Пришло время переделать свой рабочий "шурик" на Литий, поскольку кадмиевые АКБ умерли. Процесс не слишком сложный, с использованием 18650 АКБ и платы балансировки BMS, хорошо описан в различных источниках. Каких либо трудностей не возникло. Проблема появилась после измерения напряжения на выходе штатного ЗУ, которое было 38 вольт(холостой ход). Во многих обзорах переделки на Литий на эту проблему ЗУ для кадмия указывали. Но не всё так страшно, как показалось на первый взгляд. Зарядное менять не пришлось
В низковольтной части две микросхемы, одна LM358, на ней собран стабилизатор тока. Вторая микруха отвечает за индикацию светодиодов, но что за она не видно.
ЗУ только со стабилизацией тока и на холостом выдаёт 38 вольт. Причём ток заряда 1,4 ампера, что для Никель-Кадмия ёмкостью 1,3 а/ч очень много, не удивительно, почему АКБ сдохли всего за два года, ток заряда 1С от ёмкости это много для любого АКБ(знал бы, снизил ток сразу после покупки). Хотел использовать родное ЗУ с китайской платой CC/CV, но она хоть и не сгорела от 38 вольт, но работать адекватно не захотела.
Решил найти схему именно на эту ревизию платы но увы, нашёл только на KF28L YC-1, это ЗУ для лития.
Напряжение не стал менять, хотя заменой родного стабилитрона 35 в, можно снизить напряжение холостого хода(+3 в к напряжению стабилизации выбранного стабилитрона). Не стал этого делать по двум причинам, во первых перестаёт работать штатная индикация заряда, во вторых плата BMS и так не даёт перезарядить 18650. Поразмыслив, не стал ставить по сути бесполезный, дополнительный модуль CC/CV . 4 банки 18650 заряжаются током 0,67 А и при достижении напряжения на контактах 17,4 в. плата BMC 4S 40 A отключает зарядку. При этом АКБ заряжается до 16,3 в. Если оставить схему без изменений, на ток 1,4 А, АКБ зарядиться до 16,4 в, что так же далеко от перезаряда.
Схема, устройство, ремонт
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 здесь.
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.
Далее пониженное и стабилизированное напряжение поступает на 16 вывод микросхемы U1. Микросхема начинает работать, а также открывается транзистор S9012, которым она управляет.
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 начинающих радиолюбителей.
Усовершенствование схемы шуруповерта Skil 2301
Валялся в кладовке шуруповерт ровно 3 года по причине плохой работы, модель Skil 2301, точней малой работы по времени, минут 5…10 и всё, не крутит, грешил на паршивые аккумуляторы, проверил исправны, потом выясняется, что всему виной зарядка, написанные 400мА на БП отсутствуют, сэкономили медь в трансформаторе, поэтому был не до заряд.
Схема родной зарядки.
Задача сделать зарядное устройство на специализированной микросхеме, которая бы контролировала заряд.
Выбор пал на MAX713 более чем доступна и не дорогая.
В аккумуляторном блоке находятся 10 банок 1,2V 1200mA.
Прочитав номенклатуру на микросхему, прихожу к почти типичному схемному решению, со всеми под себя установками:
Входное напряжение 21,5 Вольт,
количество аккумуляторов 10,
зарядный ток 0,5А,
время отключения таймера 180 минут.
В микросхеме очень нежный узел, собственное питание, ток нежелательно превышать 10мА. В противном случае МС выходит из строя, из повреждений — это внутренней БП микросхемы, как минимум.
Для этого ввел простой токовый регулятор на LM317.
VT2 транзистор многие не ставят, но производитель рекомендует это внедрение, когда входное напряжение превышает 15V.
Катушку индуктивности можно и купить, но я люблю мотать сам.
Ток катушки не менее 1,5А.
Размеры L1 — N48 23х14х10мм.
60 витков ПЭЛ 0,6мм.
Теперь самое хитрое, всю схему воткнуть в коробочку, бывшей родной зарядки.
В собранном виде.
Аккумуляторы заряжались 2 часа 40 минут при токе 500mA, быстрый заряд был автоматически отключен, микросхема расчитала верно отключение заряда при этом токе.
Подобным образом на базе этой микросхемы, можно для любой зарядки создать данное устройство, безусловно изменив схему.
Понравилась схема? Жми палец вверх!
