Защита от переполюсовки и к.з. зарядного устройства

Надо было разработать портативное зарядное устройство З.У. для зарядки 12V АКБ в полевых условиях. То есть, заряжать один аккумулятор от другого. Причем, зарядный ток — до 15 А. В полевых условиях, в темноте и на морозе перепутать полярность — проще простого. Хотелось сделать так, чтобы при неправильной полярности ничего не перегорало, а просто гудел зуммер.

Самая простая известная схема защиты — с предохранителем.
Если предохранитель сгорит — на морозе его не заменишь!


Кроме того, при неправильной полярности на выход З.У. придёт целых — 0.9 Вольт!



Вот так перегорает предохранитель Tesla 20A в схеме с 2-мя диодами шоттки VS42CTQ030. В течение 25 mS на З.У. приходит — 0.9 Вольт! Осциллограф подключен к точке А
Большинство микросхем не выдерживает обратной полярности более — 0.6 Вольт. Скорее всего, З.У. при этом выйдет из строя. Хотя и без особого дыма:)

Схема на реле меня тоже не устроила.
Реле включится, если правильно подключить аккумулятор. Просто, дёшево и сердито. Кроме одного но! Если подключить АКБ правильно, а потом снова подключить АКБ, не отключая З.У. НЕПРАВИЛЬНО — то всё сгорит! Ведь, пока З.У. включено, реле уже не отпустит.



Часто можно встретить и другую схему:


Однако, в ней присутствует шунт. При токе 15А потери на шунте будут значительными. А для портативного устройства каждый ватт на вес золота!
Нам нужен был общий КПД 94…96%. Без применения принудительной вентиляции З.У.

Давайте теперь посмотрим мою схему:

Работает она следующим образом: На вход (точкаА) приходит напряжение от З.У. которое ограничено по току до 15А, +10…+15 V. От него питается дифференциальный компаратор DA1 через диод VD2. На положительном входе компаратора всегда +0.1V (определяется диодами VD1 и делителем R2, R3). Пока АКБ не подключена, на отрицательном входе компаратора 0v и силовой ключ VT1 закрыт.
Когда АКБ подключена правильно, и напряжение на ней более 4V, стабилитрон VD4 открывается. На отрицательном входе компаратора появляется +0.2V > +0.1V и силовой ключ VT1 открывается. Начинается заряд батареи.


Если теперь отключить АКБ и поменять её полярность, то на отрицательном входе компаратора появляется -0.2V и силовой ключ VT1 закроется.
Защита за 0.3 mS отключит батарею от З.У., и минус на него не придет. На входе компаратора будет только -0.2V, что допустимо на неограниченное время. Как видим, никаких шунтов в этой схеме нет! В момент переполюсовки или К.З. питание компаратора обеспечивается за счёт конденсатора С2 и он всегда остаётся “в сознании”.

Подсоединяем осциллограф. Одиночная синхронизация по спаду напряжения на выходе защиты. Подключаем АКБ сначала правильно (зарядка пошла), а потом неправильно.
Жёлтый луч — выход устройства защиты.(точка В) Мы видим, что при переполюсовке ПЛЮС меняется на МИНУС.
Синий луч — показывает напряжение на входе устройства защиты.(точкаА) При переполюсовке оно всегда остается положительным. З.У. не выходит из строя. Зуммер издаёт звуковой сигнал.


Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.


Диоды VD5 и VD6 ограничивают нежелательные выбросы напряжения (+30…-15V) при соединении и отсоединении проводов. L-образный фильтр С4, С5 — обязательный атрибут на выходе в соответствии со стандартами автомобильной промышленности.
Все детали, используемые в этой схеме — миниатюрные SMD 0805. Потери на силовом ключе VT1 минимальные — Rds(ON) = 2.4 mOhm, поэтому на печатной плате защита много места не занимает. (выделена красным)
В качестве VT1 можно использовать любые MOSFET P канал. V(ds) = -40…-60V; Id = -100A…-180A; Vgs = -1.5…-2.5V logic level; Ciss < 20 000пФ.


Если напряжение на заряжаемой батарее меньше 4V, или мы хотим зарядить суперконденсатор с нуля, параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением.

