/3 А; нерно-белых кинескопов — 6,3 Б/0,3 А; цветных кинескопов — 5,3 6/0,9 А, то для питания микросхемы К561КТЗ (либо ее аналогов — К564КТЗ, К176КТ1) можно использовать простейший ста-эилизатор напряжения (9... 15 6 для микросхем К561, К564 и 9 Б для К176), либо питание схемы защиты и накальных цепей произ-юдить от раздельных источников.
Тип реле выбирают по надежному срабатыванию при относительно низком напряжении питания, а также по значению предельных токов коммутации.
Большое разнообразие схем защиты нитей накала электровакуумных приборов (ламп, кинескопов и т.п.) сводится к стабилизации питающего напряжения или тока, защите от их превышения на нити накала, к замедленному разогреву нити и отсроченному включению ускоряющих напряжений.
Ряд подобных схемных решений, связанных, например, со стабилизацией напряжения или тока может привести к совершенно противоположному эффекту: при выходе из строя стабилизатора на защищаемую нить накала может поступить повышенное напряжение, и нить перегорит.
Для многоуровневой защиты особо ценных ламп накаливания, кинескопов с трансформаторно-сетевым питанием, мощных радиоламп предназначено устройство (Рисунок 12.10), которое обеспечивает плавное повышение напряжения на нити накала, стабилизацию выходного напряжения, двойную защиту по току и одинарную — по напряжению [12.10].
В качестве сервисных функций предусмотрен визуальный контроль включения устройства и скорости нарастания напряжения на выходе стабилизатора, а также индикация перегорания предохранителя.
Схема рассчитана на защиту нити накала с питанием переменным током напряжением 6,3 В, но может быть приспособлена для работы и с другими напряжениями.
Напряжение переменного тока, снимаемое с обмотки силового трансформатора, подается на диодный мост — диоды VD1 — VD4. К выходу выпрямителя подключен стабилизатор напряжения с защитой по току нагрузки и плавным нарастанием выходного напряжения с момента включения устройства. Стабилитрон VD5 и светодиод HL1 обеспечивают формирование опорного напряжения. Потенциометр R2, включенный параллельно светодиоду HL1, позволяет плавно регулировать выходное напряжение. Одновременно светодиод HL1 индицирует включенное состояние устройства. RC-цепь (R3, С2) обеспечивает плавное (до 50 сек) нарастание выходного напряжения.
Схема задержки подключения нагрузки
Рисунок 12.13. Схема задержки подключения нагрузки
Схема задержки подключения нагрузки, опубликованная в одном из зарубежных журналов, содержит тиристорный ключ, последовательно соединенный с нагрузкой (Рисунок 12.13). При включении питающего напряжения постоянного тока тиристор вначале заперт. После того как конденсатор С через резистор R1 и сопротивление нагрузки зарядится до напряжения переключения дини-стора VD1, он перейдет в проводящее состояние, а конденсатор С разрядится на управляющий переход тиристора. Тиристор переключится в проводящее состояние, когда падение напряжения на нем минимально (обычно единицы вольт) и подключит нагрузку.
Такие устройства могут быть полезны при необходимости поочередно-последовательного включения нагрузок.
Стабилизация параметров и защита цепей нагрузки
Стабилизация параметров и защита цепей нагрузки
Аварийные ситуации при работе радиоэлектронного, да и любого другого оборудования, чаще всего возникают при переходных процессах, когда происходят резкие изменения состояния системы. По статистике наиболее часто повреждение оборудования происходит при его включении или выключении. На дестабилизирующее воздействие любая система реагирует с задержкой во времени. Эта инерционность для нагреваемых электрическим током приборов обусловлена массой и теплоемкостью нагреваемого материала. Так, например, разрушение (перегорание) нитей накала электровакуумных приборов происходит преимущественно в момент подачи напряжения на холодную нить. Мощность, выделяющаяся на нити накала в момент ее включения, превышает номинальную в 10 раз для ламп прямого накала и в 2...3 раза для ламп косвенного накала. Помимо возможного перегорания нити накала, мгновенное выделение значительной тепловой энергии в малом объеме способствует возникновению термонапряжений в конструкционных элементах лампы, растрескиванию стекла возле токовводов и т.д. [12.1].
