Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Зарядное устройство для шуруповерта

Зарядное устройство для шуруповерта

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.

Аккумуляторный шуруповерт

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.

Трансформаторное ЗУ

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.

Инверторное ЗУ

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.

График напряжения при заряде

График напряжения при заряде

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.

Читайте так же:
Клапан предохранительный воздушный для компрессора

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.

Литий-ионная аккумуляторная батарея

Литий-ионная аккумуляторная батарея

К сведению. Если шуруповерт будет использоваться в качестве дрели, для сверления отверстий, то здесь нужно обращать внимание на модели с максимальным напряжением.

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.

ЗУ на специализированной микросхеме

ЗУ на специализированной микросхеме

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

Схема зарядного устройства для шуруповерта

Аккумуляторный шуруповерт давно вошел в нашу повседневную жизнь и стал незаменимым помощником в строительстве и ремонте. Важным фактором для стабильной и долговечной работы шуруповерта является хорошее состояние его аккумулятора. Часто в комплекте с недорогими шуруповертами идут неэффективные зарядные устройства, которые уже после нескольких десятков циклов зарядки/разрядки накладывают на аккумулятор так называемый «эффект памяти».

Читайте так же:
Вытяжка для заточного станка

Давайте рассмотрим схему зарядного устройства для шуруповерта, в которой учтены и исправлены все недостатки.

  • В основе схемы лежит контролер ускоренного заряда NiCa/NiMH батарей – MAX731.
  • В правой части электрической схемы резистор R23 отвечает за конечное напряжение разряда: 12,48 В (10,4 В для версии 12 В шуруповерта, 14,56 В для 16,8 В и 15,6 В для 18 В шуруповерта).

Печатная плата схемы зарядного устройства для шуруповерта будет выглядеть примерно так:

Печатная плата
Печатная плата зарядного устройства Обратная сторона печатной платы
Обратная сторона печатной платы

В таблице ниже представлен набор нужных элементов для построения схемы ЗУ.

НазваниеТипКоличество, шт
МикросхемаMAX7131
МикросхемаTL431ACLPR, TO921
МикросхемаLM317L1
ТранзисторKN2222(2N2222A)4
Транзистор2N29072
ТранзисторIRFR9024(IRFR5305)1
ИндуктивностьCDRH127 220мкГн 2А1
Светодиоды3
Диоды1N58182
Резистор постоянный20
Резистор подстроечный1
Резистор разрядный5Вт 47 Ом1
Конденсаторы8

Предварительная сборка
Предварительная сборка ЗУ

Принцип работы готовой схемы зарядного устройства

Вставляем аккумулятор шуруповерта в зарядное устройство и нажимаем кнопку «Start Discharge», после чего начинается доразряд батареи до 1,04 В, при этом загорается синий светодиод.
После полного доразряда зарядное устройство переходит в режим ускоренного заряда, при этом загорается красный светодиод, а зелёный показывает питание.

Если красный светодиод погас – значит, зарядное устройство перешло в режим «капельной зарядки».

Зарядное устройство для шуруповерта из БП принтера

Рассмотрим на конкретном примере, как переделать ИИП под свои нужды. На мой взгляд, изготовление с нуля, например импульсного блока питания, часто трудоемко и экономически невыгодно, кроме того, мысли, что надо найти подходящий корпус, напрочь отбивают охоту к рукоделию.

Другое дело – переделка ненужного готового изделия для своих целей. Корпус есть, переделки и расходы минимальны, силовая часть сделана безопасной в фабричных условиях и обладает мешком сертификатов.

Низковольтная часть справа внизу, отделена малыми отверстиями.
Преобразователь собран на микросхеме DAP001. Перерисовывать эту часть схемы трудно и в этом нет особого смысла. А вот низковольтную часть надо перерисовать, благо она невелика.

При сравнении с типичной схемой включения подобного преобразователя, видно, что надо сделать для ограничения тока и точной установки напряжения на выходе.

А вот такую схему моего БП нарисовал с платы я. Здесь же показаны новые модули и место их подключения.

Для зарядки батареи шуруповерта надо обеспечить напряжение 14,4 В, ток зарядки я выбрал 1 А.
Можно подобрать стабилитрон, но для этого надо иметь их целый мешок, поэтому воспользуемся тем, что TL431 позволяет плавно установить напряжение. Это напряжение должно быть меньше, чем на выходе на напряжение открывания оптрона — примерно 1,1 В.

