Краткая предыстория.
После появления в домашнем хозяйстве шуруповерта появилась задача заряжать аккумуляторы для него. Хотя аккумуляторы попались нормального типа, никель-кадмиевые, но емкость была небольшая. Хватало ненадолго, и с самого начала было ясно, что долго аккумуляторы не проживут ввиду тяжелого режима работы. Шуруповерт хоть и неказистый, чисто для домашнего применения, но пусковой ток у него больше 10 ампер, а в режиме почти полного торможения мог достигать значения 15 ампер. Для маленьких баночек, установленных в основании инструмента, такой ток совершенно недопустим. Несколько порадовала идея зарядного устройства. Вначале показалось, что инженеры пожадничали и сделали что-то обычное в своем стиле. После неудачных попыток улучшить и переделать родное зарядное устройство дошло понимание принципа работы. В общем, суть оказалась простой. Инженеры рассчитали параметры трансформатора тютелька - в тютельку. То есть, максимальное выпрямленное напряжение после конденсатора равнялось 15 вольтам, а максимальный зарядный ток не мог превысить 500 мА. Таким образом, при зарядке Ni-Ca аккумуляторов напряжение изначально не могло превысить допустимый предел, а при достижении на батарее аккумуляторов 15 вольт (батарея собрана из 10 банок) ток уменьшался до единиц миллиампер. Что позволяло без опасений оставлять аккумуляторы на зарядном устройстве на длительное время. На практике, вместо положенных 14-16 часов заряда, аккумуляторы ставились на сутки и больше.
Примерно через год не очень интенсивного пользования шуруповертом емкость аккумуляторов стала падать, доходило до того, что заряда не хватало на то, чтобы просверлить несколько отверстий в металле. Да, инструмент использовался как ручная дрель. Решил сделать питание от сети. На этот случай под рукой оказался неисправный источник бесперебойного питания. По правде говоря, он был как бы исправный, но при включении он начинал разряжать аккумулятор, подавая на него напряжение меньше 12 вольт. В выключенном состоянии ИБП заряжал аккумулятор, как положено, подавая на него 14 вольт. Разобраться так и не смог. Замена трансформатора ничего не дала. Возможно этот трюк был прописан в прошивке контроллера. Самое главное, силовой трансформатор в ИБП был качественный, рассчитанный на длительную работу и способный выдавать выходной ток 30 ампер при напряжении 12 вольт. Само собой, включение обмоток надо производить соответствующим образом. Был собран простейший выпрямитель на диодах Шоттки.
Диоды взята от компьютерных блоков питания, сдвоенные на 30а 40в. Каждый сдвоенный диод превращен в одиночный. Получился хороший запас по току. Каждый диод зашунтирован конденсатором на 22000 пФ. Диоды через изолирующие прокладки закреплены на металлическом дне корпуса ИБП. После моста поставлен один танталовый конденсатор С1 на 200 мкФ. Далее стоит проволочное сопротивление на 10 ом 5ватт. Данное сопротивление защищает диоды и конденсаторы С2-С5 от броска зарядного тока при включении. Из этого броска емкость не стал фанатично увеличивать, а поставил 4 конденсатора с общей емкостью немного больше 20000 мкФ. Обычно дают рекомендации по величине емкости фильтра выпрямителя из расчета 1000 мкФ на 1 ампер тока нагрузки. Если следовать советам, то получилось, что выпрямитель может отдать 20 ампер без заметного снижения качества тока. Поскольку рабочий ток трансформатора 30 ампер, то надо полагать, что в режиме короткого замыкания ток может возрасти до такого значения, что начнут гореть и плавиться все соединения и все детали, через которые потекут токи КЗ. Поэтому были поставлены два предохранителя, на каждый вывод трансформатора по 20 ампер каждый. Оставалось решить задачу исключения токоограничивающего сопротивления после заряда конденсаторов фильтра до полного напряжения. Была опробована схема простейшего реле времени на транзисторе.
