Ładowarka akumulatorowa na NE555

Cześć,

Na forum spotkałem masę schematów wszelakich ładowarek akumulatorowych, jedne lepsze drugie mniej, są bardziej skomplikowane i mniej skomplikowane aczkolwiek nie znalazłem żadnego opartego na jakimś popularnym scalaku złożony z garstki elementów.
Na zagranicznym forum znalazłem schemat ładowarki na NE555 z progiem wyłączenia i włączenia ładowania aczkolwiek w tym przypadku chciałem wyrzucić dwa rezystory dużej mocy odpowiedzialne za ograniczenie prądu ładowania i zastosować układ z regulacją bezpośrednio na NE555.
Byłbym wdzięczny gdyby ktoś zerknął na modyfikację układu (dołożony górny człon z R6) i ewentualnie poprawił o ile mój zamysł jest poprawny.

Oryginał:

Po pierwsze napisz jakiego typu akumulator chcesz ładować.

Moze dla inspiracji podesle cos takiego:
http://www.mdpub.com/555Controller/

Coś w tym układzie (pierwszym z #1) zostało pomylone i on nie powinien działać. Niestety bez informacji od jego autora ciężko dojść, o co mu chodziło. Układ opisany w linku z #3 nie ma tego błędu układu z #1, ale mam wątpliwości co do osiągalnej dokładności jego działania, a poza tym wymaga on precyzyjnych potencjometrów, mają duży zakres regulacji, a trzeba trafić z dużą dokładnością.

Schemat z #1 postu pochodzi z tej strony:
http://www.circuitsgallery.com/2013/04/automatic-battery-charger-controller.html
aczkolwiek brakuje mi w nim regulacji prądu ładowania. Potrzebuję układu o prądzie ładowania maksymalnie do 10A.

Prąd ładowania ograniczają te dwa oporniki 10 om/10 W. Ale lepsze są do tego żarówki, bo prąd opornika jest proporcjonalny do napięcia, a prąd żarówki przy wzroście napięcia rośnie dużo wolniej - w rezultacie z opornikami prąd jest proporcjonalny do różnicy napięć transformatora i akumulatora, a z żarówką prawie nie zależy od nich. Regulacja prądu ładowania jest dość trudna do uruchomienia, więc raczej nie dla początkującego. Można zastosować kilka-kilkanaście żarówek i wkręcać odpowiednią ilość.

Niestety autor tego układu błędnie go zaprojektował i układ nie będzie działać prawidłowo - przede wszystkim wejście przez cały czas dostaje potencjał wyższy, niż CV, więc ten komparator zawsze będzie "udawał", że napięcie na akumulatorze jest za wysokie. Drugi komparator, który ma włączyć ładowanie, gdy napięcie akumulatora jest za niskie, ma wyższy priorytet i będzie działał, więc włączy na chwilę, podładuje akumulator do określonego napięcia, wyłączy... i będzie ciągłe stukanie przekaźnika.

Układ ten z linka postu #5 opisany jest jako ładowarka do akumulatorów 12 V.
Ładowarka ta ma przerwać ładowanie przy 13,8 V, co jest błędem, ponieważ jest to napięcie ładowania buforowego i akumulator powinien pozostawać pod takim napięciem dłuższy czas, aby się naładował.
Cały pomysł z takim ładowaniem akumulatorów kwasowych jest delikatnie mówiąc chybiony, a przynajmniej nie przy takim napięciu.

Więc czy w tym przypadku jest możliwość niedużym nakładem elementów zrobić takową ładowarkę z regulacją prądu ładowania? Bo jeśli nie na NE555 to zainteresuję się innym popularnym scalakiem typu LM358.

kwazar - Tam jest taki problem, że sam konstruktor tej ładowarki nie rozumie, co zrobił źle i dlaczego nie może działać tak, jak on uważa.

@bearq - Jak ma być regulacja prądu ładowania, to układem całkowicie odrębnym od NE555 - on nie jest przeznaczony do robienia ładowarek! A poza tym, to najpierw wypada pomyśleć, jak ona ma działać, a potem, na czym ją zrobić - a ty chyba kombinujesz, jak zrobić na określonym scalaku, co jest stawianiem sprawy na głowie.

W tej ładowarce będzie spora moc - prąd 10 A, napięcie końcowe na akumulatorze to 14.4 V - potrzebna jest moc 150 W; podczas ładowania spora część tej mocy będzie gdzieś się wydzielać (zwykle na elemencie regulującym prąd) i warto pomyśleć, gdzie ma się wydzielać i co zrobić z powstającym ciepłem. Raczej unika się tracenia tej mocy w tranzystorze, bo byłby do niego potrzebny spory radiator. Można zrobić regulację fazową na tyrystorze, wtedy trochę będzie się grzał tyrystor (powiedzmy, że przy 10 A będzie miał napięcie przewodzenia 1.5 V, to będzie 15 W), a trochę opornik, przez który będzie płynąć prąd, trochę transformator (niestety regulacja fazowa zwiększa nagrzewanie się transformatora), odrobinę przewody... ale ciepło jest trochę rozłożone.

Zdaje sobie sprawę z prądów, mocy wydzielanej na elementach i raczej nie błądził bym teraz nad poprawnością regulacji za pomocą rezystorów, żarówek czy regulatorze fazowym. Zdaje sobie również sprawę że czy to Ne555 czy jakikolwiek OPAMP nie służy typowo do budowy ładowarki/prostownika ale czy są jakieś przeciw wskazania aby to robić? Myślę że wykorzystanie jakiegoś popularnego układu scalonego uprości i zmniejszy rozmiary płytki.
Stąd próbuję się dowiedzieć czy jest możliwość wykonania takiej ładowarki/prostownika na jakimś popularnym scalaku bez zbędnych komplikacji. Bo jeśli tak, to będę wdzięczny za informację na jakim to można zrobić.

_jta_ wrote:

kwazar - Tam jest taki problem, że sam konstruktor tej ładowarki nie rozumie, co zrobił źle i dlaczego nie może działać tak, jak on uważa.

Masz rację, przedtem przeczytałem tylko pierwszy akapit z założeniami i mi się nie spodobał...

bearq- tak jak napisał _jta_ potrzebujesz zasilacz o mocy około 150 W. Popatrz na zasilacze stabilizowane meteor77, czyli Bartłomieja Okońskiego na Elektrodzie.
Np. SN1533 jest na jednym układzie scalonym LMV358 lub LM358, ma regulację prądu i napięcia od zera.
Jest cały wątek na Elektrodzie, możesz poczytać.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1464016.html

kwazar wrote:

_jta_ wrote:

kwazar - Tam jest taki problem, że sam konstruktor tej ładowarki nie rozumie, co zrobił źle i dlaczego nie może działać tak, jak on uważa.

Masz rację, przedtem przeczytałem tylko pierwszy akapit z założeniami i mi się nie spodobał...

bearq- tak jak napisał _jta_ potrzebujesz zasilacz o mocy około 150 W. Popatrz na zasilacze stabilizowane meteor77, czyli Bartłomieja Okońskiego na Elektrodzie.
Np. SN1533 jest na jednym układzie scalonym LMV358 lub LM358, ma regulację prądu i napięcia od zera.
Jest cały wątek na Elektrodzie, możesz poczytać.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1464016.html

Zgadza się ale nie ma za to automatycznego wyłączania po osiągnięciu określonego napięcia. Nie zdawałem sobie sprawy że będzie taki problem z na pozór prostym tematem.
W takim razie co powiecie o tym? Nie wiem czy akurat taka regulacja będzie poprawna.

Nie ma, bo tamten temat jest o zasilaczu, a nie o ładowarce. Na forum przedstawiono wiele sensownych ładowarek, w miarę prostą podał jozefg w temacie 21461; ja tam zamieściłem schemat z napięciami (uwaga, chyba któreś ma błąd, potem pisałem, jak powinno być) i program do obliczania (link - przejrzyj i parę wcześniejszych wypowiedzi).

Układ ładowarki zazwyczaj musi mieć jakiś wzorzec napięcia (może to być dioda Zenera), żeby porównywać napięcie akumulatora z wartością wzorcową. Schemat, który zamieściłeś, nie wykorzystuje żadnego wzorca, więc nie ma szans sensownie działać (chyba zakładasz, że będziesz mieć do dyspozycji napięcie 15V, ale napięcie z prostownika dostosowuje się do napięcia akumulatora, więc żadnym wzorcem nie jest).