Кроме того, нужен индикатор, который покажет, когда напряжение на батарее достигнет 14,4 В. Конструктивно мне удобно было сделать эти узлы на одной маленькой плате.

Два жестких вывода сделаны точно по размеру стоявшего ранее стабилитрона и входят в его отверстия. Шлейф из двух проводов – к светодиоду.
Прежде чем ее впаивать, желательно настроить индикатор напряжения точно, а «стабилитрон» на TL431 приблизительно. Настройку можно делать как с помощью переменного многооборотного резистора, так и впаивая параллельно несколько резисторов (на печатной плате предусмотрена установка, как обычных резисторов, так и SMD). Предварительную настройку «стабилитрона» на напряжение 13,3 В надо делать, добавив последовательно с ним резистор несколько сот Ом. Без него при срабатывании стабилитрона ток резко увеличится и он сгорит.

На второй маленькой плате собран узел стабилизации тока.

Падение напряжения на резисторах шунта при токе ограничения должно превышать напряжение открывания оптрона, иначе он будет закрыт и ток продолжит расти.
Для тока 1А при напряжении 1,5 В (с небольшим запасом превышает 1,1 В) тепловая мощность будет 1,5 Вт, значит надо применить резистор 2 Вт или два резистора по 1 Вт.
Для уменьшения размеров я выбрал второй вариант и советские резисторы МЛТ. Они могут работать с большим запасом по мощности в отличие от китайских.
Так как найти резисторы МЛТ-1 номиналов 0,6 и 0,9 Ом тяжело, я поставил два резистора параллельно. За неимением у меня номинала 3,0 Ом поставил 2,2 Ом и 3,9 Ом.
Ток ограничения выставляется переменным сопротивлением, включенным параллельно шунту. Не очень хорошо с научной точки зрения, но очень просто и не требует перепаивания резисторов шунта.

Любые ИИП на начальном этапе для безопасности лучше включать «через лампочку».

ИИП при настройке включаем в одно гнездо розетки, в другое включена обычная настольная лампа. Выключатель на ней позволяет моментально обесточить ИИП (это быстрее, чем выдергивать его шнур из розетки).
При проверке ИИП напрямую от сети, вместо лампы надо поставить замыкатель. Если нужна лампа, чтобы что-то перепаять, в розетки включаем лампу и замыкатель.
Просто, удобно и безопасно. При необходимости легко менять лампы накаливания разной мощности.

Итак, включаем ИИП через лампочку, выставляем на выходе нужное напряжение, убеждаемся в правильной работе светодиода индикации, Порог включения острый, порядка 0,1 В от яркого свечения до погасания.

Далее надо выставить нужный ток.
Дело в том, что высоковольтная часть ИИП может иметь свою защиту, поэтому надо провести испытания. Закорачивать выход ИИП я бы не советовал – кто знает, есть ли там защита (при испытаниях я закоротил выход прямо с подключенным заряженным аккумулятором, шунт в тестере задымил, сработала защита в ИИП).
Оказалось, что при уменьшении нагрузки до 5,6 Ом выходной ток остался стабильным и даже увеличился с 1,00 до 1,04 А, а при резисторе 3,9 Ом сработала встроенная защита – это видно по пропаданию напряжения и слышно по щелчкам. При увеличении сопротивления, режим стабилизации тока восстановился сам.

В конструкции я использовал яркий светодиод, он отлично светит при токе 1…2 мА.


Напряжение при полностью заряженной батарее

Если будете использовать обычные светодиоды, придется подогнать резисторы под желаемое свечение.


Вид внутри после сборки и настройки

Поскольку стояла задача зарядки аккумуляторов, я не обращал внимания на фильтрацию пульсаций и помех. Дополнительный фильтр при необходимости можно добавить.
БП с напряжением 14,4 В, конечно, может питать потребителей с напряжением 12 В.
Думаю, подобная переделка возможна для многих подобных ИИП.