Буду рад, если моя защита поможет сохранить ваши З.У.
  • +7
  • 13 марта 2019, 16:18
  • CreLis

Комментарии (13)

RSS свернуть / развернуть
Аналогично защита срабатывает и при К.З. Правда звука зуммера при этом нет.
Можно было управлять зуммером сигналом с компаратора, тогда бы орало при КЗ тоже.
параллельно силовому ключу предусмотрен байпас — на фото — розовое реле с внешним управлением
А зачем реле, если можно подать открывающий сигнал прямо на мосфет?

Зарядное в целом будешь описывать или коммерческая разработка?
0
  • avatar
  • Vga
  • 14 марта 2019, 03:08
Зарядное устройство на фото используется в том числе и для заряда суперконденсаторов с нуля вольт. Поэтому режим К.З. для него не является аварийным. Как раз для этого режима, чтобы не усложнять схему, применяется байпас. Также можно «поднять» и полностью «убитый» аккумулятор с нуля. В этих режимах на точках А и В напряжение будет около 0 вольт и управлять МОСФЕТОМ не так просто. Для случая штатной зарядки аккумуляторов с 5V до 15V Ваши предложения совершенно правильные.

Само зарядное устройство описать можно, если к этой теме есть интерес. Схема большая и придётся её делить на части: силовая часть, цепи защиты, управление зарядным током от МК, блок индикации, EMI и борьба за КПД.
0
В этих режимах на точках А и В напряжение будет около 0 вольт и управлять МОСФЕТОМ не так просто.
Логично. Но если оно используется в составе зарядного — можно использовать и собственное питание зарядника. Релюшка же откуда-то питается.

А схема в целом — лично мне интересно.
0
Банки обычно заряжают током 1/10*С, т.е. 15А на шунте подразумевают зарядку аккума емкостью 150А*ч. У меня на дизеле стоит дай бог 90, а на пузотёрке — 55.

Лично я бы лучше усложнил схему на реле, чем горсть экзотических диодов искал.

Т.Е. навороты у вас за пределами любительских схем. И при всех плюсах, вроде подъема аккума с нуля (а как тут с полярностью быть, из-за которой забракована релейная схема? воткнут банку не той полярностью и что дальше?) штучный экземпляр девайса проще купить, чем повторить
0
«Экзотические» диоды — просто SMD-версии. Если не гнаться за площадью на плате — можно менять на имеющиеся даже в мухосранском ларьке. В целом, при усложнении схемы на реле получится не проще чем тут.
0
Какой у вас маленький дизель. На прошлой работе на дизелях нормой были как раз 2 батареи (24В) на 100 150Ач. и это такте не очень большие дизельные электростанции.
0
Если на банке будет 0V, и мы перепутаем полярность — выйдет из строя аккумулятор, но не зарядное:)
0
Не факт, видел реверснутый автомобильный аккумулятор который на УАЗе несколько лет исправно крутил стартер :)
0
Вы не учли что в стандартном аккумуляторе 6 банок. И 0В на одной из них не означает 0В на остальных. Если 0В на выходе аккумулятора то это скорее всего обрыв в нутри батареи.

Тяговые батареи правда набираются из ячеек 2В но это явно не тот случай ибо тогда придел по току был бы выше.
0
Решение интересное, но вряд ли повторяемое. Повторить можно в принципе, но как говорят ”на хрена козе баян”? Вопрос к чему его лепить. Если просто для подзарядки автомобильного аккумулятора, то слишком сложно. Другое дело питать сложное и дорогое устройство. Примерно двадцать лет назад собрал зарядное устройство для АКБ. Поначалу пробовал различные варианты автоматов зарядки с защитой от дурака, к сожалению вся автоматика когда нибудь подводит. Причем в самый неподходящий момент. В итоге отказался от всех наворотов. Вся конструкция мощный транс, диодный мост на 40 А, галетник и амперметр. Просто взял для себя за правило, не оставлять электро приборы включенными без присмотра. Бывало несколько раз и такое что попадались АКБ заряженные наоборот. То есть в таком виде эксплуатировались на автомобилях. Приходилось разряжать под нагрузкой и перезаряжать уже по правильному. К сожалению не знаю как влияет такая встряска на дальнейшую судьбу АКБ в будущем.
0
Повторяемость хорошая. Схема не требует настройки или подбора компонентов. Защищает она сложное и дорогое устройство, здесь Вы правы! Главное, за что я тут боролся — малый габарит и минимальные потери мощности.
0
Не, на реле проще же:

Вообще можно о полярности подключения не думать.
Перед переподключением аккумулятора — нажимаем кнопку «сброс».
0
*точнее перед подключением аккумулятора!
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.