Разработка простейшего регулируемого зарядного устройства Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Список использованной литературы:

1. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. - М.; Пищевая промышленность, 1979. -384 с.

2. Пилипенко, Т.В. Потребительские свойства и качество рассольных сыров, обогащенных йодсодержащими биологически активными добавками [текст]/Т.В. Пилипенко, Н.И. Пилипенко, С.Т. Прокопенко, Л.Б. Коротышева// Товаровед продовольственных товаров, 2014, №7 - С37-42

3. Суслова, А.В. Использование молодых листьев грецкого ореха для увеличения сроков хранения и повышения биологической ценности продуктов [ текст]/А.В. Суслова, Л.Б. Коротышева, Т.В. Пилипенко//Технико-технологические проблемы сервиса, 2012, т.22, №4 - С53-56

© Коротышева Л. Б., 2017

УДК 621.3

Д.А. Кулыгин

Студент магистратуры 1 курса ЮРГПУ (НПИ) г. Новочеркасск, Российская Федерация

РАЗРАБОТКА ПРОСТЕЙШЕГО РЕГУЛИРУЕМОГО ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА

Аннотация

В данной работе рассматривается разработка зарядного устройства с регулируемым выходным током и напряжением. Схема представляет собой неуправляемый стабилизатор напряжения и простейшей стабилизатор тока, где зарядный ток регулируется с помощью переменного сопротивления. Моделирование электронной схемы производилось при помощи программы «Micro-Cap 8».

Ключевые слова Зарядное устройство, стабилизатор напряжения, схемотехника.

1. Краткие сведения о зарядных устройствах

Зарядное устройство — электронное устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника [1]. Термин «зарядное устройство» также подразумевает не только заряд аккумуляторов, но и непосредственное питание аппаратуры без участия аккумуляторной батареи. Включает в себя преобразователь напряжения, выпрямитель, стабилизатор напряжения, по необходимости устройство контроля процесса заряда и средства индикации.

В настоящее время «2017 год», зарядные устройства играют одну из важнейших ролей в жизни человека. Сегодня без ЗУ не обходится ни одно цифровое портативное устройство. У каждого бренда (производителя) есть свое зарядное устройство, зачастую одно может подойти к другому, но часто производитель делает невозможным работы ЗУ на других устройствах, например, из-за различных разъемов подсоединения.

Во всех ЗУ или источников питания цифровой техники, контакты тщательно заизолированы и скрыты, а внешняя металлическая оболочка не представляет опасности для человека. Исключением составляет ЗУ для АКБ, его контакты «+ и -» оголены и находятся под постоянным током и напряжением.

2. Параметры зарядных устройств цифровой техники

Устройства и аккумуляторы бывают разные, и выходные характеристики ЗУ тоже, поэтому перед началом разработки схемы нужно произвести классификацию устройств по потреблению тока и напряжения «таблица 1».

Скорость полного заряда аккумуляторной батареи, в идеале равна емкости деленной на силу тока, но на практике стоит учитывать и другие факторы, влияющие на скорость. Скорость зарядки, важна для

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_

потребителя, а правильный ток важен для срока службы аккумуляторной батареи, поэтому в зависимости от емкости и типа аккумулятора, производитель рекомендует тот или иной ток заряда. Например, для Ni-MH (1.2В и 2800mAh) требуется зарядный ток в 360мА, получается аккумулятор должен заряжаться около 7 часов. В то время как телефонный аккумулятор Li-ion (3.6В и 2000mAh) может спокойно заряжаться как от 500мА, так и при 2А. Из расчета выходит, что Li-ion от 0 до 100% заряда в среднем потребуется 2 часа. Из примера видно, что скорость заряда литий-ионных аккумуляторов более чем в 2 раза выше, чем скорость никель-металл-гидридных аккумуляторов. Но у каждого есть свои плюсы и минусы, так Li-ion аккумулятор заряжается быстрее, но стоит дороже, в то время Ni-MH аккумулятор не только дешевле, но и превосходит срок службы Li-ion.

Из выше сказанных предложений, становится ясно, что для определенных аккумуляторных батарей нужен правильный ток заряда, так как ток зависит от срока службы батареи.

Произведем классификацию параметров тока и напряжения в наиболее популярных устройствах используемых в быту человека. Для примера выберем следующие ЗУ: для телефона, планшета, фотоаппарата, ноутбука, аккумуляторов типа ААА (мизинчиковые) и АА (пальчиковые).

Таблица 1

Параметры тока и напряжения для различных устройств

Назначение ЗУ Параметры тока и напряжения

Для телефона ивых 1вых

5V 0,43A

5.1V 0,7A

5V 1A

Для планшета 12V 1,5A

15V 1,5A

5V 2A

Для фотоаппарата 11V 1A

Для ноутбука 9,5V 5A

Для АА 1.4 - 3V 300 - 360 мА

Для ААА 1.4 - 3V 140 - 180 мА

Относительно вышеуказанных параметров, можно сделать вывод о том, какие выходные характеристики должны быть у проектируемого ЗУ. 3. Описание схемы

Рассмотрим схему зарядного устройства на основе источника [2] «рисунок 1», устройство состоит из следующих элементов:

• Синусоидальное переменное напряжение У220 Вольт,

• Трансформатор с двумя обмотками,

• Диоды типа Ш4001,

• Сглаживающий конденсатор С1 = 10000мкФ

• Сглаживающий конденсатор С2 = 10000мкФ,

• Световой индикатор Led1 типа АЛ 107,

• Резистор нагрузки для фильтра R1,

• Резистор И2,

• Резистор нагрузки R3 играющий роль аккумулятора, для проверки работоспособности схемы,

• Потенциометр XI до 100 Ом,

• Биполярный транзистор Q1 типа BD136.

Схема условно разделена на два участка: неуправляемый линейный стабилизатор напряжения и регулируемый источник тока-напряжения.

4. Неуправляемый стабилизатор напряжения

Расчет неуправляемого стабилизатора напряжения при начальных условиях таблицы 2 [4, с. 3-10].

Таблица 2

Условные значения стабилизатора напряжения

ивх, В ивых, В Р, Вт С1, мкФ

220 12 3 10000

А. Расчет вторичной обмотки трансформатора:

и2 = 1.11 • ивых = 1.11 • 12 = 13.32 В Б. Расчет коэффициента трансформации:

^ 220

К = -^ =

= 16.52

У2 13.32

В. Предварительно выбрав индуктивность первой обмотки L1 = 5 мГн, найдем индуктивность второй:

0.005

12=^=16°°22=а0000184 Гн

Г. Среднее значение тока через нагрузку:

3

/о = 12 = 0.25 а

Д. Тогда сопротивление нагрузке равно:

и 12 *О = У = 025 = 48 Ом

Е. Основным элементом неуправляемого выпрямителя является полупроводниковый диод [3, с. 17-18]. Главное свойство диода является односторонняя проводимость, при подаче положительного прямого напряжения между анодом и катодом диод открыт, при подаче отрицательного обратного напряжения диод закрыт.

Обратное напряжение складываемое к каждому диоду:

Уоб =

1.41 • У„

1.41 • 12

= 8.46 В

22

Исходя из того, что выходное напряжение не превышает 12 В, а Уоб = 8.46 В, подходящими диодами будут Ш4001.

Ж. Сглаживающий фильтр - это устройство для уменьшения пульсаций. В схеме (рисунок 1) применен простейший фильтр - это конденсатор С1, включаемый параллельно нагрузке R1. Таким образом, при наличии емкостного фильтра напряжение на нагрузке не уменьшается до нуля, а пульсирует в некоторых пределах.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 01-2/2017 ISSN 2410-700Х_

Проверка работоспособности неуправляемого стабилизатора напряжения на нагрузке R1 показала напряжение Увых ~ 11 В, что соответствует некоторым ЗУ из таблицы 1, а размах пульсации не превышает 200 мВ.

5. Регулируемый источник тока

Объяснение выбора элементов для регулируемого источника тока и напряжения. Так как входное напряжение в схеме зарядного устройства истаб ~ 11 В, то тип подходящих диодов будет одним и тем же во всей схеме - это 1N4001.

Диод D5 играет роль защиты, если по какой-либо причине была перепутана полярность между стабилизатором напряжения и частью схемы зарядного устройства, диод предотвратит выход из строя электро-схемы.

Конденсатор C2 служит для сглаживания выходного напряжения и тока, так как размах пульсации негативно влияет на аккумуляторные батареи. Ввиду того, что ЗУ имеет регулятор тока и напряжения, экспериментальным путем был выбран конденсатор С1 = 10000 мкФ, при такой емкости пульсация как при 300 мА, так и при 1 А имеет сглаженное состояние.

Световой диод Led1 имеет два назначения: 1) он служит индикатором подключения ЗУ в сеть, 2) диод является делителем напряжения.

По условию схемы дан транзистор BD136, его допустимый ток коллектора не превышает 1,5 А.

Резистор R2 создает разность потенциалов между базой и эмиттером, небольшое сопротивление создает нужный потенциал, в результате чего напряжение проходит через базу и коллектор достигая выхода.

Потенциометр X1 имеет сопротивление от 0 до 100 Ом, главная его задача - изменять шкалу сопротивления по 10 Ом, для достижения нужных параметров.

Выводы: схема зарядного устройства является рабочей. Проверка производилась при помощи компьютерной программы для моделирования электронных схем «Micro-Cap 8».

Стоит заметить, моделирование производилось в идеальных условиях - это означает, что для наилучшего результата в регулировке тока, необходим потенциометр с максимально высокой точностью.

Проверка показала, что ЗУ имеет три основных режима работы при сопротивлении 0, 40 и 100 Ом:

Таблица 3

Результаты измерений

Сопротивление, Ом Ubbrc, В I, А

0 6.4 1.266

40 1.56 0.316

100 0.72 0.145

Исходя из результатов измерений, сделан вывод о том, что данное ЗУ подходит для зарядки мобильных телефонов, планшетов и самых распространенных аккумуляторов АА и ААА.

Так как аккумуляторные батареи требовательные к постоянному току и напряжению, недопустим большой размах пульсации. Правильно подобранные конденсаторы на 10000 мкФ обеспечивают данной схеме хорошую сглаженную характеристику.

Стоит отметить что данное ЗУ может работать не только как «зарядка» для аккумуляторов, его вполне можно приспособить как источник питания какого-нибудь оборудования не требующего большого напряжения, например, часов, будильника, домашней метеостанции и. т. д. Список использованной литературы:

1. Википедия // свободная энциклопедия [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org

2. Казус // электронный портал по схемотехнике [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kazus.ru/shemes/showpage/0/426/ 1.html

3. Патракова, И.А. Расчет неуправляемого выпрямителя с фильтром и управляемого выпрямителя в режиме стабилизации выходного напряжения / И.А. Патракова, С.В. Бутаков. - Архангельск. : Изд ФГАОУ ВПО, 2011. - 43 с.

4. Хоружий, И.В. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Электроника» / И.В. Хоружий, А.Я. Шкарупин. - Новочеркасск. : ЮРГТУ, 2014. - 35 с.

© Кулыгин Д.А., 2017