Схема изготовления зарядного устройства для шуруповерта своими руками

Владельцы автономных электрошуруповертов интересуются тем, каковы схемы зарядных устройств для шуруповерта, и как такие приспособления можно сделать своими руками. Собранные по таким схемам зарядники пригодятся, если старые вышли из строя, и их ремонт слишком сложен и нецелесообразен. Самодельные зарядники являются небольшими по размеру, удобными и легко помещаются в руке.

Шуруповерт

Шуруповерт нужен в домашнем хозяйстве, для того чтобы починить или быстро собрать мебель.

Сейчас оборудование все чаще выпускается портативное, способное работать от аккумуляторов. С их помощью можно проводить работы даже в тех помещениях, где еще нет электропроводки. В отличие от обычных шуруповертов, они обладают несколько большим весом, но позволяют работать в самых сложных местах, на стройке или на дачном участке, не изобретая способов, как подключить аппарат к сети.

Аккумуляторы для шуруповертов относятся к разным типам и зачастую различаются по своим характеристикам. Так как покупка новых не всегда бывает оправдана, зная схему сборки, можно сделать новое зарядное устройство и починить старое – при условии, что поломка не является критической.

Аккумуляторы могут быть трех типов:

  • никель-металлогидридные;
  • литий-ионные;
  • никель-металлогидридные.

Перед тем как приступать к сборке нового зарядного устройства или к починке старого, нужно правильно подобрать его тип и условия эксплуатации.

Характеристики аккумуляторов для шуруповертов

Схема электрических соединений шуруповерта

Схема электрических соединений шуруповерта.

Никель-кадмиевые батареи обычно используют для работы с недорогими устройствами в бытовых условиях, но качество их оставляет желать лучшего. Такие батареи имеют несколько плюсов. Они обладают достаточным для использования в домашних условиях сроком службы – до 1000 циклов зарядки, заряжаются очень быстро.

Никель-кадмиевые батареи можно восстанавливать током по схеме быстрой зарядки. Никель-кадмиевые батареи могут храниться долго, не теряя при этом своих свойств, а их цена крайне низкая.

По мнению мастеров, недостатков у таких батарей гораздо больше: саморазряд очень высокий, а емкость – низкая. Составляющие аккумулятора токсичны, поэтому при их утилизации важно следовать правилам. К тому же никель-кадмиевые батареи обладают эффектом памяти: если в предыдущих циклах емкость аккумулятора была использована не полностью, батарея как будто «запоминает» это, и в дальнейших циклах отдавать свой заряд будет только до этой «запомненной» отметки. В результате реальная емкость батареи сильно снижается.

Никель-металлогидридные аккумуляторные батареи

Никель-металлогидридные аккумуляторные батареи

Никель-металлогидридные аккумуляторы используются для профессиональных шуруповертов.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используются для профессиональных шуруповертов. Достоинствами этих моделей считаются отсутствие эффекта памяти, большой срок службы и достаточно высокая емкость.

К недостаткам относится в первую очередь высокая стоимость, что в результате может сильно повысить общую стоимость инструмента. Другие недостатки – большой коэффициент разряда, малый диапазон рабочих температур, и часто происходит потеря емкости аккумулятора. Шуруповерт с никель-металлогидридным аккумулятором подходит для интенсивных и постоянных работ, но на предельной мощности долго работать нельзя.

Аккумуляторы первых двух видов встречаются все еще достаточно часто, но постепенно им на смену приходят более совершенные литий-ионные.

Литий-ионные аккумуляторные батареи

Они обладают следующими преимуществами:

Литий-ионные аккумуляторные батареи

Схема зарядки данной батареи обеспечивает простоту в обслуживании.

  1. Отсутствует эффект памяти, поэтому такие аккумуляторы можно заряжать не до конца. При этом батарея не потеряет емкость.
  2. Важное в профессиональных работах качество: быстрый заряд батареи.
  3. Очень простая схема зарядки обеспечивает простоту в обслуживании.
  4. Емкость батареи достаточно большая, чтобы применять аппарат для интенсивной работы в течение долгого времени.
  5. Если устройство с литий-ионным аккумулятором долго не используется, не происходит саморазрядка.

Недостатки у литий-ионных батарей также присутствуют. Самый главный недостаток: они переносят долгое хранение значительно хуже, чем никель-кадмиевые аккумуляторы. Срок работы батареи ограничен. Он всегда указывается на упаковке аккумулятора, поэтому важно обращать внимание на этот момент при покупке.

