Alp22.ru

Промышленное строительство
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема зарядного устройства для шуруповерта

Схема зарядного устройства для шуруповерта

Аккумуляторный шуруповерт давно вошел в нашу повседневную жизнь и стал незаменимым помощником в строительстве и ремонте. Важным фактором для стабильной и долговечной работы шуруповерта является хорошее состояние его аккумулятора. Часто в комплекте с недорогими шуруповертами идут неэффективные зарядные устройства, которые уже после нескольких десятков циклов зарядки/разрядки накладывают на аккумулятор так называемый «эффект памяти».

Давайте рассмотрим схему зарядного устройства для шуруповерта, в которой учтены и исправлены все недостатки.

  • В основе схемы лежит контролер ускоренного заряда NiCa/NiMH батарей – MAX731.
  • В правой части электрической схемы резистор R23 отвечает за конечное напряжение разряда: 12,48 В (10,4 В для версии 12 В шуруповерта, 14,56 В для 16,8 В и 15,6 В для 18 В шуруповерта).

Печатная плата схемы зарядного устройства для шуруповерта будет выглядеть примерно так:

Печатная плата
Печатная плата зарядного устройства Обратная сторона печатной платы
Обратная сторона печатной платы

В таблице ниже представлен набор нужных элементов для построения схемы ЗУ.

НазваниеТипКоличество, шт
МикросхемаMAX7131
МикросхемаTL431ACLPR, TO921
МикросхемаLM317L1
ТранзисторKN2222(2N2222A)4
Транзистор2N29072
ТранзисторIRFR9024(IRFR5305)1
ИндуктивностьCDRH127 220мкГн 2А1
Светодиоды3
Диоды1N58182
Резистор постоянный20
Резистор подстроечный1
Резистор разрядный5Вт 47 Ом1
Конденсаторы8

Предварительная сборка
Предварительная сборка ЗУ

Принцип работы готовой схемы зарядного устройства

Вставляем аккумулятор шуруповерта в зарядное устройство и нажимаем кнопку «Start Discharge», после чего начинается доразряд батареи до 1,04 В, при этом загорается синий светодиод.
После полного доразряда зарядное устройство переходит в режим ускоренного заряда, при этом загорается красный светодиод, а зелёный показывает питание.

Если красный светодиод погас – значит, зарядное устройство перешло в режим «капельной зарядки».

Зарядные устройства для шуруповерта

Шуруповерт найдется в каждом арсенале домашних инструментов. Ведь с его помощью решаются и серьезные задачи во время ремонта, и повседневные бытовые дела по вкручиванию шурупа в стену для развешивания полочек, крючков и прочих нужных вещей. О том, каким зарядным устройством оснащается прибор, как его выбрать и в чем особенности, можно узнать из статьи.

Как работает зарядное устройство

Зарядное устройство

На вид пластиковый корпус скорее имеет сходство с подставкой под аккумулятор. Но за счет металлических контактов на этой установке происходит процесс заряда в случае, если устройство включено в сеть. Обычно производители укомплектовывают свою технику и наносят все обозначения на блоке. Это и название бренда, и технические параметры, какие нужно соблюдать при использовании данной техники.

Для работы требуется сеть 220V. После подключения никаких оповещений индикатором или звуком не происходит. И только светодиоды на корпусе красного и зеленого цветов выдают, идет процесс зарядки или нет. Если предусмотрено производителем, может быть на корпусе пусковая кнопка. Тогда замыкается сеть, и происходит питание от электросети. Этот процесс сопровождается красным светом индикатора. После завершения заряда будет вновь гореть зеленый, так как цепь питания будет прервана.

То, насколько длительным может быть процесс заряда, определяется двумя критериями:

  • емкостью аккумулятора, которая определяется в ампер-часе. Есть стандартные бытовые модели до 1,5 Ач и профессиональные, на 2,5 Ач. Чем больше емкость, тем мощнее шуруповерт;
  • напряжением аккумулятора, что варьируется от 2,4 В до 36 В. Для шуруповертов этот критерий чаще всего составляет 9 В и 12 В.

О видах зарядных устройств

В комплектации к фирменному шуруповерту производитель обычно предоставляет пару зарядных приспособлений. Они бывают стандартными или аналоговыми и импульсными. Для бытовых моделей используют первый вариант зарядников, предназначенных для простой батареи. Продолжительность процесса восполнения заряда в аккумуляторе до 100% составит около трех часов. Импульсным приспособлением оснащают профессиональные модели. Тогда время пополнения запаса энергии в батарее – всего один час.

Аналоговые стандартные зарядные станции

Такие изделия оснащены штатным блоком питания. Для непрофессиональных моделей шуруповерта или дрели нет задачи работать длительный интервал времени. Потому и оборудуют их недорогим блоком заряда. Главное, чтобы аккумулятор заряжался непрерывно, что возможно при постоянной токовой нагрузке в условиях непрерывного напряжения.

Представить рабочее устройство зарядки можно, сравнив с обыкновенным стабилизатором. Не имеет значения, какого типа батарея будет использоваться.

Если говорить о недостатках у аналоговых зарядников, тут обращают внимание на большую продолжительность зарядного процесса. Но для бытовых моделей это приемлемо. Ведь если заржать всю ночь, то потом в течение дня шкаф будет собран с помощью шуруповерта.

В среднем аппараты заряжают на протяжении 3–5 часов.

Зарядные устройства импульсного типа

Теперь речь пойдет о комплектующих к профессиональной технике. Ею пользуются активнее, потому нельзя допускать, чтобы аккумулятор был разряжен. Конечно, здесь ценовой аспект значительно отличается от аналоговых версий. Ведь каждому специалисту понятно, что за хорошие характеристики и продолжительность беспрерывной работы сначала нужно соответствующе заплатить. А за пару аккумуляторов в комплекте отдать придется еще больше. Ведь обычно одним мастера пользуются, а другой в это время заряжается. Потому зарядник работает практически беспрерывно на два аккумулятора.

Часто к импульсному блоку производитель добавляет интеллектуальную схему контроля заряда. Это и позволяет сократить время заряда до 60 минут.

Итак, у импульсных зарядных устройств имеются такие особенности:

  • размер их компактен;
  • заряд обеспечен высокими токами;
  • защита доведена до совершенства.

Если говорить о недостатках, тут выделяют сложную схему. Она вместе со всеми достоинствами приводит к высокой стоимости. Но и этот вопрос некоторые умельцы решают по-своему. При наличии схемы и паяльника можно собрать прибор самостоятельно, сэкономив на комплектующих более чем вдвое.

Что предлагает рынок

Знаменитые бренды обеспечивают свои шуруповерты фирменными комплектующими, в том числе и зарядовыми блоками. В случае выхода из строя только этого предмета искать остается только среди б/у товаров.

Универсальный вариант

Покупка бюджетом всего около 1000 рублей позволит приобрести уникальный вариант для шуруповерта 12, 14 или 18 В. Тогда можно будет заряжать любые батареи. Причем выбирать лучше всего среди отечественных брендов, исключив из списка кандидатов китайские модели.

Фирменный блок на Bosch

Зарядное для шуруповерта

Оригинальный зарядный блок 18 В продают некоторые магазины.

Ценовой аспект

Универсальные аппараты варьируются в цене с 800–2500 рублей. Они имеют защиту от перегрева заряжаемого аккумулятора до 45 0 С. Профессиональные аппараты в несколько раз дороже, и начинаются их ценники с 7,5 тысяч рублей.

Каков итог

Зная то, как устроено зарядное устройство, каким оно может быть, универсальным аналоговым или профессиональным, каждый пользователь сможет выбрать для своего шуруповерта подходящую модель. Перечисление наименований не столь важно. Главное – знать, какова емкость заряжаемой батареи и напряжение.

Автоматическое зарядное устройство для аккумулятора шуруповерта схемы

Ток заряда аккумуляторов 1,5 а

На плате CDQ-F06K1 имеются:
Микросхема HCF4060BE,
Диодный мост из четырёх диодов 1N5408,
Биполярный транзистор S9012,
Реле S3-12A,
Сетевой трансформатор — GS-1415 (25ватт) на выходе 18 вольт переменки.
Предохранитель 5A типа T5AL250V.

Принципиальная схема зарядного устройства:
Доступно только для пользователей

Трансформатор GS-1415, 25 ватт 18 вольт выходное напряжение

Стабилитрон VD6 (1N4742A)

Пониженное переменное напряжение 18V со вторичной обмотки трансформатора поступает на диодный мост через плавкий предохранитель FU1. Диодный мост состоит из 4 диодов
VD1-VD4 типа 1N5408. Каждый из диодов 1N5408 выдерживает прямой ток 3
ампера. Электролитический конденсатор C1 сглаживает пульсации напряжения после диодного моста.
Диод VD5 (1N5408) защищает аккумулятор от разряда, если вдруг будет отключено сетевое питание.
Микросхема HCF4060BE, которая является 14-разрядным счётчиком с элементами для задающего генератора. Она управляет
биполярным транзистором структуры p-n-p S9012. Транзистор нагружен на электромагнитное реле S3-12A. На микросхеме U1 реализован просто таймер, который включает реле на время заряда – 60 минут.

При включении зарядника в сеть и подключении аккумулятора контакты реле JDQK1 разомкнуты.
Микросхема HCF4060BE запитывается от стабилитрона VD6 – 1N4742A (12V). Стабилитрон ограничивает напряжение с сетевого выпрямителя до уровня 12 вольт, так как на его выходе около 24 вольт.
Если взглянуть на схему, то не трудно заметить, что до нажатия кнопки
«Пуск» микросхема U1 HCF4060BE обесточена – отключена от источника
питания. При нажатии кнопки «Пуск» напряжение питания от выпрямителя
поступает на стабилитрон 1N4742A через резистор R6.
Далее пониженное и стабилизированное напряжение поступает на 16 вывод
микросхемы U1. Микросхема начинает работать, а также открывается
транзистор S9012, которым она управляет.
Напряжение питания через открытый транзистор S9012 поступает на
обмотку электромагнитного реле JDQK1. Контакты реле замыкаются, и на
аккумулятор поступает напряжение питания. Начинается заряд аккумулятора.
Диод VD8 (1N4007) шунтирует реле и защищает транзистор S9012 от скачка обратного напряжения, которое образуется при обесточивании обмотки реле.
Диод VD5 (1N5408) защищает аккумулятор от разряда, если вдруг будет отключено сетевое питание.
Что будет после того, когда контакты кнопки «Пуск» разомкнутся? По
схеме видно, что при замкнутых контактах электромагнитного реле плюсовое
напряжение через диод VD7 (1N4007) поступает на стабилитрон VD6 через гасящий резистор R6. В результате микросхема U1 остаётся
подключенной к источнику питания даже после того, как контакты кнопки
будут разомкнуты.

Сменный аккумулятор.

Сменный аккумулятор GB1 представляет собой блок, в котором последовательно соединено 12 никель-кадмиевых (Ni-Cd) элементов, каждый по 1,2 вольта.

На принципиальной схеме элементы сменного аккумулятора обведены пунктирной линией.

Суммарное напряжение такого составного аккумулятора составляет 14,4 вольт.

Также в блок аккумуляторов встроен датчик температуры. На схеме он обозначен как SA1. По принципу действия он похож на термовыключатели серии KSD. Маркировка термовыключателя JJD-45 2A. Конструктивно он закреплён на одном из Ni-Cd элементов и плотно прилегает к нему.

Один из выводов термодатчика соединён с минусовым выводом
аккумуляторной батареи. Второй вывод подключен к отдельному, третьему
разъёму.

Алгоритм работы схемы довольно прост.

При включении в сеть 220V зарядное устройство ни как не проявляет свою работу. Индикаторы (зелёный и красный светодиоды) не светятся. При
подключении сменного аккумулятора загорается зелёный светодиод, который
свидетельствует о том, что зарядник готов к работе.
При нажатии кнопки «Пуск» электромагнитное реле замыкает свои
контакты, и аккумулятор подключается к выходу сетевого выпрямителя,
начинается процесс заряда аккумулятора. Загорается красный светодиод, а
зелёный гаснет. По истечении 50 – 60 минут, реле размыкает цепь заряда
аккумулятора. Загорается светодиод зелёного цвета, а красный гаснет.
Зарядка завершена.
После зарядки напряжение на клеммах аккумулятора может достигать 16,8 вольт.
Такой алгоритм работы примитивен и со временем приводит к так
называемому «эффекту памяти» у аккумулятора. То есть ёмкость
аккумулятора снижается.
Если следовать правильному алгоритму заряда аккумулятора для начала
каждый из его элементов нужно разрядить до 1 вольта. Т.е. блок из 12
аккумуляторов нужно разрядить до 12 вольт. В заряднике для шуруповёрта
такой режим не реализован.
Вот зарядная характеристика одного Ni-Cd аккумуляторного элемента на 1,2V.

На графике показано, как во время заряда меняется температура элемента (temperature), напряжение на его выводах (voltage) и относительное давление (relative pressure).
Специализированные контроллеры заряда для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов, как правило, работают по так называемому методу дельта -ΔV. На рисунке видно, что в конце зарядки элемента происходить уменьшение
напряжения на небольшую величину – порядка 10mV (для Ni-Cd) и 4mV (для
Ni-MH). По этому изменению напряжения контроллер и определяет, зарядился
ли элемент.
Так же во время зарядки происходит контроль температуры элемента с
помощью термодатчика. Тут же на графике видно, что температура
зарядившегося элемента составляет около 45 0 С.

Вернёмся к схеме зарядного устройства от шуруповёрта. Теперь понятно,
что термовыключатель JDD-45 отслеживает температуру аккумуляторного
блока и разрывает цепь заряда, когда температура достигнет где-то 45 0 С. Иногда такое происходит раньше того, как сработает таймер на микросхеме
HCF4060BE. Такое происходит, когда емкость аккумулятора снизилась из-за
«эффекта памяти». При этом полная зарядка такого аккумулятора
происходит чуть быстрее, чем за 60 минут.
Как видим из схемотехники, алгоритм заряда не самый оптимальный и со
временем приводит к потере электроёмкости аккумулятора. Поэтому для
зарядки аккумулятора можно воспользоваться универсальным зарядным устройством, например, таким, как Turnigy Accucell 6.

Возможные неполадки зарядного устройства:

Со временем из-за износа и влажности кнопка SK1 «Пуск» начинает плохо срабатывать, а иногда и вообще отказывает. Понятно, что при неисправности кнопки SK1 мы не сможем подать питание на микросхему U1 и запустить таймер.

Также может иметь место выход из строя стабилитрона VD6 (1N4742A) и микросхемы U1 (HCF4060BE). В таком случае при нажатии кнопки включение зарядки не происходит, индикация отсутствует.
Для поиска неисправностей нужно, для начала проверить ВСЕ напряжения согласно схеме:
«+» 12 вольт на 16 ножке микросхемы относительно 8 ножки;
«-» 12 вольт на коллекторе транзистора Q1 относительно 16 ножки микросхемы.
Для проверки реле — замкнуть перемычкой коллектор и эмиттер Q1, одновременно контролируя, любым удобным способом, напряжение или ток заряда АКБ.
Если все напряжения в норме — проверяем прозвонкой исправность деталей. Микросхему. — заменой на оригинальную.. Ломаться то, по большому счёту, нечему, главное — ТРАНСФОРМАТОР.
Начинать проверку деталей, нужно с кнопки «старт» которая со временем просто закисает.

Микросхема HCF4060BE (datasheet — http://www.st.com/st-web-. 386.pdf) Эта микросхема – таймер. Кнопкой мы, просто, запускаем его. Таймер, тупо, отсчитывает 1 час и отключает ЗУ! Ни за током заряда, ни за напряжением на АКБ, он, естественно, не следит. Главная задача – включить реле (S3-12A – обмотка 400 ом, питание 12 вольт). Реле же, своими контактами, подключает АКБ к простейшему ЗУ – трансформатор (220/20 при токе нагрузки 1,5 Ампера); диодный мост (4 х IN5408 /400 вольт х 3 Ампера) ; предохранитель; диод FR304( хотя на плате надпись — IN5408) — импульсный /3Ампера х 400В, ну и, собственно – сама АКБ!
Зарядка происходит в жёстком режиме – без ограничения тока.