В связи с вышеизложенным, для обеспечения надежной работы аппаратуры и составляющих ее элементов весьма важным представляется вопрос о смягчении ударных нагрузок на критичные к перегрузкам радиоэлектронные компоненты.
Подобные задачи решают чаще всего плавной или ступенчатой подачей питающих напряжений (токов) на защищаемый от перегрузок элемент, обеспечивая тем самым постепенный вывод его на рабочий режим.
Схема плавного включения накала, показанная на Рисунок 12.1, используется для кинескопов с UH-6,3 В и током накала IH=0,3 А, т.е. для большинства черно-белых кинескопов [12.2].
Через управляющий вывод микросхемы DA1 на общую шину протекает ток в несколько мА, который обеспечивает постоянное
Методы восстановления химических источников тока
Методы восстановления химических источников тока
Для восстановления работоспособности аккумуляторов (мно-"ократно заряжаемых гальванических элементов, основанных на эбратимом преобразовании электрической энергии в химическую и наоборот) используют специальные зарядные устройства, юзволяющие «закачать» в разряженный аккумулятор очередную юрцию энергии. В отличие от аккумуляторов гальванические элементы и батареи одноразового использования изначально не пред-юлагалось подзаряжать (иначе они и именовались бы по иному). Эднако в процессе эксплуатации некоторых гальванических эле-1ентов и батарей выявилась возможность частичного восстановле-|ия их свойств путем зарядки.
Для зарядки аккумуляторов используют несколько мето-,ов, основным из которых следует считать зарядку постоянным оком. Зачастую расчетное время полной зарядки составляет О час. Помимо классического, используют метод зарядки по 'удбриджу (правилу ампер-часов), зарядки пульсирующим и/или симметричным током, зарядки при постоянном напряжении, эенирующей попеременной зарядки-разрядки с регулируемым х соотношением и преобладанием зарядной компоненты, экс-ресс-заряд, заряд ступенчатым током, «плавающий» заряд, эмпенсационный подзаряд и т.д.
Неплохие результаты дает зарядка аккумулятора током, из-еняющимся в соответствии с так называемым «законом ам-эр-часов» Вудбриджа [13.1]. В начале зарядки ток максимален, а ггем уменьшается по закону, описываемому экспоненциальной эивой. При зарядке в соответствии с «законом ампер-часов» на-шьный ток может достигать 80% от емкости аккумулятора, в ре-'льтате чего время зарядки значительно сокращается.
Каждый из перечисленных способов имеет как преимуще-ва, так и недостатки. Самым распространенным и надежным ггается зарядка постоянным током [13.2]. Появление микросхем абилизаторов напряжения, позволяющих работать в режиме абилизации тока, делает применение этого способа еще более
привлекательным. Кроме того, только зарядка постоянным током обеспечивает наилучшее восстановление емкости аккумулятора в случае, когда процесс разбивают, как правило, на две ступени: заряжают номинальным током и вдвое меньшим.
Например, номинальное напряжение батареи из четырех аккумуляторов Д-0,25 емкостью 250 мА-ч — 4,8...5 6. Номинальный зарядный ток обычно выбирают равным 0,1 от емкости, т.е. 25 мА. Заряжают таким током до тех пор, пока напряжение на аккумуляторной батарее не достигнет 5,7...5,8 6 при подключенных клеммах зарядного устройства, а затем в течение двух-трех часов продолжают заряжать током около 12 /и/А.
Возможность увеличения срока службы сухих гальванических элементов (метод регенерации) была заложена патентом Эрнста Веера в 1954 г. (Патент США) [13.3]. Регенерацию осуществляют пропусканием через гальванический элемент или их группу асимметричного переменного тока с соотношением полупериодов 1:10. По данным разных авторов средний срок службы гальванических элементов может быть увеличен таким образом от 4 до 20 раз.