Зарядка шуруповерта
Поскольку стоимость аккумулятора шуруповерта довольно высока, а преждевременная его замена зачастую связана с неправильным зарядом следовательно нужна «правильная» зарядка. Предлагаю попробовать такое устройство:
От автора: Недавно занялся созданием зарядки для блока Никад аккумуляторов (для шуруповерта). Штука получилась на удивление универсальной, поэтому подумалось что может быть послужит и еще кому кроме меня. Собственно схема состоит из относительно доступных деталей которых минимум, предназначена для заряда блока из 12 никель-кадмиевых элементов постоянным током в 0,6А (с паузами 0,1с между 2с импульсами тока — это и алгоритм выравнивания элементов который будет, содрано с зарядки метабо ). По ходу пьесы оказалось что ей все равно что именно заряжать и какое количество элементов в батарее, к примеру одиночные элементы она тоже успешно заряжает. Метод остановки заряда — по максимуму напряжения, второй метод — резервный — по спаду. В принципе и текущие методы работают отлично, но в ближайшее время добавлю еще метод с поиском максимума производной, он дает наиболее точное определение момента полного заряда. Зарядка работает по замкнутому циклу — когда нету батареи она в дежурном режиме, при установке чего либо с напряжением больше 1 вольта она начинает медленный заряд и через 40 секунд переходит к основному, как основной заканчивается загорается светодиод(во всех остальных режимах он моргает по разному). Еще одно — при установке батареи с напряжением больше 11 вольт в начале цикла включается разряд и разряжает ее до указанного напряжения (это наверно можно поправить, не у всех же батареи с 12ю элементами). По схеме — трансформатор намотан на порошковом кольце желто-белого цвета внешним диаметром 2см от компьютерного блока питания , обе обмотки содержат по 55 витков провода 0,4, индуктивность для контроля — 200мкГн. Не указанные на схеме резисторы шунтов — все по 1ому, в общем можно заменить их на одиночные шунты 0,2 ома. Лампы которые используются для нагрузки при разряде — 12вольтовые галогенки G4, которые можно выбрать в зависимости от требуемого тока разряда — 20Вт
0,65А и тд. Ключ преобразователя выбран так чтобы было поменьше потерь тк коробочка для зарядки маленькая и без вентиляции, для более мощных ключей вроде IRFZ44N возрастут динамические потери (частота преобразования 80кГц) и возможно без радиатора в замкнутой коробке будет перегрев. В архиве — плата в лаеуте и прошивка. Фьюзы МК надо прошивать на работу от встроенного генератора 9,6МГц без делителя на 8, вочдог выключен.
ЗЫ вместе с дополнительным режимом обнаружения момента окончания зарядки еще добавлю два режима — выравнивания элементов в батарее (сразу после быстрого заряда) и режим поддержания заряда (пока не решил какой там должен быть ток и тп).
Обновил архив с прошивкой и печатной платой. На текущий момент все перечисленное работает, так что больше наверно изменений не будет .
Параметры: Питание — 12-20 вольт/ 14W КПД стабилизатора тока — >87% Частота преобразования — 80кГц Ток заряда : начальный заряд — 400ма (непрерывный ток) быстрая зарядка — 600ма ( импульсами 2с с паузой 0,1с)
выравнивающий заряд — средний 150ма (импульсы 300ма 4секунды/4секунды пауза)
Напряжение заряда 1-22В Доразряд батареи — до 12В
Прекращение заряда — максимум производной напряжения /основной — максимум напряжения — отрицательный перепад напряжения (резервный) — таймер 3 часа ( резервный) Разрешение по напряжению батареи — 0,33мВ (16бит)
Разрешение по току/шаг установки — 5,37ма
Алгоритм заряда таков — Зарядка начинается при подключении батареи с напряжением больше 1 вольта, первые полторы минуты аккумулятор заряжается током начального заряда, затем зарядка переходит в режим быстрого заряда. По окончании быстрого заряда зарядка переходит в режим выравнивания емкости элементов батареи, который медленно дозаряжает слабые элементы в течение 5минут, (после чего зарядка переходит в режим капельного дозаряда). Если быстрая зарядка была остановлена по таймеру то последние два режима пропускаются и зарядка переходит в режим ошибки, который сбрасывается удалением батареи, аналогично при удалении батареи в процессе заряда зарядка переходит в дежурный режим.
Если при установке батареи ее напряжение больше 12 вольт то производится доразряд до этого напряжения.
Скачать файл прошивки, печатка и исходник
Зарядное устройство для шуруповёрта.
Фото этого устройства в штатном корпусе зарядного устройства шуруповёрта:
Схема (схема вверху черновая)собранная мною для корректной зарядки аккумуляторов шуруповёрта, вся схема умещяется в штатный корпус,имеется световая и звуковая сигнализация, начала и окончания заряда,схема собрана на основе PIC12F629.
Описание работы схемы: После включения включаютсяи гаснут оба светодиода,при этом звучит сигнал,(тест индикации и звука).
Затем начинает мигать красный светодиод,
когда светодиод горит идёт зарядка,когда погашен контроль напряженияна аккумуляторе.
После достижения напряжения полного
заряда на аккумуляторе,перестает мигатькрасный светодиод и включается зелёный,при этом звучит сигнал,сообщающий о том что зарядка окончена.