Десульфатация аккумулятора

Почему происходит сульфатация аккумулятора?

Если аккумуляторная батарея часто используется во время неполной зарядки, то постепенно она теряет емкость из-за такого явления, как сульфатация пластин, но что это такое и что значит для аккумулятора, знают не все. Рассмотрим химические реакции, протекающие в процессе сульфатации.

При эксплуатации на пластины аккумуляторов оседает сульфат свинца. Постепенная потеря заряда характеризуется такой химической реакцией: Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H2O. Это означает, что свинцовые пластины с оксидом свинца на поверхности вступают в контакт друг с другом, и в этой реакции участвует также серная кислота. В итоге образуется сульфат свинца, а также вода.

Во время подключения к «Вымпел 55» или другому зарядному устройству батареи реакция происходит с точностью до наоборот, и сульфат свинца исчезает, а плотность электролита повышается. Но не всегда до конца, он может так и остаться на пластинах, особенно если аккумулятор далеко не новый. Таким образом, полезная поверхность аккумулятора загрязняется и уменьшается. Сульфат свинца имеет плохую электропроводимость, и емкость сульфатированной АКБ уменьшается.

Из-за чего сульфатация может происходить быстрее и чаще:

  • автомобиль долго простаивает без использования;
  • аккумулятор редко заряжают от сети, таким образом уменьшая количество обратных реакций;
  • АКБ долго хранится в состоянии полной разрядки;
  • разрядка «в ноль» — современные кальциевые аккумуляторы таковы, что их электроды в этом случае покрываются сульфатом кальция и перестают заряжаться до конца;
  • наоборот, перезаряд аккумулятора — длительное поддержание аккумулятора подключенным к сети;
  • работа в «городском режиме» — частые запуски и короткие периоды в движении;
  • работа в «экстремальных» условиях — слишком низкой или слишком высокой (от +40оС) температуре воздуха.

Как определить, что пластины сульфатированы? В первую очередь это замечают, когда аккумулятор начинает терять емкость. Начав исследовать причины этого, можно обнаружить на пластинах АКБ специфический белый налет, по виду напоминающий снег. Другие признаки — нагрев пластин, кипение аккумулятора при зарядке раньше времени, слишком высокий потенциал на электродах. Все это означает, что наступило время для десульфатации — если, конечно, вы хотите избежать полной замены аккумулятора авто.

Производим десульфатацию без автосервиса

Человеку, плохо знакомому с химией, может прийти в голову идея долить серной кислоты в надежде «оживить» батарею. Но такие вещи нельзя делать ни в коем случае, так как при этом станет только хуже — потерявшие активность сульфатированные пластины уже не сработают так, как раньше, и в результате АКБ придется выбрасывать — на этот раз без возможности ее оживить.

Правильно и быстро произвести десульфатацию поможет аммиачный раствор Трилона Б. Другое его название — этилендиаминтетрауксуснокислый натрий. Как правило, Трилона Б содержится в этой смеси 2%, аммиака — 5%. Использование этого реактива идеально для правильного устранения сульфата свинца, но есть проблема — раздобыть раствор очень сложно, разве только обратившись в лабораторию. Тем не менее, опишем здесь этот способ.

Для начала нужно полностью зарядить аккумулятор и убрать (слить) из него электролит. После этого пару-тройку раз промойте АКБ дистиллированной водой. Затем залейте ее упомянутым аммиачным раствором и оставьте все в таком состоянии на час. Будьте готовы к тому, что начнут выделяться газы и брызги. Вы увидите, когда реакция с газовыделением прекратится, и тогда можно будет сливать раствор. Перед заливкой электролита обратно еще два раза произведите промывку устройства дистиллированной водой.

Десульфатация автомобильного аккумулятора электрическим током

Устранить сульфат свинца можно также при помощи электричества. Народные умельцы-автолюбители собирают собственные устройства для таких целей. В интернете легко находится схема и видео, как сделать их из ЗУ, используя трансформатор и выпрямитель. Основой является импульсный ток, который приводит в действие электроны, удаляющие с поверхности пластин все «ненужное». Но для правильной сборки таких инструментов нужно быть хоть чуть-чуть электриком и разбираться в этой сфере. В противном случае, не зная всех тонкостей, можно даже случайно уменьшить емкость АКБ. Поэтому данные способы мы здесь описывать не будем.

Использовать электроток для избавления аккумуляторов от сульфата свинца можно и без собирания сложных устройств. Не нужно особых навыков — только время, работающую домашнюю розетку и ареометр, чтобы он снимал показания плотности.

Извлеките аккумулятор из авто и измерьте плотность электролита в каждой из банок. Подключите провода от зарядного устройства (например, «Вымпел 55») к соответствующим полюсам аккумуляторной батареи. Ток необходимо поставить 0,04 от емкости АКБ. Обычно это будет 2,4 А. Напряжение ставьте 14 В. 8 часов заряжайте ваш аккумулятор, затем отключите его на 12-14 часов, чтобы концентрация электролита стала равномерной.

Повторите операцию от трех до пяти раз, в зависимости от наличия времени и степени сульфатации. Затем осмотрите пластины и измерьте плотность электролита. Белый налет должен уменьшиться, а плотность — увеличиться.

Если у вас есть возможность оставить авто без аккумулятора на длительное время, можно использовать еще один способ борьбы с сульфатом свинца, для которого потребуется «Вымпел 55» или другой зарядник.

Сначала просто зарядите аккумулятор полностью, как вы обычно это делаете. Затем слейте электролит и залейте дистиллированную воду. В таком виде подключите его к «Вымпел 55» на напряжении 14 В. Должно быть выделение газов, но слабое. Если же оно сильное, то надо понемногу снижать напряжение до достижения нужного эффекта.

Придется оставить его так на 10-14 дней. После этого возьмите ареометр и измерьте плотность воды. За это время она должна стать электролитом слабой концентрации. Снова замените его дистиллированной водой и повторите длительный процесс зарядки. После второго раза, если плотность воды мало изменилась, можно считать снятие сульфата свинца законченным, сливать воду, заливать электролит и заряжать до рабочего состояния.

После того, как вы с помощью вышеописанных способов уберете сульфат свинца с АКБ, то есть будет произведена десульфатация, то наверняка задумаетесь, что проще было бы свести к минимуму сульфатацию в будущем.

Как ее предотвратить:

  • регулярно проверяйте плотность электролита ареометром, а также его количество в банках;
  • не оставляйте автомобиль в мороз на улице или неотапливаемой парковке;
  • ток при зарядке должен быть не выше 1/10 от емкости аккумулятора, этот параметр легко выставить на ЗУ «Вымпел 55», как и на любом другом.

Соблюдая правила эксплуатации, вовремя занимаясь обслуживанием аккумулятора можно существенно продлить его срок службы.

Что такое сульфатация пластин аккумулятора

Сульфатацией называются процессы, приводящие к покрытию пластин батареи сернокислым свинцом, происходящие в процессе разряда источника питания.

Электролит в АКБ состоит из двух составляющих: дистиллированной воды и серной кислоты. В процессе зарядки расходуется вода, а пластины покрывают свинец (минусовая) и окись свинца (плюсовая). При обратном процессе (разрядке) расходуется уже кислота, а пластины покрываются сульфатом свинца.

Сульфат свинца на пластинах новых аккумуляторов никак не влияет на их работоспособность, ведь естественные циклы разрядки и подзарядки сопровождаются и химическими реакциями в результате которых образуются небольшие отложения молекул. Однако, в случае нештатных ситуаций, молекулы преобразовываются в кристаллы, вырастая и зачехляя пластины, нарушая их нормальное функционирование. Это происходит из-за уменьшения рабочей площади элемента устройства, как следствие это приводит к снижению емкости батареи.

Небольшие кристаллы, которые образуются при незначительной разрядке растворяются. Большие же кристаллы, появляющиеся при нулевом заряде, уже не могут расщепиться и остаются на пластинах даже при максимальном заряде устройства.

Причины сульфатации аккумуляторной батареи

Как уже было отмечено, причинами сульфатации батареи могут служить множество факторов. Основными являются следующие:

  • Сильная разрядка. При падении заряда до минимальной отметки пагубные процессы практически неизбежны. Последствия приобретают катастрофический характер уже после двух-трех сильнейших разрядов.
  • Холодное время года. Стоит отговориться, что АКБ не боится морозов как таковых. Однако, при минусовых температурах и незначительной продолжительности поездок батарея не успевает нагреться. Это приводит к тому, что ухудшается качество подзарядки устройства, а энергии на завод двигателя транспортного средства зимой требуется намного больше. Эти приводит к образованию налета на пластинах.
  • Жара. Удивляться тому, что жара вредит автомобильному аккумулятору не стоит. Подкапотное пространство ограничено и заполнено практически под завязку различными агрегатами. В таких условиях и при жаркой погоде температура вокруг АКБ возрастает до семидесяти градусов, что ускоряет сульфатацию.
  • Добавление в электролит концентрированной кислоты, а также «концентрата» электролита приводит к тем же последствиям, что и воздействие на аккумулятор высоких температур.
  • Хранение в разряженном состоянии. Так как пластины обрастают кристаллами вследствие сильной разрядки, хранить «посаженую» батарею на протяжении длительного периода времени нельзя. Многие автомобилисты грешат этим и, поставив автомобиль на стоянку, несут домой разряженный аккумулятор, где он стоит больше полугода. Если по прошествии двенадцати месяцев замерить заряд аккумулятора, то он покажет менее сорока процентов от первоначального своего значения.

Как устранить сульфатацию

Устранение сульфатации максимально эффективно, если владелец авто вовремя определил нежелательные процессы. Как же это сделать? Для начала нужно осмотреть аккумулятор. Если у него имеются крышки банок, то он обслуживаемый и их нужно просто вывернуть, чтобы заглянуть внутрь. В случае наличия на пластинах отложений, автолюбитель обязательно их заметит, ведь контраст между чистыми ярко-серым свинцом и белыми кристаллами разительный.

В том случае, если аккумулятор необслуживаемый, то выявить проблемы можно по косвенным признакам. Снижение функциональности устройства, сильное кипение электролита и быстрый разряд, свидетельствует о том, что нужно принимать меры. Кроме того, важно обратить внимание на емкость, она не должна резко снижаться.

Процедура по нейтрализации сульфатации называют десульфатацией. Ее можно осуществлять как с помощью химических веществ, так и тока. Первый метод не пользуется популярностью ввиду его трудоемкости и необходимости привлечения высококвалифицированных специалистов, а вот током аккумуляторы «лечат» многие.

Высокая амплитуда импульсного тока возбуждает электроны на поверхности пластины. Отложения сульфата свинца от такого воздействия убираются. Для проведения подобной процедуры необходимо специальное устройство, которое может быть изготовлено, как в кустарных условиях, так и куплено в магазине. Стоимость последних очень высока, что делает их покупку нецелесообразной, особенно на последней стации сульфатации батареи.

Важно! Высокоамплитудный ток может сбить активную массу АКБ, что только снизит емкость устройства.

Безопасным, но более длительным методом разбития сульфатации является многократная зарядка батареи малым током. Все, что потребуется – зарядное устройство с предусмотренными регулировками. Ток выставляется на отметке четырех сотых от базовой емкости аккумулятора. Зарядка производится на протяжении десяти часов при напряжении 14 вольт. После двенадцатичасовой передышки процедура повторяется как минимум три раза. Каждый цикл увеличивает плотность и чистит пластины.

Можно воспользоваться еще более времязатратным способом. Сначала необходимо зарядить АКБ обычным способом, а затем, слив электролит, залить в банки дистиллированную воду и заряжать устройство на протяжении двух недель. После этого проверяется плотность электролита. За счет разложения налета на пластинах, дистиллированная вода превращается в электролит с низким содержанием кислоты. Его опять нужно слить и повторит процедуру. Восстановлением можно считать незначительное изменение показателя плотности после зарядки. Завершающим этапом становится заправка батареи электролитом и его зарядка при нормальных условиях.

Что такое десульфатация аккумулятора автомобиля?

Сульфатация — это когда пластины автомобильного аккумулятора покрываются свинцовым налетом. Сульфатация приводит к снижению емкости батареи и к невозможности извлечения достаточного для зажигания количества тока. Процесс восстановления включает в себя дезинтеграцию образовавшегося на решетках наслоения и возврат атомов свинца. Происходит чистка пластин от образовавшегося на них сульфата свинца.

Отложение солей — обычный процесс. Образование налета на пластинах возникает из-за химической реакции. Из одного электрода вырываются атомы, а на другом происходит концентрация солей. Десульфатирование разбивает атомы соли и возвращает состав электролита в начальное состояние. Утраченные атомы возвращаются обратно на электрод. Полностью вернуть все утраченные элементы не получится: со временем электроды начинают рыхлеть, на них образуются кристаллики соли, которые уже не могут быть разбиты в ходе восстановления. Но все же при качественном уходе такие батареи смогут прослужить еще несколько лет.

Солевые отложения препятствуют проникновению электролита к пластинам, что приводит к снижению качества заряда. Когда снижение емкости достигнет критического уровня, мотор перестанет заводиться.

Признаки сульфатации:

  1. Аккумулятор заряжен на 100%, но двигатель не заводится.
  2. Наметилось снижение емкости.
  3. Плотность электролита стала ниже номинальной.
  4. Во время зарядки банки закипают почти сразу.
  5. Зарядка и разрядка происходят слишком быстро.

Но основной признак сульфатирования — появление налета. Серое наслоение покрывает всю площадь пластин. Его можно увидеть далеко не на всех АКБ, а только на тех, что оборудованы съемной крышкой. Полностью запаянные АКБ можно только распилить, но делать это не рекомендуется.

Способы десульфатации пластин

Если при диагностике установлено, что причина поломки — в сульфатации, можно начинать восстановление. Способов несколько.

Механическая очистка

Это наименее эффективный способ, к плюсам которого относят безопасность. К этому методу прибегают, если не останется иного выхода. Способ непростой, требует определенных навыков. Аккумуляторную батарею разрезаем, извлекаем из неё пластины. Затем пакетники пластин разбираем, чтобы счистить образовавшийся на них налет.

После этого к батарее возвращается работоспособность. АКБ собираем вновь, заливаем в нее электролит и заряжаем. Эти работы лучше проводить в резиновых перчатках и защитных очках.

Для EFB АКБ этот способ применить не получится, так как электродные группы в них запаяны в сепаратор, предотвращающий осыпание пластин. Конструкция подразумевает наличие разницы плотности электролита в сепараторе и банке — это делает механическую десульфатацию аккумулятора невозможной. Кстати, неаккуратность может привести к полной поломке батареи.

Химические присадки

В электролит вводятся химические присадки. Они разрушают сульфат кальция. Присадки должны замедлять процесс образования налета на электродах. Есть много присадок, но самым большим спросом у водителей пользуется «Трилон-Б». Этот раствор по-разному действует на различные виды АКБ и не всегда даёт результат.

Производители некоторых АКБ наносят на пластины специальную пасту, которая должна увеличить срок службы агрегата. В такие батареи присадки лучше не добавлять, так как их химический состав постепенно разрушит защитный слой.

Электрохимический способ

Применяют устройство, проводящее через электролит ток с завышенными показателями. Это приводит к постепенной нейтрализации кальциевых солей. Растворяясь, они повышают плотность электролита, доводя показатели АКБ до нормы.

Зарядным устройством

Десульфатация АКБ может быть выполнена зарядником, который продается в любом специализированном магазине. Зарядное устройство очищает пластины от кальция. Это современный и самый эффективный способ. Десульфатор дорогой, поэтому использовать его не всегда целесообразно, однако процедура проверки пластин с ним серьезно упрощается. Все просто: берем АКБ, к ней подключаем зарядную станцию и запускаем процесс десульфатации, который продлится несколько дней.

Схема работы станции проста: батарея получает необходимое напряжение для заряда, потом разряжается. По завершении работ зарядная станция показывает, на сколько емкость АКБ была восстановлена.
Такой процесс десульфатации требует постоянного контроля. Важно обеспечить такие условия:

  1. Процедуру производить в проветриваемом помещении.
  2. При подключении батареи к заряднику сила выставляемого тока — 0,8-1 А, напряжение — 13,9-14,3 В.
  3. АКБ отключается от зарядника и выдерживается в течение 24 часов. Затем процедура повторяется.
  4. После повторения процедуры параметры батареи меняются. Электролит получает плотность 1,12 г/куб. см, напряжение доходит до 12,8 В. Это говорит о запуске процесса десульфатации.
  5. Батарея разряжается до 9 вольт. Процесс разрядки нужно контролировать, так как остаточное напряжение не должно упасть ниже отметки 9 В.

Потом эти действия повторяют вновь, что в результате приводит к повышению плотности электролита до 1,16 г/куб. см. Длиться работы могут до 14 дней. Аккумулятор при этом восстанавливает свою работоспособность на 80%.

Десульфатизация — обратный сульфатации процесс, при котором повышаются плотность электролита и напряжение на клеммах батареи. Эту процедуру можно проводить и самостоятельно, но все же привлечь специалиста рекомендуется. Автолюбителю важно помнить и о том, что необслуживаемый аккумулятор долго работать не будет.

DjMaN93 ›
Блог ›
Правильное зарядное устройство для аккумуляторов с десульфатацией (DIY)

Категорически приветствую всех читателей!

Написать данную статью меня побудили несколько факторов: борьба с потенциальным алкоголизмом, желание несколько упорядочить «кашу» из накопившейся информации и, конечно, большое желание помочь единомышленникам.

В конечном итоге мы получим зарядное устройство с линейной характеристикой выходного тока. Это означает, что зарядка будет происходить в два этапа — постоянным заданным вручную током до набора заданного напряжения, затем постоянным заданным напряжением. При этом выходной ток будет плавно снижаться вплоть до нуля, когда заряд будет полностью окончен. Это самый правильный способ зарядки.

Также мы добавим режим десульфатации аккумуляторной батареи. Такой функцией обладают некоторые заводские зарядные устройства, например, Кедр-Авто 10. Такой зарядник у меня так же имеется, и его режим работы мне не очень нравится: во-первых, он не производит должным образом зарядку постоянным напряжением, а просто падает в дозарядку малым током. Окончания зарядки придется ждать очень долго; во-вторых, в интересующем нас режиме «Цикл» максимальное напряжение целенаправленно увеличено до 15,5 вольт, чтобы устройство не отключалось. Это в конечном итоге приведёт к перезаряду аккумулятора. Использованная у меня реализация лишена этих недостатков.

Ключевые моменты статьи для удобства восприятия и навигации я выделил полужирным шрифтом.

Лирика: данный текст ориентирован на начинающих радиолюбителей, подобных мне самому. Собственно, я сам почти год назад не держал в руках паяльник, пока не набрёл на статью Андрея Голубева про изготовление лабораторного блока питания из компьютерного БП. Не имея четкого представления, зачем он мне впоследствии пригодится, я поставил себе задачу во что бы то не стало разобраться и сделать себе такое устройство. И это мне удалось. Выражаю огромную человеческую благодарность Андрею и Юрию Вячеславовичу за посильную помощь в моих начинаниях. Много крови я у них выпил. Я не повторяю статью Андрея, но постараюсь ключевые моменты переделки раскрыть более подробно, останавливаясь на моментах, которые вызывали у меня много вопросов. Прошу воспринимать данный материал как отчет о проделанной работе. Чтобы понимать, о чем я вообще говорю, вам необходимо изучить вышеупомянутые статьи.

Многие здесь и сейчас присутствующие знают, что я человек расчетливый, и не ищущий легких путей. И недавно, промывая подкапотку любимого авто от месячной пыли, обнаружил недобро косящийся на меня красный глаз индикатора плотности в банке аккумуляторной батареи. В связи с никак не радующими глаз ценами на аккумуляторы, да и что угодно в наше время, в принципе, решил, что не стоит оставлять без внимания такой важный элемент автомобиля, как аккумуляторная батарея, пробуждающая 6 цилиндров в сибирские морозы. Готовь сани летом, как говорится. А с другой стороны, не кошерно таскать в гараж лабораторный блок питания, в который вложил душу.

А что нам стоит дом построить?

За период создания вышеупомянутого лабораторника у меня скопилось достаточной количество барахла, которое можно превратить в объект обсуждения – аккумуляторное зарядное устройство.
По сути, это тот же лабораторный блок питания, но с некоторыми ограничениями – минимальное напряжение на выходе равно 14,4В, максимальное 16В, блок питания не стартует без подключенного к выходным клеммам аккумулятора и имеет защиту от переполюсовки. В штатном режиме регулятор напряжения всегда в крайнем левом положении, и напряжение на выходе равно 14,4В. Повышенное напряжение используется для «пинка» запущенным аккумуляторам.

Суть зарядного устройства: обеспечить стабилизированное напряжение 14,4 вольта и заданный ограниченный ток. Проще говоря, в начале процесса зарядки ток будет максимальным, заданным реостатом. По мере заряда батареи, собственное напряжение аккумулятора будет расти. В конце концов, когда напряжение аккумулятора станет 14,4 вольта, блок питания перейдет в режим стабилизации напряжения и станет постепенно снижать ток до нуля. В таком состоянии аккумулятор может находиться сколь угодно долго, и ничего плохого с ним не произойдет.

Мне по вышеупомянутой причине сия поделка обошлась в 0 рублей и 0 копеек, если же все комплектующие покупать поштучно, бюджет может подрасти до 1000 рублей, где большую часть занимают вольтамперметры. От момента задумки до реализации прошла неделя. Делал в основном вечерами, но пару дней посвятил процессу полностью.

На этом описательно-вступительную часть предлагаю считать оконченной и перейти к самому интересному.
Достался в виде трупа блок питания ATX:

Видно следы отвратительного ремонта: силовые ключи и диодные сборки вообще не прикручены к радиаторам. Схема очень схожа с этой:

Что имеем: наша любимая микросхема ШИМ-контроллер TL494; защита, формирование сигнала Power_Good, цепь включения-отключения блока питания PS_ON – на микросхеме LM339. Очень хорошая схема для переделки.

В принципе, все блоки на базе микросхемы TL494 построены одинаково – различия лишь в номиналах компонентов и вариациях схемы защиты. В остальном всё однотипно.

Я поставил себе задачу максимально упростить схему блока питания, дабы во-первых самому не путаться, во вторых иметь возможность удобного монтажа вспомогательных цепей, ну и в третьих – человек я такой, педантичный, не люблю ненужных деталей. Схему блока питания я сократил до такого вида (номиналы и обозначения не стал менять, их вы найдете в статье Андрея):

Цепь PS_ON я сначала удалять не стал, дабы использовать ее впоследствии как выключатель блока питания, однако не учёл, что эта схема работает как триггер. В итоге, схема была удалена.

В итоге плата после стадии разрушения и удаления ненужных цепей выглядела так:

Дежурный источник питания я удалил с корнями, чтобы не занимал драгоценное место на плате, для аккумуляторного зарядника он абсолютно не пригодится, убрал схемы Power_Good и PS_ON, мониторинг выходных напряжений от цепи защиты, отвязал 16 вывод TL494 от схемы защиты, высвободил 1,2, 15, 16 выводы, цепи вторичных выпрямителей полностью выпаял и организовал одну на месте 5-вольтовой, отрезав при этом дорожки от пятивольтовой обмотки трансформатора и припаяв к 12-вольтовой:

Можно сказать, что этот блок принял вариацию АТ блока питания – был удален +3,3В выпрямитель со всеми остальными, схема PS_ON и дежурный источник питания. Есть одно «но»: в АТХ блоке питания для запитки ШИМ используется выход нестабилизированного напряжения с отдельной обмотки дежурного источника питания, за счет этого и запускается блок питания. В АТ БП никакой дежурки нет, поэтому реализован «автозапуск» инвертора: добавлены резисторы с большим сопротивлением между Б-К мощных транзисторов. Это провоцирует приоткрытие последних, что за короткий импульс позволяет набрать на выходе достаточное напряжение, и ШИМ будет питаться уже от выходного напряжения. Следует заметить, что для тестирования блока питания без аккумулятора на выходе такой вариант не годится – я сам столкнулся с этой проблемой – на холостом ходу блок замечательно работал, а при добавлении нагрузки начинал трещать, роняя напряжение. Я сразу сообразил с чем это связано: при подключении нагрузки блок падает в режим стабилизации тока, роняя напряжение по закону Ома. В моем случае это были пара вольт. От такого напряжения ШИМ не будет работать, и прыгнет в автогенерацию, получит импульс, затем снова заглохнет от нагрузки, и далее по кругу. Поэтому, если вы собираетесь делать зарядное устройство из АТ блока питания – уберите резисторы между Б-К силовых ключей и при испытаниях подавайте на ШИМ внешнее питание от 10 до 30 вольт.

Цепь питания микросхемы заведена через диод и резистор на выход вторичного выпрямителя, таким образом, при подключении аккумулятора будет стартовать блок питания. А при положении тумблера в выключенном состоянии мы увидим на дисплее текущее напряжение на аккумуляторе. Побочный эффект — загудит вентилятор охлаждения при наличии аккумулятора на выходных клеммах. От этого можно было бы избавиться, запитав вентилятор от сохраненного дежурного источника питания, либо от пятивольтовой обмотки трансформатора через диодную сборку от 12в обмотки. Мне было лень переделывать.

А теперь давайте разберемся, как заставить блок питания выдавать необходимые нам параметры.
Микросхема TL494 хороша тем, что имеет на борту два усилителя ошибки, работающих по ИЛИ, один из которых либо не используется, либо завязан на схему защиты. Чтобы получить на выходе то или иное значение, предлагаю рассмотреть схему управления. Я взял за основу схему управления Андрея и переделал ее под свои требования.

Предел выходного значения напряжения, либо тока будет соответствовать максимальному напряжению 5В на входах компараторов TL494 (выводы 1, 2, 15, 16)

Итак, нам нужно, чтобы максимальное напряжение было 16 вольт.

Усилители в цепи регулировки напряжения и тока в данной схеме управления включены по дифференциальной схеме.

Рассмотрим усилитель в цепи регулировки напряжения:

Для точной работы дифференциального усилителя необходимо сохранять равенство сопротивлений R1, R3 и R2, R4 в парах.
Зададим R1 = R3 = 4,9 кОм. Можно задать и другую пару резисторов — это не принципиально.

Uвых = Uвх*(Rос/R1), где
R1 — искомые сопротивления (R2, R4 в схеме)
Rос = 4,9 кОм — парные резисторы R1, R3 в схеме
Uвых = 5 вольт — максимальное напряжение на входе компаратора TL494
Uвх = 16 вольт — максимальное выходное напряжение блока питания.

Значит, коэффициент усиления будет равен К = Uвых/Uвх = 5/16 = 0,3125
Соответственно R1 = Rос/К = 4900/0,3125 = 15680 Ом = 15,7 кОм.

Таким образом, на 1 вход TL494 уходит 5В при выходном напряжении 16 вольт. Компаратор стремится сравнять напряжения на своих входах, поэтому на 2 входе для достижения 16 вольт должно быть так же 5 вольт. При уменьшении этого напряжения, пропорционально начнет спадать и напряжение на выходе вторичного выпрямителя, откуда берет свое напряжение наш 10 вход LM2902. Соответственно, регулировку напряжения будем осуществлять, поставив потенциометр 10 кОм между 14 и 2 выводами микросхемы. Чтобы ограничить минимальный порог регулировки напряжения на 14,4 вольтах, рассчитаем необходимое для этого напряжение на 2 выводе TL494: U = 5/16*14,4 = 4,5В.

Значит, нам нужно иметь делитель напряжения на 2 выводе, который не даст напряжению опуститься ниже данного значения. Считаем делитель: в минимальном положении потенциометра верхнее плечо будет равно 10 кОм, тогда, нижнее должно быть 90,9 кОм. Добавляем к потенциометру резистор R15 нужного номинала. Тем самым, мы ограничим диапазон регулировки напряжения на 14,4-16В.

Теперь поговорим о регулировке выходного тока. В лабораторном блоке питания Андрея реализована регулировка напряжения с учётом падения напряжения на шунте. На самом деле, это совсем крошечная нестабильность выходного напряжения в зависимости от нагрузки (при данном шунте — 0,03В при 20А), и для зарядки аккумуляторов вообще не играет никакой роли. По сути, можно просто собрать два делителя на 1 и 2 вывод TL494, а ограничением тока занять всего один операционный усилитель. Мне просто захотелось сделать всё идеально, поэтому моя схема управления аналогична схеме Андрея. Используется второй операционный усилитель DA1.2, включенный так же по дифференциальной схеме. Обратите внимание: R2 в цепи регулировки напряжения подключен после шунта. Это позволит измерить падение напряжения на шунте и проводах, которое потом учтёт ОУ в цепи регулировки напряжения, и напряжение останется стабильным.

Произведём расчет для некоторого шунта с обозначением 50А и 75 мВ: нетрудно догадаться, что это падение напряжения в 0,075В при токе в 50А.

Итак, нам нужно задать предел регулировки тока. Я оставил 10 ампер, хотя мой блок в состоянии выдать больше. Со вторым компаратором принцип тот же – для получения максимального заданного значения необходимо уравнять напряжения на 15 и 16 выводах. Соответственно, задаем наш предел в 10А:

Uвых = Uвх*(Rос/R1), где
R1 — искомое сопротивление (R6, R8 в схеме)
Rос = 20 кОм — парные резисторы R5, R7 в схеме
Uвых = 5 вольт — максимальное напряжение на входе компаратора TL494
Uвх — падение напряжения на шунте под заданным максимальным током.

Считаем Uвх:
— Сопротивление шунта 0,075В 50А Rш = U/I = 0,075/50 = 0,0015 Ом
— При заданном максимальном токе 10А на шунте будет падать Uвх = Rш*I = 0,0015*10 = 0,015В
Значит, коэффициент усиления будет равен К = Uвых/Uвх = 5/0,015 = 333,3
Соответственно R1 = Rос/К = 20000/333,3 = 60 Ом.

Для полного понимания вышесказанного рекомендую ознакомиться с этой статьей.

На 15 вывод аналогично подключаем реостат и резистором R16 задаем нижний порог регулировки тока 100 мА. Когда аккумулятор окончательно зарядится, блок питания перейдет на режим холостого хода, поддерживая данное состояние батареи.

На третьем ОУ делаем индикацию режима стабилизации напряжения: так как компараторы TL494 работают по ИЛИ, то ограничиваться у нас будет либо ток, либо напряжение – в зависимости от того, что наступит раньше – напряжение достигнет заданного, или же ток. Поэтому, мы соединяем неинвертирующий вход DA1.3 с 1 выводом TL494, а инвертирующий – с 16 выводом, а на выход подключаем непосредственно индикатор. Таким образом, когда напряжение на 1 выводе больше, чем на 16 – на выход ОУ поступает сигнал. Загоревшийся светодиод будет говорить о достижении выставленного напряжения на аккумуляторе. В этом режиме «дозарядки» ток снижается, не давая превысить выставленное напряжение. Окончанием заряда следует считать остановку повышения плотности электролита, но в целом – чем меньше зарядный ток, тем лучше. Полезно подержать аккумулятор в этом режиме несколько дней – будет происходить десульфатация пластин малым током.

Это всё, что я хотел рассказать о схеме управления и принципе её работы.

Изготавливая плату схемы управления, я решил не ломать голову и пойти по пути наименьшего сопротивления, сделав её на отдельной плате (даже двух).

Плата с регуляторами тока и напряжения прикручивается непосредственно к передней стенке блока питания и служит шасси для самих регуляторов и выходных клемм. Вторая плата схемы управления припаяна к основной плате блока питания через 4 ножки по периметру на высвободившееся место бывшего дежурного источника питания.

Печатные платы в SL5

Что касается дросселей – я намотал первый дроссель на 27 мм сердечнике в два слоя сложенной вдвое эмалью 1,05 мм, число витков — 30. В сумме это 1,74 мм² сечение, позволяющее пропускать 10А. Второй дроссель рекомендую использовать от бывшего пятивольтового фильтра: оптимально 10 витков на ферритовом стержне.

Питание на выходные клеммы поступает через две пары проводов сечением 18AWG, что в сумме дает сечение 1,6 мм², позволяющее пропускать ток «почти» 10 ампер. Во-первых, сечение получается не 1,6, а чуть больше, а во вторых длина проводов минимальна. Так что пока не буду добавлять третий провод, к тому же нет у меня аккумуляторов, активно поедающих 10 ампер. Зато выходные двухметровые «крокодилы» распаял на трех аналогичных проводах.

Вентилятор в моем варианте блока питания работает от выходного напряжения через интегральный стабилизатор LM7812. Я установил его на радиатор выпрямительных диодов в освободившееся место. Важно обеспечить изоляцию корпусов LM7812 и диодных сборок от радиатора, так как при контакте будет короткое замыкание — на среднем выводе LM7812 — земля!

Здесь же видно способ крепления шунта. В связи с ограниченным местом внутри корпуса БП АТХ, места под него ну совсем не осталось. Поэтому пришлось выдумать нехитрое крепление: от удачно расположенной микросхемы LM339 я выпаял целиком всю вторую сторону, что позволило мне наглым образом вкрутить сквозь плату болт и с помощью двух гаек на нужной высоте зафиксировать шунт. С другой стороны шунт поджимают выходные минусовые провода, которые подходят как раз к нему.

Готовый вид:

А теперь интересное дополнение к этому блоку питания: режим десульфатации. По сути, это простая реализация этого способа, выполненного стационарно, но с некоторыми доработками. Остановимся на них подробнее.

Во-первых, реле поворотов я использовал другой модели: 644.3777. Лампочку в его нагрузку я не ставил — не вижу в ней никакого смысла.

Оно реализовано несколько иначе. Замена конденсатора на 1000 мкФ дала мне увеличение времени задержки замыкания-размыкания до 6 секунд, этого было конечно же мало. Желания городить конденсаторы еще больше у меня не было, срисовав схему печатной платы, стало ясно, что изменять. Были заменены резисторы R2 с 1 кОм на 4,7 кОм и R3 с 7,5 кОм на 20 кОм. Теперь реле разомкнуто 20 секунд и замкнуто 10 секунд. Отлично!

Во-вторых, столкнулся с проблемой: на реле-прерыватель при отсутствии аккумулятора на выходе продолжает поступать питание от выхода БП через нормально замкнутые контакты пятиконтактного реле. После первого срабатывания наступит коллапс, т.к. контакт разомкнется, и реле начнет трещать. Пришлось добавить небольшое третье реле, выдернутое из японского блока навигации, которое будет коммутировать между собой левый контакт реле-прерывателя и верхний контакт пятиконтактного реле. Таким образом, пока на специальном плюсовом разъеме для циклового режима не появится аккумулятор, на питание реле-прерывателя не пойдет питание. Это нам и нужно!

Полный размерВпихнул невпихуемое =)

При подключении аккумулятора к основному разъему будет идти обычная зарядка, при подключении к дополнительному разъему — цикловая. В цикловом режиме необходимо выставить зарядный ток, приблизительно равный току, протекающему через нагрузку.

Внимательные читатели заметят бездействующий светодиод режима дозарядки. Это мой косяк плотного монтажа, повредил подводящий провод. Исправлю.

Следует добавить, что при целевом использовании получившегося прибора крайне желательно реализовать защиту от переполюсовки, иначе ваш блок потерпит катастрофу.

Можно использовать, например, такую схему:

Полезные ссылки:

Лабораторный блок питания из компьютерного БП
Операционный усилитель – это просто!
Дифференциальный усилитель
Делитель напряжения
Выбор сечения провода
Дроссели индуктивности

Не держите в секрете от друзей!