Согласно практическим рекомендациям фирмы «Варта» (ФРГ) [13.3]:
Помимо зарядно-разрядных операций для некоторых видов аккумуляторов актуальным вопросом является регенерация (вое-
становление) по мере возможности их исходных свойств, утраченных в результате неправильного хранения и/или эксплуатации.
Приемы «реанимации» и восстановления ресурсов разряженных электрических батарей (сухих гальванических батарей и элементов) в общих чертах похожи и порой отвечают соответствующим процедурам для аккумуляторов.
Устройства для заряда, восстановления или регенерации химических источников тока обычно содержат стабилизатор тока, иногда устройство защиты от перенапряжения или перезарядки, приборы и схемы контроля и регулирования.
Так, например, на практике для никель-кадмиевых аккумуляторов получили распространение несколько типов зарядных устройств [13.1].
В первых двух вариантах устройств зарядка постоянным стабильным током не является оптимальной. Исследованиями установлено [13.1], что в самом начале цикла зарядки аккумулятор наиболее восприимчив к сообщаемому ему количеству электричества. К концу зарядки процесс накопления энергии аккумулятора замедляется.
Подзарядка СЦ- 21
Рисунок 14.1. Подзарядка СЦ- 21 от элемента 373
Схема контроля окончания заряда
Рисунок 14.16. Схема контроля окончания заряда
Основой ее служит компаратор DA1. На неинвертирую-иций вход поступает напряжение 1,35 Б с движка подстроенного резистора R1. Через контакты кнопки SB1 на инвертирующий вход подают напряжение с контролируемого аккумулятора. Если при фиксации кнопки SB1 в нажатом положении светодиод HL1 начинает светиться, то аккумулятор" зарядился до номинального напряжения 1,35 В. Далее контролируют напряжение на следующем аккумуляторе и т.д.
Автоматически отключающееся зарядное устройство [14.6] на основе тиристорного ключа (Рисунок 14.17) состоит из выпрямителя и источника стабилизированного опорного напряжения. Источник опорного напряжения выполнен на стабилитроне VD6. Через резистивный делитель (потенциометр R2) стабилизированное напряжение подается на базу транзистора VT2. К эмиттеру этого транзистора подключен анодом диод VD7, соединенный своим катодом с заряжаемой батареей. Как только напряжение на батарее повысится сверх заданного уровня, транзисторы VT1 и VT2, а также и тиристор, через который протекает зарядный ток, отключатся, прервав процесс заряда.
Стоит обратить внимание, что тиристор питается импульсами выпрямленного напряжения от диодного моста VD1 — VD4. Конденсатор фильтра С1, транзисторная схема и стабилизатор напряжения подключены к выпрямителю через диод VD5. Лампа накаливания индицирует процесс заряда и, при необходимости, ограничивает ток короткого замыкания в аварийной ситуации.
В зарядных устройствах также может использоваться схема стабилизатора тока. На Рисунок 14.18 показана схема зарядного уст-эойства на основе микросхемы LM117 с ограничением зарядного тока до 50 мА [14.8]. Величину этого тока легко изменить с помощью резистора R1.
Схема получения асимметричного переменного напряжения
Рисунок 14.9. Схема получения асимметричного переменного напряжения
Схема получения регулируемого
Рисунок 14.10. Схема получения регулируемого асимметричного переменного тока
Рассмотренная выше схема трансформатора не позволяет получить на выходе регулируемое соотношение полуволн напряжения. Как следует из Рисунок 14.9, соотношение амплитуд полупериодов на выходе трансформатора остается неизменным. Впрочем, эту проблему легко можно разрешить, включив в схему дополнительный потенциометр R1 (Рисунок 14.10). Отметим, что вместо потенциометра R1 можно использовать и его транзисторный аналог — управляемое электрическим сигналом «сопротивление» на основе полевых или биполярных транзисторов.
В другом изобретении [14.5] показана возможность преобразования напряжения с регулировкой формы выходного напряжения (Рисунок 14.11): потенциометром R3 регулируют частоту генерации, R4 — длительность полупериодов выходного напряжения.
Такие схемные решения могут быть использованы, например, для создания устройств зарядки аккумуляторных батарей асимметричным током с автоматической или принудительной ручной регулировкой формы зарядного тока.
Схема преобразователя напряжения
Рисунок 14.11. Схема преобразователя напряжения с регулировкой формы выходного напряжения
Схема простейшего устройства для
Рисунок 14.5. Схема простейшего устройства для зарядки марганцево-цинковых и ртутно-цинковых элементов и батарей асимметричным током
Существует несколько схем получения асимметричного тока. Простейшая схема выпрямителя для зарядки МЦ и РЦ элементов и батарей приведена на Рисунок 14.5 [14.2].
Схемы получения асимметричного зарядного тока (Рисунок 1 4.6, 14.7) рассчитаны на использование понижающего трансформатора с выходным напряжением 7,5 6, что позволяет применять их для зарядки батарей с напряжением 4,5 В и ниже. Одна из схем (см. Рисунок 14.6) использует для пропускания переменной составляющей диод, зашунтированный небольшим сопротивлением [14.2]. Лампа EL1 3,5 6, 0,28 А, включенная в зарядную цепь, служит стабилизатором тока и одновременно выполняет роль индикатора окончания процесса зарядки батареи, который определяется по уменьшению яркости накала нити.
Схема стабилизатора тока для заряда NiCd аккумуляторов
Рисунок 14.25. Схема стабилизатора тока для заряда Ni-Cd аккумуляторов
Схема усовершенствованного зарядного
Рисунок 14.24. Схема усовершенствованного зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов
Значение начального тока заряда определяется напряжением вторичной обмоти трансформатора и сопротивлением резистора R2. Но напряжения на выходе устройства
недостаточно для открывания стабилитрона VD5, поэтому транзистор VT1 закрыт, а составной транзистор открыт и находится в состоянии насыщения. При достижении напряжения на батарее аккумуляторов 2,7...2,8 В транзистор VT1 открывается, загорается светодиод HL2, и составной транзистор, закрываясь, уменьшает ток заряда.
Вторичная обмотка сетевого трансформатора должна быть рассчитана на напряжение 8...12 Б и максимальный ток заряда с учетом всех одновременно заряжаемых аккумуляторов. Начальный ток заряда предлагаемого устройства — около 100 мА.
Налаживание устройства сводится к установке максимального тока заряда и выходного напряжения, при котором начинает светиться индикатор HL2. К выходу устройства через миллиамперметр подключают пару разряженных аккумуляторов и подбором резистора R2 устанавливают требуемый зарядный ток. Затем вывод эмиттера транзистора VT3 временно отключают от внешних цепей, подключают к выходу устройства пару полностью заряженных аккумуляторов (или другой источник напряжением 2,7...2,8 6) и подбором резисторов R5 и R6 добиваются свечения светодиода HL2. После этого восстанавливают разомкнутое соединение — и прибор готов к работе.
Для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов В. Севастьянов использовал стабилизатор тока на основе интегральной микросхемы DA1 типа КР142ЕН1А (Рисунок 14.25) [14.12]. Величину зарядного тока регулируют грубо и плавно при помощи резисторов R3 и R4.
Сама микросхема может обеспечить номинальный выходной ток до 50 мА и максимальный — до 150 мА. При необходимости увеличить этот ток следует подключить транзисторный усилитель на составном транзисторе. Транзистор необходимо установить на радиаторе. В том варианте, что показан на Рисунок 14.25, устройство обеспечивает выходной регулируемый стабильный ток в пределах 3,5...250 мА.
Заряжаемые элементы подключают к устройству через диоды VD1 — VD3.
Для заряда аккумуляторов Д-0,06 суммарный зарядный ток задают в пределах 16... 18 мА; заряд этим током производят 6 часов, затем зарядный ток снижают вдвое и продолжают заряд еще 6 часов.
Схема устройства для получения асимметричного зарядного тока
Рисунок 14.6. Схема устройства для получения асимметричного зарядного тока
Схема устройства для регенерации
Рисунок 14.3. Схема устройства для регенерации гальванических элементов асимметричным током
Значения сопротивлений резисторов устройства можно о ределить из выражений:
Здесь: UBX — напряжение на входе устройства (выводах трансформатора), В; U0 — напряжение заряжаемого элемента, В, I0 — ток заряда, мА; R1, R2 — в кОм.
На следующем рисунке (Рисунок 14.4) показан усложненный и усовершенствованный вариант схемы, позволяющей ограничивать падение напряжения на заряжаемом элементе, индицировать свечением светодиода процесс зарядки и момент его окончания. При повышении напряжения на элементе в процессе зарядки плавно открывается стабилитрон, начинает светиться светодиод. Подбором стабилитрона напряжение на заряжаемом элементе можно ограничить, это предохранит батарею от перезарядки.
Подобным методом можно заряжать и никель-кадмиевые аккумуляторы.
Известно, что марганцево-цинковые батареи обладают способностью к перезарядке [14.2]. Такой способностью обладают,
в частности, широко распространенные элементы и батареи типа КБС, «Крона» и др. при условии, что подзаряды производятся в пределах срока сохранности элемента или батареи, а также при условии отсутствия повреждений цинкового стакана или изолирующей оболочки элемента. Зарядка марганцево-цинковых элементов и батарей производится асимметричным током, обеспечивающим получение плотного осадка цинка на отрицательном электроде.
Схема устройства для восстановления
Рисунок 14.26. Схема устройства для восстановления серебряно-цинковых элементов СЦ-21
Для подзаряда серебряно-цинковых элементов СЦ-21 В. Пиц-маном [14.13] использована схема (Рисунок 14.26), в основе которой — задающий генератор на транзисторе и микросхеме К155ЛАЗ. К выводам 8 и 11 микросхемы DA1 подключены диодные цепочки, образованные из последовательно включенных кремниевых диодов КД102, встречно-параллельно которым подключен германиевый диод Д310.
Благодаря такому включению при попеременном появлении значений логического нуля и логической единицы на выходе микросхемы (т.е. подключении цепочки диодов к плюсовой или общей шине источника питания) происходит попеременная дозированная зарядка элементов GB1 и GB2 с последующим их разрядом. Величина зарядного тока превосходит ток разряда, что в итоге способствует восстановлению свойств элементов.
Схема устройства для зарядки серебряноцинковых
Рисунок 14.8. Схема устройства для зарядки серебряно-цинковых и никель-цинковых аккумуляторов асимметричным током
Схема устройства для защиты аккумуляторов
Рисунок 14.13. Схема устройства для защиты аккумуляторов от разряда ниже допустимой величины
Стоит источнику напряжения GB1 разрядиться до напряжения, меньшего суммы напряжения стабилизации стабилитрона (или напряжения лавинного пробоя транзистора VT3) и падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, как
транзисторный ключ (VT1 и VT2) запрется и отключит нагрузку от батареи GB1.
Согласно одной из концепций, для заряда герметичных аккумуляторов наиболее благоприятным считается зарядный ток стабильной величины.
Зарядное устройство (Рисунок 14.14) позволяет получить на выходе «набор» зарядных токов, которые не зависят от колебаний входного напряжения, а также сопротивления заряжаемого элемента [14.6]. На нагрузке транзистора VT1 напряжение стабилизировано. С движков группы потенциометров, включенных параллельно и питаемых стабильным напряжением, снимается определенная доля напряжения и поступает на базы транзисторов VT2 — VT5. При помощи резисторов R3, R5, R7, R9 задается величина предельного тока через транзисторы и, соответственно, через заряжаемые элементы.