Если, по каким либо причинам, Вам необходимо СРОЧНО зарядить АКБ шуруповёрта, то единственное условие быстрого восстановления ЗУ до работоспособного состояния– исправность того самого «простейшего ЗУ», о котором говорилось ранее – «трансформатор; диодный мост; предохранитель; импульсный диод; разъём подключения АКБ, ну и собственно сама АКБ! Смотрим схему ( переделка отмечена красным) и отпаиваем любой из выводов резистора R6(отключаем питание таймера), впаиваем перемычку параллельно выводам контактов реле, собираем всё в корпус, втыкаем ЗУ в розетку, АКБ в гнездо зарядного, ждём час — АКБ подключаем к «шурупику»

Зарядное устройство для шуруповерта

Беспроводные инструменты используют для своей работы энергию аккумуляторных батарей. Естественно, что время от времени необходимо восполнять израсходованный запас. Такой процесс называется зарядкой. В процессе заряда и разряда происходят обратимые химические реакции в аккумуляторе, которые и определяют принцип его работы.

Аккумуляторный шуруповерт

Разновидности устройств для зарядки

Выполняя одинаковую функцию, зарядные устройства имеют разнообразные варианты внутренней структуры. По типу преобразования напряжения бытовой электросети конструкции для зарядки шуруповертов различаются на такие:

  • Трансформаторные;
  • Инверторные (импульсные).

Трансформаторные устройства изначально появились в первую очередь, поскольку требовали простейшей электронной базы. В состав классической конструкции устройства входят:

  • Трансформатор;
  • Выпрямительный мост;
  • Фильтрующая емкость;
  • Стабилизатор тока;
  • Контролирующая схема.

Трансформаторное ЗУ

Вне зависимости от типа стабилизатора и дополнительных опций, трансформаторные зарядные устройства объединяет такой недостаток, как большие габариты и вес. Связано это с тем, что массогабаритные показатели трансформатора увеличиваются пропорционально мощности изделия. Соответственно, те зарядные устройства, которые обладают приемлемыми массой и габаритами, способны выдавать малые значения зарядного тока, и процесс заряда идет длительное время.

От указанного недостатка свободны устройства инверторного типа, которые используют преобразование входного напряжения в ток высокой частоты. Такой подход позволяет использовать малогабаритные трансформаторы, работающие с большими значениями мощностей. При габаритах, значительно меньших, чем у трансформаторных конструкций, инверторные способны вырабатывать значительный по величине зарядный ток. Время заряда аккумуляторов при этом сокращается до одного часа и менее.

Инверторное ЗУ

Дополнительные функции

Простейшее зарядное устройство (зу) не производит контроль состояния аккумуляторной батареи. Все это возложено на пользователя. Как следствие – регулярный недозаряд, длительный заряд, неоптимальный процесс зарядки, все это приводит к резкому сокращению срока службы аккумуляторов. Такой тип схемотехники применяется только в самых дешевых моделях шуруповертов и не может быть рекомендован к приобретению.

Более дорогие модели имеют встроенный контроллер заряда или таймер отключения. Зарядка аккумуляторной батареи производится до достижения требуемого значения емкости либо через определенное время. В последнем случае возможен недозаряд, но исключается длительная подача напряжения. Контроль уровня заряда ведется по уровню напряжения аккумулятора. Большинство видов инструмента в средней ценовой категории используют именно такие модели ЗУ.

Наиболее совершенные модели имеют схему контроллера заряда, основанную на использовании микроконтроллера. При этом, помимо собственно заряда, применяется предварительный разряд не полностью выработанных элементов и до строго определенного значения. Данная процедура исключает появление эффекта «памяти», свойственного щелочным аккумуляторам, и способствует выравниванию емкости отдельных элементов аккумуляторной батареи. Аккумулятор заряжается согласно определенного алгоритма по требованиям производителя.

Уровень заряда контролируется по напряжению батареи. Используется дельта-метод. В его основе лежит особенность Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов к некоторому снижению напряжения при полной зарядке. Схема контроллера реагирует на снижение напряжения в конце периода времени и отключает подачу зарядного тока.

График напряжения при заряде

График напряжения при заряде

Зарядное устройство для шуруповерта на микроконтроллерах будет иметь высокую стоимость, но при этом существенно продлит срок службы дорогостоящего аккумулятора и сократит время полного заряда. Такой тип контроллеров заряда идет в комплект дорогих профессиональных моделей шуруповертов.

Напряжение заряда и форм-фактор

У производителей нет единого стандарта по напряжению питания инструмента. С одной стороны, низкое напряжение аккумулятора снижает его стоимость за счет уменьшения количества элементов, с другой – более высоковольтные аккумуляторы дают ряд преимуществ:

  • Более высокая мощность устройства;
  • При одинаковой мощности снижается потребляемый ток;
  • Увеличивается срок работы между зарядами.

Увеличенное количество элементов повышает стоимость инструмента, поэтому такой подход свойственен производителям качественного и дорогого оборудования.

Обратите внимание! Если важен вес инструмента, то предпочтение следует отдавать низковольтным изделиям. У 18-и вольтовых шуруповертов самый значительный вес. Исключение составляют литий-ионные аккумуляторы, но их можно встретить только в самых дорогих моделях инструмента.

Литий-ионная аккумуляторная батарея

Литий-ионная аккумуляторная батарея

К сведению. Если шуруповерт будет использоваться в качестве дрели, для сверления отверстий, то здесь нужно обращать внимание на модели с максимальным напряжением.

Поскольку ЭДС Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов имеет строго определенную величину, а именно 1.2В, то и напряжение батарей элементов сводится к ряду нескольких значений:

  • 10 аккумуляторов – 12.0В;
  • 11 аккумуляторов – 13.2В;
  • 12 аккумуляторов – 14.4В;
  • 13 аккумуляторов – 16.6В;
  • 14 аккумуляторов – 17.8В.

Можно встретить и иные значения, как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения, но нечасто.

Для упрощения многие производители указывают округленное значение напряжения аккумулятора. К примеру, аккумуляторная батарея с 14-ю элементами зачастую имеет обозначение 18 вольт, а с 10-ю 12 вольт.

Аккумуляторные батареи шуруповертов различаются не только по напряжению, но и по форме крепежных приспособлений и расположению клемм. Из этого следует важный вывод.

Важно! Различные аккумуляторные батареи и устройства для их зарядки не совместимы между собой. Исключение составляют изделия одного производителя, которые и создавались с учетом совместимости.

Модернизация зарядных устройств

Переделка штатных зарядных устройств для шуруповерта своими руками обычно производится с целью улучшения их характеристик. Наиболее просто поддаются переделке конструкции трансформаторного типа, у которых изменяется только схема контроля и управления. Инверторные изменить значительно сложнее. В большинстве случаев доработка требует полной замены внутренней «начинки» устройства.

Как правило, переделкам подвергаются зарядные блоки низшей ценовой категории. Основные опции, которые вводятся в переделываемую конструкцию, это контроль уровня заряда и автоматическое отключение. Переделки такого типа, выполненные с применением аналоговой схемотехники, не представляют особой сложности и доступны начинающему и среднему радиолюбителю.

ЗУ на специализированной микросхеме

ЗУ на специализированной микросхеме

Изготовление более сложных конструкций, с управлением на микроконтроллере, под силу только опытным мастерам, к тому же не имеют особого смысла. Как уже говорилось, простейшие приспособления выпускаются для дешевых моделей инструмента, соответственно, и качество аккумуляторных батарей в них не на высоте. Выигрыш в надежности аккумуляторных батарей, продление их срока жизни получится несоразмерным затратам на такую переделку зарядного устройства.

Ремонт

Так же, как и переделка, ремонт зарядного устройства для шуруповерта требует наличия определенных знаний в области радиотехники. Без наличия опыта можно заменить соединительные шнуры питания и предохранители. Стоит отметить, что такие неисправности занимают одно из основных мест по частоте. Отсутствие заряда и индикации питания обычно связаны с обрывом проводов или перегоранием предохранителя. Обе неисправности выявляются путем прозвонки при помощи омметра.

Более серьезный ремонт зарядки шуруповерта, особенно в дорогих конструкциях, затруднен отсутствием принципиальной схемы.

Важно! Самостоятельный или неквалифицированный ремонт зарядных устройств для литий-ионных аккумуляторных батарей чреват воспламенением и даже взрывом аккумулятора, поскольку батареи такого типа крайне чувствительны к режиму зарядки.

Видео

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Категория сварного соединения по гост
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector