Электрические схемы зарядного устройства для шуруповерта

«Народный» зарядник для шуруповёрта

Автор: arhimed2007, arhimed@ukr.net
Опубликовано 27.10.2015
Создано при помощи КотоРед.

Мрр-мяу! Воистину, лень — тормоз прогресса. Уже лет несколько валялся у меня в загашнике шуруповёрт. Польский (если верить паспорту), марки «VERTO», на 12 В. Когда-то выменял его на одну из древних мобил. НОВЫЙ! В УПАКОВКЕ. Но, блин, аккумулятор. С полного заряда его через месяц работы уже не хватало на десяток шурупов. Чуть позже я унюхал кем-то выброшенную начинку от аккумулятора BOSH и ею перепаковал свой аккумулятор. Но. те же грабли! Новые покупать задавила жаба. В общем, забросил я его куда подальше.

Так поляцкий продухт и валялся несколько лет. А недавно мне приволокли в ремонт другой шурик, на 14,4 В, марки «MATRIX». Один из шедших в комплекте аккумуляторов сдох, причём бОльшую часть банок тупо закоротило. В результате зарядное издало пшик и прогорело так, что аж корпус деформировался, и блок питания скис. Как всегда, термопредохранитель. Второй аккумулятор оказался вполне живым.

Естественно, просто восстановить «родной» зарядник — не вариант, если возможны такие дефекты. Нужна как минимум защита от перегрузки. Серьёзный зарядник с анализатором городить было влом, кроме того, в умных книжках говорилось, что самым простым в исполнении для NiCd является «капельный» режим заряда — током 0,1С, где С — численный эквивалент ёмкости батареи в ампер-часах. При этом не случается перезаряда и ток заряда по окончании процесса просто компенсирует саморазряд, который у банок от дядюшки Ляо достаточно высок. Таким образом, зарядник просто должен представлять собой стабилизатор тока. Он же не даст спалить блок питания в случае повторения истории с дохлой батареей.

«Родные» же зарядники, как оказалось, не блещут не только сложностью, но и качеством работы. Токозадающий резистор в них очень часто прогорает до дыр в плате, ток задаётся наобум Лазаря, ни тебе защиты, ни стабилизации! Посему от оригинальных китайских плат было решено избавиться и вставить вместо них более пристойный зарядник.

Изваять оный девайс было решено, как всегда, из подручных средств, а именно старого компьютерного железа. В качестве регулирующего элемента был выбран мощный MOSFET с материнской платы. Типовая схема стабилизатора тока на полевом транзисторе была дополнена индикацией питания и процесса заряда. Получилось вот что:
Собственно стабилизатор тока выполнен на элементах VT2, VT3 и токоизмерительном резисторе R5. Стабилитрон VD2 защищает MOSFET от превышения напряжения сток — затвор. На VT1 выполнен индикатор окончания заряда, гасящий красный светодиод HL2, когда напряжение на истоке VT3 упадёт ниже порога открывания минус падение напряжения на R4. А это, в свою очередь, происходит при увеличении напряжения на батарее свыше 15 В. Второй светодиод горит всё время, индицируя наличие питания на заряднике. Диод VD1 предохраняет батарею от разряда через схему при отключении БП.

В качестве VT1, VT2 были взяты самые распространённые в компьютерном барахле MMBT3904 (корпус SOT-23 с маркировкой 1Ам, t04, р04 или ещё несколько вариантов). VT3 — APM2025, шотя походу сойдёт любой n-MOSFET, применяемый в стабилизаторах питания материнских плат. Резисторы типоразмера 1206 взяты со старых серверных плат, хотя можно применить и меньшие. Просто под 1206 легче изготовить плату. Оттуда же был сдут и конденсатор того же типоразмера. Единственный выводной резистор — R5, который я установил мощностью 3 Вт. Хотя при желании его можно изваять из нескольких включенных параллельно 1210 от винчестеров, они такой ток выдержат.

Плата, как всегда, была разведена в Sprint Layout 6 и выполнена методом ЛУТ. Совмещение сторон выполнялось булавками через отверстия по краям платы. Переходы между слоями выполнены обрезками выводов, запаянными с двух сторон. Красный провод на фото — ошибка, которая в выложенном варианте платы уже исправлена. 🙂 Разводка выполнялась точно под корпус. Разъём блока питания прикошачен непосредственно к плате. Подгонять эту конструкцию под направляющие в корпусе пришлось дремелем с фрезой, хотя можно и резаком, правда, не так аккуратно.

Заработал зарядник сразу и на ура, что говорит об отсутствии ошибок в монтаже. Рабочую батарею зарядил примерно за три часа, дохлая же не вызвала серьёзного перегрева элементов в течение 20 минут, после чего АКБ была перепакована.

Следующим номером я решил сделать аналогичный девайс и под свой 12В шуруповёрт. Ведь ёмкость их аккумуляторов одинакова, значит, и ток заряда такой же. Вдруг когда дойдут руки купить солидные банки для перепаковки его батареи! Вот вариант его платы:

Как оказалось, перепакованные бошевские банки этой штуковиной заряжаются отнюдь не так уж плохо! Заряда батарей хватало примерно на час непрерывной работы, что для такой дешёвки очень даже пристойно. Вся технология изготовления была такой же, как и в клиентском шуруповёрте. Только стабилитрон я поставил советский двунаправленный — его давно надо было куда-нибудь деть 🙂

Разъём был посажен в корпус посредством того же подпиливания дремелем, после чего плата легла как родная.

В итоге имеем несложную и халявную замену примитивным зарядникам, поставляемым в комплекте с дешёвыми шуруповёртами, что позволяет использовать их батареи на всю доступную ёмкость. Разумеется, при нынешних достижениях микроминиатюризации можно напичкать тот же корпус ещё массой дополнительных прибамбасов — таймером, переключателем режимов заряда, звуковой сигнализацией и т.д. Но это всё уже снижает доступность схемы для повторения слесарем дядей Васей 🙂

Источник

Конструкция зарядного устройства от шуруповёрта

Схема, устройство, ремонт

Без сомнений, электроинструмент значительно облегчает наш труд, а также сокращает время рутинных операций. В ходу сейчас и всевозможные шуруповёрты с автономным питанием.

Рассмотрим устройство, принципиальную схему и ремонт зарядного устройства для аккумуляторов от шуруповёрта фирмы «Интерскол».

Для начала взглянем на принципиальную схему. Она срисована с реальной печатной платы зарядного устройства.

Печатная плата зарядного устройства (CDQ-F06K1).

Силовая часть зарядного устройства состоит из силового трансформатора GS-1415. Мощность его около 25-26 Ватт. Считал по упрощённой формуле, о которой уже говорил здесь.

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.

Основа схемы управления – 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 своеобразный таймер, который включает реле на заданное время заряда – около 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.

В моей практике был случай, когда стабилитрон пробило, мультиметром он «звонился» как кусок провода. После его замены зарядка стала исправно работать. Для замены подойдёт любой стабилитрон на напряжение стабилизации 12V и мощностью 1 Ватт. Проверить стабилитрон на «пробой» можно также, как и обычный диод. О проверке диодов я уже рассказывал.

После ремонта нужно проверить работу устройства. Нажатием кнопки запускаем зарядку АКБ. Приблизительно через час зарядное устройство должно отключиться (засветится индикатор «Сеть» (зелёный). Вынимаем АКБ и делаем «контрольный» замер напряжения на её клеммах. АКБ должна быть заряженной.

Если же элементы печатной платы исправны и не вызывают подозрения, а включения режима заряда не происходит, то следует проверить термовыключатель SA1 (JDD-45 2A) в аккумуляторном блоке.

Схема достаточно примитивна и не вызывает проблем при диагностике неисправности и ремонте даже у начинающих радиолюбителей.

Источник

Простое зарядное для шуруповерта

После года эксплуатации емкость Ni-Cd батарей аккумуляторов двух шуруповёртов резко уменьшилась, а штатное зарядное устройство (ЗУ) не выдержало экспериментов самодеятельных дачных электриков (напряжение сети колебалось в интервале 165…270 В).

Как сделать простое зарядное устройство для шуруповерта своими руками

Вообще-то, штатное зарядное устройство для шуруповерта и при нормальном напряжении вело себя не совсем адекватно, сильно разогревалось, а окончание процесса зарядки установить было невозможно.

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

Ток зарядки определяет суммарная ёмкость конденсаторов С1 и С2 и составляет около 120 мА. Собственное потребление устройства — около 10 мА. Зарядное устройство для шуруповерта допускает значительные колебания напряжения питания, а режим короткого замыкания в цепи нагрузки ему не страшен. Переменный ток выпрямляет диодный мост VD1. Пороговое напряжение, до которого заряжается батарея, устанавливают подстроечными резисторами R9 (Ni-Cd) или R11 (Li-Ion).

Пока батарея не заряжена, ток зарядки протекает через диод VD2, транзисторы VT1 и VT2 закрыты. Светодиод HL1 светит, сигнализируя об этом процессе. При достижении порогового напряжения ток через параллельный стабилизатор напряжения на микросхеме DA1 (который работает как компаратор) резко увеличивается, поэтому последовательно открываются транзисторы VT2 и VT1. В результате ток зарядки протекает через транзистор VT1 и напряжение на нём уменьшается.

В результате светодиод HL1 гаснет, а диод VD2 закрывается, не давая батарее разряжаться. Цепь VD3R7 обеспечивает гистерезис переключения компаратора (примерно 1,8 В), так как после отключения зарядного тока происходит снижение напряжения на батарее. При включении зарядного устройства без подключённой батареи светодиод HL1 кратковременно вспыхивает (частота вспышек определяется ёмкостью конденсатора СЗ). Подобная картина наблюдается и при подключении неисправного аккумулятора с обрывом цепи или малой ёмкостью.

Большинство элементов смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 2. Применены постоянный резистор R1 МЛТ, С2-23, остальные — для поверхностного монтажа типоразмера 1206, конденсаторы С1, С2 использованы из компьютерного импульсного блока питания, можно применить аналогичные, рассчитанные для работы на переменном токе. Оксидный конденсатор СЗ — импортный или К50-6, К50-35. Транзистор IRFZ24N можно заменить транзистором IRFZ34N, IRFZ44N.

Терморезисторы RK1, RK2 можно заменить одним сопротивлением 10…30 Ом, диодный мост 2W10 можно заменить мостом DB107 или четырьмя диодами 1N4007. Такими же диодами можно заменить диоды SMA4007 и КД513А. Светодиод может быть маломощным любого свечения.
Плату размещают на дне пластмассового корпуса подходящего размера, на его верхней крышке сделано отверстие для светодиода, на боковых — отверстия для переключателя, сетевого провода и проводов для подключения аккумуляторной батареи.

Налаживание устройства заключается в установке требуемого порогового напряжения подстроечными резисторами R9 и R11. Вместо аккумулятора временно подключают конденсатор большой ёмкости (2000…5000 мкФ) и вольтметр. Регулировка производится по максимальному показанию вольтметра. Для Li-Ion батареи порог отключения — 16,5 В, так как предельно допустимое напряжение составляет 16,8 В или 4,2В на элемент, порог для Ni-Cd батареи — 15,2 В, так как предельно допустимое напряжение составляет 15,2 В или 1,52В на элемент.

Указанные пороги взяты из имеющейся практики, к сожалению, в различных источниках встречается значительный разброс данного параметра, очевидно, что причиной этому является влияние легирующих присадок и разные условия проведения измерений.

Виды аккумуляторов для шуруповерта

Например, для свинцовых аккумуляторов приведены данные [2] о требуемом напряжении 14,7В при температуре +25 °С, а батарея GP12-4.5-S начинает кипеть уже при 14,1 В, а у автомобильных аккумуляторов такого эффекта не наблюдается.

Можно заряжать и свинцовые аккумуляторы малой ёмкости. При этом пороговое напряжение — 14,2 В или то, что требуется для конкретного типа аккумулятора. Без изменения схемы можно увеличить зарядный ток в несколько раз соответствующим увеличением ёмкости конденсаторов С1 и С2 при соответствующей коррекции печатной платы.

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

Источник

Электрические схемы зарядного устройства для шуруповерта

«Народный» зарядник для шуруповёрта

Автор: arhimed2007, arhimed@ukr.net
Опубликовано 27.10.2015
Создано при помощи КотоРед.

Разъём был посажен в корпус посредством того же подпиливания дремелем, после чего плата легла как родная.

Источник

Зарядное устройство (зарядка) для шуруповерта и его схемы

Шуруповерт — инструмент, который есть почти у каждого домашнего мастера. Как и другие электрические приборы, он требует подключения к сети либо аккумулирует заряд. Наиболее распространен последний вариант. Для подпитки съемного аккумулятора нужно зарядное устройство. Обычно оно есть в наборе. Однако, как и любое другое устройство, зарядка для шуруповерта не застрахована от поломки. Чтобы восстановить работоспособность инструмента, придется приобрести замену или сделать его самостоятельно.

Существует множество зарядок, подходящих для определенных марок и моделей инструментов. Все их можно разбить на основные виды.

Аналоговые со встроенным блоком питания

Аналоговые со встроенным блоком питания — довольно востребованы. Это объясняется невысокой стоимостью. Обычно не относятся к профессиональному оборудованию, быстро выходят из строя и «не хватают звезд с неба». Минимальная задача, которую, как правило, ставят их производители — получить постоянное напряжение и токовую нагрузку, необходимую для работы.

Устройства работают по принципу стабилизатора. Можно сделать самостоятельно, используя приведенную схему. Для работы нужно запомнить:

Напряжение на выходе блока-зарядки — больше номинала батареи.
Подходит любой тип аккумулятора.
Можно использовать обычную монтажную плату.
Такие стабилизаторы применяют компенсационный принцип: ненужная энергия, тепло отводится. Для его рассеивания можно взять, например, медный радиатор. Площадь — 20 см².
Трансформатор на входе (Тр1) изменяет напряжение с 220 до 20 В. Его мощность определяется по току и напряжению на выходе.
Ток выпрямляется диодным мостом (VD1).
Можно позаимствовать решение производителей: сборку диодов Шоттки.
После выпрямления ток — пульсирующий, что вредно. Для сглаживания нужен электролитический конденсатор (С1).
В качестве стабилизатора идет КР142ЕН. Для 12 В ее индекс — 8Б.
Управление — на основе транзистора (VT2) и резисторов (подстроечных).
Автоматическое отключение после зарядки обычно не предусматривается. Придется самостоятельно определять необходимое время. Как вариант, можно использовать цепь, включающую диод (VD2), транзистор (VT1). После зарядки светодиод (HL1) тухнет. Есть и более серьезные варианты с коммутатором и электронным ключом, отключающиеся автоматически.

Если инструмент — бюджетный, схема его «родного» зарядника может быть проще. Неудивительно, что такие изделия быстро выходят из строя. Иногда без зарядки остается сравнительно новый шуруповерт. Используя рассмотренную выше схему, можно ответственно подойти к вопросу и устройство, скорее, прослужит дольше покупного. Подходящие трансформатор и стабилизатор определяются индивидуально для конкретного шуруповерта.

Источник