Зарядное устройство аккумулятора шуруповерта. Как сделать зарядное для шуруповерта Электронная схема зарядного устройства на 14.4 в

Использование, электроинструмента существенно облегчает наш труд и сокращает время сборки. В настоящее время большую популярность набрали шуруповерты с автономным питанием от аккумуляторной батареи. В рамках данной статьи рассмотрим схему типичного зарядного устройства для шуруповерта А также советы по ремонту и варианты радиолюбительских конструкций.

Силовую часть зарядного устройства шуроповерта представляет силовой трансформатор типа GS-1415 рассчитанный на мощность 25 Ватт.

Со вторичной обмотки трансформатора снимается пониженное переменное напряжение номиналом 18В оно следует на из 4 диодов VD1-VD4 типа 1N5408, через плавкий . Диодный мост. Каждый полупроводниковый элемент 1N5408 рассчитан на прямой ток до трех ампер. Электролитическая емкость C1 сглаживает пульсации появляющиеся в схеме после диодного моста.

Управление реализовано на микросборке HCF4060BE , которая совмещает в себе 14-разрядным счетчиком с компонентами задающего генератора. Она управляет типа S9012. Он нагружен на реле типа S3-12A. Таким образом схемотехнически реализован таймер, включающий реле на время заряда аккумуляторной батареи около часа. При включении ЗУ и подсоединения аккумулятора контакты реле находятся в нормально разомкнутом положении. HCF4060BE получает питание через 1N4742A на 12 вольт, т.к с выхода выпрямителя идет около 24 вольт.

При замыкании кнопки "Пуск" напряжение с выпрямителя начинает следовать на стабилитрон через сопротивление R6, затем стабилизированное напряжение идет на 16 вывод U1. Открывается транзистор S9012, которым управляет HCF4060BE. Напряжение через открытые переходы транзистора S9012 следует на обмотку реле. Контакты последнего замыкаются, и аккумулятор начинает заряжаться. Защитный диод VD8 (1N4007) шунтирует реле и защищает VT от скачка обратного напряжения, которое возникнет в момент обесточивания обмотки реле. VD5 не дает разряжаться аккумулятору при отключении сетевого напряжения. С размыканием контактов кнопки "Пуск" ничего не произойдет т.к питание идет через диод VD7 (1N4007), стабилитрон VD6 и гасящий резистор R6. Поэтому микросхема будет получать питание даже после отпускания кнопки.

Сменный типичный аккумулятор от электроинструмента собран из отдельных последовательно соединенных никель-кадмиевых Ni-Cd аккумуляторов, каждый по 1,2 вольта, т.о их 12 штук. Суммарное напряжение такой батареи будет около 14,4 вольта. Кроме того в блок аккумуляторов добавлен датчик температуры - SA1 он приклеен к одной из Ni-Cd батарей и плотно прилегает к ней. Один из выводов терморегулятора подключен к минусу аккумуляторной батареи. Второй вывод подсоединен к отдельному, третьему разъему.

При нажатии кнопки "Пуск" реле замыкает свои контакты, и начинается процесс заряда батареи. Загорается красный светодиод. Через час, реле своими контактами рвет цепь заряда аккумулятора шуроповерта. Загорается зеленый светодиод, а красный тухнет.

Термоконтакт отслеживает температуру батареи и разрывает цепь заряда, если температура выше 45°. Если такое случается раньше чем отработает, это говорит об присутствии "эффекта памяти".

Основой конструкции является регулируемый стабилизатор положительного напряжения. Он допускает работу с током нагрузки до 1,5А, которого вполне достаточно для заряда аккумуляторов.

Переменное напряжение величиной 13В, снимается с вторичной обмотки трансформатора, выпрямляется диодным мостом D3SBA40. На его выходе стоит фильтрующий конденсатор С1, который снижает пульсации выпрямленного напряжения. С выпрямителя постоянное напряжение поступает на интегральный стабилизатор, выходное напряжение, которого задается сопротивлением резистора R4 на уровне 14,1В (Зависит от типа АКБ шуруповерта). Датчиком тока зарядки является сопротивление R3, параллельно которому подсоединено подстроечное сопротивление R2, с помощью этого сопротивления задается уровень зарядного тока, который соответствует 0,1 от емкости аккумулятора. На первом этапе батарея заряжается стабильным током, затем, когда зарядный ток станет меньше величины тока ограничения, АКБ будет заряжаться более низким током до напряжения стабилизации DA1.

Датчиком зарядного тока для светодиода HL1 является VD2. В этом случае HL1 будет индицировать ток номиналом до 50 миллиампер. Если в качестве датчика тока использовать R3, то светодиод погаснет при токе 0,6А, что было бы слишком рано. Аккумулятор не успел бы зарядиться. Это устройство можно использовать и для шестивольтовых аккумуляторов.

Есть в каждом доме, где выполняются элементарный ремонт. Любому электроприбору требуется стационарное электричество или блок питания. Поскольку наиболее популярными являются аккумуляторные шуруповерты – требуется еще и зарядник.

Он идет в комплекте с дрелью, и как любой электроприбор может выйти из строя. Чтобы вы не столкнулись с проблемой неработающего оборудования, изучим общее описание зарядных устройств для шуруповерта.

Виды зарядников

Аналоговые со встроенным блоком питания

Их популярность обусловлена низкой стоимостью. Если дрель (шуруповерт) не предназначена для профессионального использования, продолжительность работы – не самый первый вопрос. Задача простого зарядника – получить постоянное напряжение с достаточной для зарядки аккумулятора токовой нагрузкой.

Важно! Для начала заряда, напряжение на выходе блока питания должно быть выше номинального значения аккумулятора.

Работает такая зарядка по принципу обычного стабилизатора. Для примера рассмотрим схему зарядника для аккумулятора на 9-11 вольт. Тип батарей не имеет значения.

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 .

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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