Для срабатывания реле, контакты которого замыкали сопротивление, нужен был ток 100-150 мА. После долгих экспериментов и всевозможных ухищрений со схемой задержки, пришлось от неё отказаться. На последнем этапе собрал схему без конденсатора, подобрал ток коллектора на 100 мА, этого тока хватало, чтобы реле уверенно сработало. Потом без подбора подключил электролитический конденсатор на 2200 мкФ в цепь базы. Задержка получилась хорошей, около 10 секунд. Реле рассчитано на рабочее напряжение 14 вольт. К большому сожалению оказалось, что для КТ837Ф ток коллектора 100 мА слишком велик. Хотя паспортное значение предельно-допустимого тока равно 8 амперам, но без радиатора и при рассеиваемой мощности 1 ватт температура корпуса растет с большой скоростью и нет гарантии, что транзистор долго проработает в таком режиме. Установка же радиатора никак не прельщала, по причине недостатка места и появления нового источника тепла внутри корпуса блока питания. Было решено вернуться к старой испытанной схеме ручного управления на двух реле.
Первое реле включается от кнопки, встает на самоподхват и своим контактом включает силовое реле, которое мощными контактами замыкает сопротивление и ток напрямую идет на конденсаторы фильтра и далее, в нагрузку. Изначально хотел ставить сопротивления для создания режима для каждого реле, с таким расчетом, чтобы включение было уверенным но и токи через обмотки реле были минимально возможными. Оказалось, что при напряжении питания 20 вольт сопротивление через К1 также сильно греется. Реле уже было закреплено на плате, менять его на другое не хотелось. Тогда пришла идея использовать вместо сопротивления лампу накаливания.
Она заодно могла служить индикатором включения реле. Очень удачно нашлась лампочка КМ12-50. Что означает 12 вольт 50 мА. Для реле РЭС6 рабочий ток 62 мА, но и при 50 мА реле четко срабатывает. При первом включении нить лампы холодная и имеет маленькое сопротивление. Почти все напряжение 20 вольт прикладывается к обмотке реле. Реле срабатывает, к этому времени нить лампы разогревается, сопротивление её увеличивается, ток через обмотку реле уменьшается. Лампа горит почти в полный накал, контакты реле надежно замкнуты. Далее контакты К1.2 подают питание на реле К2 и контакты реле К2 К2.1 закорачивают сопротивление на 10 ом. В нагрузку пошел полный ток без ограничения. Вот такое нехитрое приспособление пришлось применить. Разговор начинался про шуруповерт. Польза ручного управления заключается в том, что если не включать полный режим, то блок питания можно использовать как зарядное устройство для аккумуляторов шуруповерта. Сопротивление на 10 ом будет ограничивать зарядный ток. Правда, при данной схеме напряжение не ограничено 15 вольтами и поэтому надо следить за временем заряда или периодически контролировать напряжение на аккумуляторах, не допуская до уровня 15 вольт. Никель-кадмиевые аккумуляторы допускают заряд до 1,5 вольта на один элемент. Но после того, как напряжение достигло 1,5 вольта, зарядку нужно сразу прекращать. Может быть, лучше останавливаться на уровне 1,4 вольта. Здесь многое зависит от конкретного типа, конструкции и содержимого аккумулятора. Для каких-то экземпляров и 1,6 вольта не страшно, а для других 1,4 вольта может оказаться разрушительным.
Также, на первой схеме показан дополнительный блок питания на 3 вольта. Этот стабилизатор предназначен для питания цифрового вольтметра V. Вольтметр взят готовый в виде маленького модуля. Производитель рекомендует питание +5 +12 вольт, однако про проверке оказалось, что вольтметра начинает светится и измерять от 2,5 вольт. При напряжении питания 4-5 вольт индикаторы начинают светить очень ярко, буквально слепить глаза, не взирая на зелено-изумрудный цвет свечения. Поэтому стабилизатор настроен на 3 вольта выходного напряжения. Вольтметр испытывался при разных напряжениях питания на предмет точности показаний. То есть, проверялось, будут ли меняться показания при разных питающих напряжениях. Как оказалось, в диапазоне 3 — 9 вольт питающего напряжения показания не менялись, оставались стабильными. Стабилизатор собран по типовой схеме на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхема размещена на большом радиаторе. В расчете на будущее, когда понадобится напряжение 3 вольта для питания разных схем и устройств. Ток на выходе стабилизатора 3 в может достигать 1 ампера и более, обмотка трансформатора такой ток может выдать без заметной просадки напряжения.
Внешний вид ИБП немного изменился. На лицевой панели появился тумблер ключения сети, цифровой вольтметр и маленький глазок индикаторной лампы КМ. Штатная кнопка "Самотест" задействована, а штатный двухцветный светодиод остался без дела. Пока, а может и насовсем.