Схема заряда батареи 2х2Д0 1 от автомобильного аккумулятора
Рисунок 14.2. Схема заряда батареи 2х2Д-0,1 от автомобильного аккумулятора
Зарядка миниатюрных аккумуляторных батарей, таких, как 2х2Д-0,1 или 7Д-0,1 может производиться в полевых условиях от любых источников постоянного тока, в частности от автомобильных аккумуляторов напряжением 12 Б или бортовой сети напряжением 24...27 В [14.2]. Для зарядки аккумуляторной батареи 2х2Д-0,1 от 12-вольтовой аккумуляторной батареи зарядным током 24 мА необходимо в зарядную цепь включить последовательно ограничительное сопротивление (например, типа М/77) величиной около 110 Ом, как это показано на Рисунок 14.2.
Для батареи 7Д-0,1, зарядный ток которой составляет 12 мА, требуется гасящее сопротивление величиной 300 Ом.
В приведенных выше случаях время полного заряда составит 15... 16 часов. В случае необходимости частично разряженным батареям может быть дан подзаряд, время которого определяется величиной утраченной емкости.
Схема простого устройства для регенерации гальванических элементов асимметричным током с соотношением токов во время полупериодов 1:10 с гальванической развязкой от сети показана на Рисунок 14.3 [14.3].
Схема зарядного устройства для
Рисунок 14.19. Схема зарядного устройства для заряда батареи напряжением 12В
Простое зарядное устройство [14.8] для заряда батареи напряжением 12 В может быть выполнено на основе микросхемы типа LM117 (Рисунок 14.19). Выходное сопротивление устройства определяется величиной резистора Rs.
Схема другого зарядного устройства [14.8] с ограничителем зарядного тока на уровне 600 мА (при сопротивлении резистора R3=1 Ом) для заряда 6 В батареи изображена на Рисунок 14.20.
Схема зарядного устройства для аккумуляторов
Рисунок 14.21. Схема зарядного устройства для аккумуляторов ЦНК-0,45
В схеме зарядного устройства (Рисунок 14.21) для заряда аккууляторов типа ЦНК-0,45 использован стабилизатор тока на микэсхеме типа КР142ЕН5А [14.9]. Ток заряда (50...55 мА) задан
)противлением резистора R1: на этом сопротивлении падает вно 5 В, следовательно, ток, протекающий через последоельную цепочку из заряжаемого аккумулятора и генерато стабильного тока на основе микросхемы DA1 составляет (Б)/120 (Ом)=45+\с (мА), где 1С=5...10 мА — ток собственного ггребления микросхемы. Реально ток будет выше указанного ачения еще на 3 мА, поскольку в расчетах не учтен ток через
етодиодный индикатор HL1, индицирующий работу устройства.
Напряжение на конденсаторе фильтра С1 должно быть по-дка 15...25 В.
При использовании стабилизаторов на большее выходное пряжение величину резистора R1 следует изменить (в сторону эличения).
Устройство можно практически без переделок использовать на иные зарядные токи, вплоть до 1 А. Для этого потребуется подбор резистора R1 и, при необходимости, использование радиатора для микросхемы DA1.
Зарядное устройство (см. Рисунок 14.22) питают выпрямленным напряжением 12 В [14.10]. Сопротивление токоограничительных резисторов рассчитывают по формуле: R=UCT/I, где UCT — выходное напряжение стабилизатора; I - - зарядный ток. В рассматриваемом случае UCT=1,25 Б; соответственно, сопротивление резисторов таково: R1=1,25/0,025=50 О/и, R2=1,25/0,0125=100 Ом. В расчетах не учтен ток собственного потребления микросхемы (см. выше), который может составлять 5... 10 мА.
Схема зарядного устройства для никелькадмиевых аккумуляторов
Рисунок 14.15. Схема зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов
На схеме указаны номиналы для заряда аккумуляторов ЦНК-0,45. Зарядное устройство позволяет заряжать также аккумуляторы типов Д-0,06, Д-0,125, Д-0,25, но для каждого из них необходимо установить в цепи базы транзистора резистор, обеспечивающий соответствующий начальный ток заряда.
В зарядном устройстве не предусмотрена система защиты от перегрузок. Питание устройства — от стабилизированного источника +5 В с максимальным током 2 А.
Следует заметить, что разряжать аккумуляторы ниже 1 6 не стоит, такие аккумуляторы теряют номинальную емкость, а бывает, и переполюсовываются.
Для контроля окончания зарядки можно использовать схему на Рисунок 14.16 [14.7].
Схема зарядного устройства на основе стабилизатора тока
Рисунок 14.18. Схема зарядного устройства на основе стабилизатора тока
Схема зарядного устройства с ограничителямистабилизаторами
Рисунок 14.12. Схема зарядного устройства с ограничителями-стабилизаторами зарядного тока на основе ламп накаливания
Зарядное устройство (Рисунок 14.12) позволяет одновременно заряжать различным током несколько аккумуляторов [14.6]. Для зарядки используется пульсирующее напряжение, снимаемое с выхода мостового выпрямителя на диодах VD1 — VD4. В качестве ограничителей-стабилизаторов тока заряда использованы слаботочные лампы накаливания, включенные последовательно с заряжаемыми элементами.
Лампы защищают схему от короткого замыкания и индицируют процесс зарядки. При коротком замыкании в нагрузке одного из каналов, соответствующая этому каналу лампа горит ярким светом, индицируя об аварийном режиме работы. Если не будут предприняты иные меры (отключение короткозамкнутой нагрузки), лампа перегорает. Процесс зарядки остальных аккумуляторов при этом не прерывается.
Напряжение на зажимах заряжаемых аккумуляторов может находиться в пределах от 1,2 до 12 6. Напряжение на вторичной обмотке транссрорматора Т1 должно быть 32 6.
Многие аккумуляторы не допускают разрядку ниже определенного значения: стоит перейти некоторый предел, и в аккумуляторе произойдут необратимые процессы, после которых источник питания станет непригоден для дальнейшей эксплуатации. В этой связи очень актуальным является вопрос защиты элементов питания от слишком глубокой разрядки.
Схема одного из устройств, предназначенных для защиты аккумуляторов от разряда ниже допустимой величины [14.6], показана на Рисунок 14.13. Для контроля напряжения питания использован обычный стабилитрон VD1 или заменяющий его лавинный транзистор VT3.
Схема зарядного устройства с автоматическим отключением
Рисунок 14.17. Схема зарядного устройства с автоматическим отключением
Схема зарядного устройства с «набором»
Рисунок 14.14. Схема зарядного устройства с «набором» стабильных зарядных токов
Схема (Рисунок 14.15) предназначена для раздельного заряда до шести химических источников тока [14.7]. Одновременно можно заряжать полностью разряженные аккумуляторы и те, которые необходимо подзарядить после хранения. Последние никогда не перезарядятся, если прекратить заряд одновременно с теми, которым необходимо полностью восстановить емкость. Вследствие технологического разброса при производстве аккумуляторов, каждый из них отдает различную емкость даже при соединении их в батарею, особенно это относится к длительно эксплуатируемым аккумуляторам.
Аккумулятор, подключенный к гнезду XS1, заряжается эмиттерным током транзистора VT1, пропорциональным току
базы, который уменьшается по экспоненциальному закону. Таким образом, аккумулятор автоматически заряжается оптимальным образом.
Опорное напряжение формируется аналогом низковольтного стабилитрона на элементах VT7, VT8, VD1, VD2. Диоды VD1, VD2 подбирают из комбинации кремниевый — германиевый или оба германиевых. Критерий правильности подбора — напряжение 1,35... 1,4 6 на эмиттере транзистора VT1. Резистор в цепи базы транзистора определяет начальный ток заряда. Само зарядное устройство в процессе работы постоянного наблюдения не требует.
Схема зарядного устройства с ограничением зарядного тока
Рисунок 14.20. Схема зарядного устройства с ограничением зарядного тока
Схема зарядного устройства со стабилизацией тока
Рисунок 14.22. Схема зарядного устройства со стабилизацией тока
В устройстве можно применить микросхемы типов SD1083, SD1084, ND1083 или ND1084.
Схема зарубежного зарядного устройства «ВС-100» [14.11] приведена на Рисунок 14.23. Устройство позволяет одновременно заряжать 3 пары Ni-Cd аккумуляторов. В процессе заряда светится светодиод HL1, затем светодиод HL1 начинает периодически вспыхивать. Постоянное свечение светодиодов HL1 и HL2 свидетельствует об окончании процесса заряда.
Зарядное устройство «ВС-100» не лишено недостатков. Заряд наиболее распространенных аккумуляторов емкостью 450 мА-ч током 160... 180 мА оказывается недопустимым. Ускоренный режим заряда выдерживают не все аккумуляторы, поэтому О. Долговым [14.11] было разработано более совершенное зарядное устройство, схема которого приведена на следующем рисунке (Рисунок 14.24).
Сетевое напряжение, пониженное трансформатором Т1 до 10 В, выпрямляется диодами VD1 — VD4 и через токоограничи-вающий резистор R2 и составной транзистор VT2, VT3 поступает на заряжаемую батарею GB1. Светсэдиод HL1 индицирует наличие зарядного тока.
Рисунок 14.23. Схема зарядного устройства «ВС-100" для Ni-Cd аккумуляторов
Слаботочные зарядные устройства
Слаботочные зарядные устройства
Один из наиболее простых способов зарядки серебряно-цинковых элементов типа СЦ-21 описан в работе [14.1]. Для этого параллельно соединяют элемент типа 373 («Орион-М») и восстанавливаемый элемент СЦ-21 (Рисунок 14.1). До зарядки напряжение на СЦ-21 составляло около 1,5 В. В процессе зарядки это напряжение достигло нормы: 1,55... 1,6 6, причем перезаряд элемента СЦ-21 исключен. Минимальное время восстановления заряда составляло 1...1.5 суток. В качестве батареи-донора можно использовать также элементы типа 343 и ему подобные элементы, напряжение на которых близко к 1,6 6. Поскольку ток зарядки невелик, то можно использовать отработанные сухие батареи.
Усовершенствованный вариант схемы
Рисунок 14.4. Усовершенствованный вариант схемы зарядного устройства с сетевым питанием
Вариант схемы устройства для получения
Рисунок 14.7. Вариант схемы устройства для получения асимметричного зарядного тока
Следующая схема для получения асимметричного зарядного тока (Рисунок 14.7) использует два включенных навстречу диода [14.2]. Окончание заряда батареи в этой схеме определяется по прекращению роста напряжения, которое после достижения 6 В (для батарей КБС) уже не повышается вследствие уравнивания токов в обеих параллельных ветвях и протекания только переменной составляющей, не вызывающей увеличения напряжения.
При использовании таких схем необходимо в процессе заряда контролировать как напряжение постоянного тока, так и переменную составляющую. Заряд батарей КБС, разряженных не ниже 2,3...2,4 В, продолжается с помощью описанных устройств в течение 12... 14 часов, с тем, чтобы сообщить батарее 140... 160% номинальной емкости.
Принципиальная схема устройства [14.2] для зарядки серебряно-цинковых и никель-цинковых аккумуляторов асимметричным током показана на Рисунок 14.8. Регулировкой потенциометров можно обеспечить необходимое соотношение токов для зарядки.
Как было показано ранее, для зарядки аккумуляторов может быть использован источник переменного тока, имеющий асимметрию положительных и отрицательных полуволн.
Для получения асимметричного переменного тока авторами изобретения [14.4] была предложена схема трансформатора (Рисунок 14.9), имеющего разные коэффициенты трансформации для положительной и отрицательной полуволн.