Przecież w praktyce ładowarka akumulatorów jest zasilaczem stabilizowanym z ograniczeniem prądowym. Przy ładowaniu buforowym czyli napięciu 13,8 V można pozostawić taki zasilacz na stałe z akumulatorem.
Przy ładowaniu cyklicznym czyli ładując do napięcia 14,4 - 15 V, fakt, pasowało by ładowanie wyłączć gdy prąd ładowania spadnie do powiedzmy 0,02 liczbowej wartości pojemności.
Jednak w praktyce ładując akumulator samochodowy zasilaczem na 14,4 V prąd po kilku godzinach stabilizuje się na bardzo małej wartości, przy aku 48 Ah prąd spada do 0,4 A, co jest faktycznie prądem podtrzymania.
Ja mam "ładowarkę" zrobioną na 14,4 V z ograniczeniem prądu do 10 A impulsową i właśnie tak ładuję akumulatory.
Faktem jest, że do mniejszych akumulatorów, np. żelowych pasowałby mniejszy prąd ładowania, ale ja do takich mam inną ładowarkę

Można stosować różnego rodzaju automatyki ładowania, jak np. ładowanie przyspieszone z dwoma napięciami ładowania, ale w większosci przypadków jest to zbędne.

Można wziąć schemat zasilacza stabilizowanego i dodać histerezę działającą tak, żeby przejście od ograniczania prądu do ograniczania napięcia obniżało stabilizowane napięcie (po osiągnięciu napięcia 14.5V układ przełącza się na stabilizowanie napięcia 13.9V), a przejście do ograniczania prądu (jak przy 13.9V popłynąłby prąd większy od nastawionego ograniczenia, to układ przełącza się na tryb ograniczanie prądu i do napięcia 14.5V pozostaje w tym trybie). Opis trochę długi, ale pewnie to się sprowadzi do dodania jednego opornika.

Dziękuje raz jeszcze panowie za jakże dobre pomysły budowy czegoś nowego.
Tak jak pisałem wcześniej, korzystałem nie raz chodź by z zmodyfikowanej wersji prostownika Józefa.G z regulacją prądu ładowania. Widzę dopiero teraz że
posiłkując się już wcześniej wspomnianym schemat zasilacza regulowanego
SN1533 można w tym przypadku potencjometrem P1 ustawić na stałe żądane napięcie; dla nas 14,4V a potencjometrem P2 regulować prąd ładowania, w tym przypadku zasilacz do momentu osiągnięcia 14,4V ograniczał by prąd ładowania do żądanego, a następnie przechodząc w tryb stabilizacji napięcia utrzymywał by na akumulatorze przez cały czas 14,4V co było by jednoznaczne z naładowaniem akumulatora. Jakież to proste...

Powiem szczerze, że nie do końca rozumiem Twój pomysł, _jta_.
Powiedzmy, że zasilacz ładuje mocno rozładowany akumulator i ogranicza prąd do nastawionego. W momencie gdy przestaje stabilizować prąd i przechodzi do stabilizacji napięcia, to obniża napięcie ładowania do 13,9 V.
I teraz prąd ładowania gwałtownie spadnie, nie potrzebna już będzie stabilizacja prądu. Zasilacz będzie ładował stosunkowo małym prądem, a na pewno poniżej wcześniej nastawionego do napięcia... I tu nie rozumięm do 13,9 V, czy do 14,4V?

bearq wrote:

Jakież to proste...

Właśnie o to mi chodziło...

Od chwili, gdy napięcie osiągnie 14,5V ładowarka ma się przełączyć na tryb, w którym daje prąd tylko wtedy, gdy napięcie na akumulatorze jest poniżej 13,9V, i ma być on taki, żeby podnieść napięcie do 13,9V (a właściwie nie pozwolić, by spadło poniżej 13,9V); jeśli dojdzie do tego, że będzie to wymagało prądu większego, niż nastawione ograniczenie, ładowarka ma się przełączyć w tryb ograniczania prądu do nastawionej wartości z ograniczeniem napięcia do 14,5V - nie powinno do tego dojść, jeśli akumulator jest sprawny, nie jest z niego pobierany prąd i oczywiście naładowany akumulator nie zostanie podmieniony na rozładowany; po wymianie akumulatora na rozładowany, który będzie w stanie przyjąć prąd większy od ograniczenia, ładowarka będzie go ładować do osiągnięcia 14,5V.

Nie należy pozostawiać akumulatora pod napięciem 14,4V na dłuższy czas, to mu zaszkodzi. Producent określa dwa tryby ładowania: buforowy (w tym trybie akumulator jest na stałe podpięty do zasilacza, który daje do 13,9V - rolą akumulatora jest zasilanie urządzenia, kiedy zasilacz nie będzie działał) i cykliczny (ładujemy akumulator do określonego napięcia, chyba od 14,4 do 14,7V, po jego osiągnięciu odłączamy akumulator od ładowarki i podłączamy do urządzenia, które ma być z niego zasilane).


Jeszcze co do zastosowanie NE555: on sam niezbyt się nadaje do układu ładowarki, potrzebuje co najmniej wzorca napięcia, i może działać za mało dokładnie; można by zastosować NE555 + TL431 - ten drugi to jest wzorzec napięcia ze wzmacniaczem błędu, mógłby "przerabiać" napięcie akumulatora na napięcie do sterowania NE555, dzięki temu uzyskałoby się histerezę (dwa różne progi przełączania) - konkretnie, TL431 miałby z 14,5V robić 1/3 napięcia zasilania, a więc 4,8V, a z 13,9V 2/3 napięcia zasilania, a więc 8,6V. To zapewni przełączanie trybów i odpowiednią precyzję, ale jeszcze do tego będzie potrzebny jakiś układ ograniczania prądu z możliwością regulacji ograniczenia...

_jta_ wrote:

można by zastosować NE555 + TL431

Tu jeden z userów zastosował też dwa scalaki TL494 + TL082 ,ale układ bardziej skomplikowany :
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3198657.html
chyba to dużo lepsza konstrukcja .

_jta_ wrote:

Nie należy pozostawiać akumulatora pod napięciem 14,4V na dłuższy czas, to mu zaszkodzi. Producent określa dwa tryby ładowania: buforowy (w tym trybie akumulator jest na stałe podpięty do zasilacza, który daje do 13,9V - rolą akumulatora jest zasilanie urządzenia, kiedy zasilacz nie będzie działał) i cykliczny (ładujemy akumulator do określonego napięcia, chyba od 14,4 do 14,7V, po jego osiągnięciu odłączamy akumulator od ładowarki i podłączamy do urządzenia, które ma być z niego zasilane).

Z tym pozostawianiem na dłuższy czas to owszem, ale czemu w instrukcji samochodu nie ma ograniczenia czasu jazdy? Jak się jedzie kilkanaście godzin, a akumulator ma 14,4 V to jest to praca buforowa czy cykliczna?
Napięcie pracy buforowej podaja 2,3 V na ogniwo, czyli 13,8 V, a przy pracy cyklicznej 2,4- 2,5 V, co daje nawet 15 V dla akumulatora 12 V.

Co ciekawe akumulatory samochodowe nie są przystosowane do prawdziwej pracy cyklicznej, warunki pracy w samochodzie są dość łagodne. Do pracy cyklicznej są specjalne akumulatory tzw. trakcyjne.

Wracając do Twojego pomysłu przełaczania napięc, to faktycznie ciekawe, trzeba będzie to kiedyś wdrożyć.

NE555 ma dosyć kiepskie komparatory. W czasie gdy napięcie będzie dochodziło do zakładanej wartości 14.5V, co dzieje się dosyć wolno, przekaźnik bedzie niesamowicie jęczał gdyż komparator nie będzie mógł się zdecydować czy już czy jeszcze nie. Widziałem coś podobnego, jak na zamieszczonym schemacie i muszę przyznać, że działało to nadspodziewanie kiepsko. Będąc raczej powodem do żartów a nie układem do ładowania akumulatora.

Przecież NE555 ma przerzutnik, więc "decyduje się" jednoznacznie (albo sygnał zmieni stan przerzutnika, albo nie)...

Zdziwiłbyś się jak bardzo bywa niezdecydowany w takim zastosowaniu. Problemem jest zadziałanie, wzmocnienie komparatora w '555. Dlatego do bardzo wolnozmiennych przebiegów jak tutaj zupełnie się nie nadaje. Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest detektor okienkowy zbudowany na dwóch komparatorach LM339.

Zdziwiłbyś się jak bardzo bywa niezdecydowany w takim zastosowaniu.
Ze względu na zasadę działania nie istnieje w ogóle taka możliwość. Musiałeś pomylić z innym układem, albo zrobić błąd w pomiarach.

Zakupiłem gotowy kit zasilacza laboratoryjnego, okaże się jak będzie się sprawował.