Литий-ионные батареи полностью разряжать нельзя, иначе она быстро выйдет из строя. Как только появляются признаки разрядки, необходимо либо ставить шуруповерт на зарядку, чтобы можно было работать дальше, либо заменять аккумулятор. Еще один недостаток – невозможность работы при низкой температуре. В таком случае аккумулятор быстро выходит из строя.

Что необходимо для сборки?

На сегодня в специализированных магазинах можно найти любые модели аккумуляторов: от универсальных до подходящих только для определенных моделей шуруповерта.

Иногда возникают ситуации, когда предстоит долгая работа инструментом в местах, где не проведено электричество. В такой ситуации единственный выход – сделать самодельное зарядное устройство для шуруповерта.

Схема зарядного устройства совсем несложная, но все операции нужно выполнять качественно.

При сборке важнейшее значение имеют осторожность и внимательность.

Для сборки зарядного устройства понадобятся:

  • старая батарея – наверняка найдется такая, долго лежащая без дела;
  • 2 куска провода, длиной 15 см;
  • стакан от аккумулятора;
  • крестовая отвертка;
  • острый нож (лучше – со сменными лезвиями);
  • дрель;
  • паяльник;
  • термопистолет.

Если есть несколько старых нерабочих аккумуляторов, их можно использовать для запчастей. При подборе важно учитывать, чтобы зарядка и модель аккумулятора совпадали.

Перед тем как приступать к работе, нужно оценить, для работы в каких условиям предстоит использовать инструмент. Например, использовать зарядник для работы при низкой температуре не стоит: зарядка в таких условиях пойдет неправильно, что приведет к быстрому выходу из строя батареи.

Этапы сборки зарядного устройства для шуруповерта

Сборка зарядного устройства

Сборка зарядного устройства.

Сначала нужно взять стакан от аккумулятора, аккуратно вскрыть его и с помощью паяльника все проводники удалить от клемм. Всю электронику, что находится внутри стакана, тоже нужно убрать, следя при этом за полярностью клемм на микросхеме – тогда меньше опасности их перепутать в процессе сборки.

Вскрывается корпус аккумулятора, который предназначен в качестве «донора». Сначала от клеммы со знаком «+» убирается провод, а затем – с клеммы со знаком «-». Разъем и верхнюю крышку пока можно отложить. Затем нужно пометить полярность клемм при помощи маркера. Такая мера даст возможность правильно провести дальнейшую работу, не забыв и не перепутав полярность.

Затем на основании стакана размечаются отверстия. Они необходимы для того, чтобы выводить провода питания и закреплять крышку. Здесь пригодятся маркеры полярности: питающие провода аккуратно проводятся через отверстие, соблюдая полюса. Затем провода питания припаиваются к разъемам, а потом соединяются с клеммами.

Из толстой бумаги нужно сделать объемный имитатор. Он не даст разъему проваливаться и улучшит работу зарядника. Но если планируется использовать аккумуляторные батареи, имитатор устанавливать нет необходимости. На следующем этапе нужно соединить между собой все крышки.

Чтобы обеспечить надежную работу зарядного устройства, корпус стакана аккумулятора скрепляется клеем. Затем нужно взять нижнюю крышку и прикрепить ее к основанию с помощью саморезов.

Получившийся переходник нужно вставить в аккумулятор. На этом сборка завершена – можно попробовать включить зарядное устройство. Проверить правильность сборки очень просто: если при включении начинает мигать индикатор – началась зарядка, сборка была выполнена правильно.

Если самодельное устройство не работает, можно попытаться найти причину. Ремонт аккумулятора обычно сводится к замене некоторых элементов. Если аккумулятор использовался достаточно давно, контакты могли загрязниться – это и стало причиной неполадки. В этом случае их необходимо почистить.

Перед тем как начинать ремонт зарядного устройства, нужно узнать показатель напряжения на всех элементах. Если оно отсутствует, батареи могут быть неисправны, их выпаивают и заменяют на новые. При этом нужно учитывать, что батареи должны подходить типу аккумулятора. У всех батарей должна быть одинаковая емкость. Тогда не возникнет необходимости заменять некоторые составляющие или восстанавливать уровень заряда.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector