Срок службы механической части аккумуляторного шуруповерта намного превышает период эксплуатации батареи и зарядного устройства. В случае с выходом из строя АКБ особой альтернативы нет. Аккумулятор подлежит замене, попытки восстановления далеко не всегда заканчиваются удачно и длительного эффекта не дают. Вышедшее из строя (или утерянное) зарядное устройство можно заменить самодельным блоком.
Принцип работы зарядного устройства
Зарядное устройство предназначено для пополнения энергией аккумуляторной батареи (или единичного элемента). Происходит это посредством пропускания постоянного (или импульсного однополярного) тока через АКБ. В гальваническом элементе (батарейке) химическая реакция, в результате которой возникает ЭДС, происходит самопроизвольно. В аккумуляторе эта реакция является возобновляемой и инициируется прохождением тока. Электрическая энергия превращается в химическую, а затем снова в электрическую.
Чтобы заставить процесс протекать, ток должен идти по направлению из источника к аккумулятору. Для этого выходное напряжение источника должно превышать напряжение на заряжаемом элементе, а ток заряда должен ограничиваться:
- на уровне 0,1-0,2С (номинальной емкости аккумулятора) – самый благоприятный режим для АКБ, но занимает много времени;
- в пределах от 0,2С до 0,35С – заряд происходит примерно в два раза быстрее, режим считается приемлемым;
- заряд током около 1С позволяет очень быстро пополнить запас энергии, но плохо влияет на срок службы АКБ – элемент может перегреться или выйти из строя даже в процессе зарядки.
Для NiCd и NiMH аккумуляторов в профессиональных зарядных устройствах применяется реверсивный режим – длительный импульс заряда чередуется с коротким импульсом разряда. Так снимается вредный «эффект памяти», снижающий фактическую емкость АКБ.
Кроме формирования постоянного тока и потребного напряжения, зарядное устройство должно позволять контролировать эти параметры с помощью встроенных вольтметра и амперметра, и иметь возможность их регулировки. Еще лучше поддерживать эти характеристики автоматически, формируя наиболее благоприятный режим заряда аккумулятора.
Виды электрических схем ЗУ
Сделать зарядное устройство для шуруповерта можно самостоятельно. Для этого понадобится схема, набор электронных компонентов, паяльник с расходными материалами и определенные навыки и квалификация.
Перед выбором схемы надо учесть несколько моментов:
- импульсное зарядное устройство легче, компактнее, у него выше КПД, но оно сложнее в сборке и наладке;
- если режим зарядки и контроль ее завершения будет поддерживаться автоматически, то для NiCd, NiMH и Li-ion аккумуляторов алгоритм будет различаться – для первых двух типов зарядка производится стабилизированным током, литий-ионный заряжается по двухступенчатой (в некоторых случаях – трехступенчатой) схеме.
Номинальный ток ЗУ определяется мощностью элементов силовой цепи (трансформаторов, диодов, транзисторов), и их надо подбирать в соответствии с необходимостью.
На 12 вольт
Схема простого зарядного устройства на 12 вольт, в котором параметры зарядки надо поддерживать вручную, не требует высокой квалификации для сборки и не нуждается в наладке.
Ток устанавливается потенциометром, параметры контролируются по амперметру и вольтметру. Трансформатор можно подобрать готовый, с напряжением на вторичной обмотке 12-15 вольт – например, ТПП-48 или ТПП-201-208. Параметры других элементов, от которых не зависит максимальный ток, указаны на схеме. Остальные выбираются в зависимости от потребного выходного тока.
| Элемент | Требуемый ток | Тип |
|---|---|---|
| VD1-VD4 | До 1 А | 1N4001 (1N400X) |
| 1А и выше | 1N5400 (1N540X) | |
| VT1 | До 1 А | КТ815 |
| 1А и выше | КТ829 |
По мере снижения зарядного тока его надо подстраивать до выбранного значения. Если производится зарядка током до 0,2С, процесс может занять до 16 часов, поэтому ручное поддержание параметров крайне неудобно.
Зарядные устройства с автоматическим поддержанием параметров и алгоритмами, соответствующими типу аккумулятора, часто строят на микроконтроллерах. Схемы и прошивки можно найти в сети.
Также зарядные устройства строят на специализированных микросхемах. В качестве примера приведена схема зарядного устройства на MAX713 для никель-кадмиевых аккумуляторов. Очевидно, что схема достаточно сложна, но она универсальна (для различных напряжений), имеет режим тренировочного цикла и обеспечивает оптимальный режим зарядки, а также своевременное ее завершение. Это приводит к увеличению срока службы батарей.
На 18 вольт
Принципиально схемы зарядных устройств для шуруповертов на 18 вольт не отличаются от 12-вольтовых. В большинстве случаев они приводятся к нужному номиналу настройкой параметров или (как в приведенной выше импульсной схеме) переустановкой перемычек. В схеме простого зарядного устройства достаточно применить трансформатор с большим выходным напряжением. Так, ТПП-209 имеет обмотку с напряжением 20 вольт. При его использовании можно заряжать 18-вольтовые аккумуляторы.
Основы по самостоятельному изготовлению
Независимо от предпочитаемого зарядного устройства, электронные компоненты надо расположить на плате и соединить согласно схеме. Самый простой способ – применить кусочек макетной платы (беспаечную применять категорически не рекомендуется – она не сможет обеспечить надежный контакт в течение длительного времени).
Важно! В зарядном устройстве циркулируют достаточно большие токи. Все соединения (особенно в силовых цепях) должны выполняться только пайкой. Скрутки недопустимы, они приведут к локальному перегреву или даже возгоранию. Разъемные соединения также надо минимизировать.
Единственный минус макетной платы – низкая эстетическая составляющая. Если это не устраивает будущего владельца, можно изготовить печатную плату в домашних условиях. Неплохие результаты дает метод ЛУТ (лазерно-утюжная технология). Ее суть в том, что рисунок платы распечатывается на лазерном принтере на специальной (или просто глянцевой журнальной) бумаге.
Потом рисунок переводится с помощью утюга на медное покрытие заготовки из фольгированного материала и травится.
Более сложный способ – с фоторезистом (жидким или пленочным). Для его реализации потребуется ультрафиолетовая лампа. Зато возможности этого метода намного выше.
Вытравить плату можно в классическом растворе хлорного железа. Более доступна и удобна другая смесь:
- 100 мл аптечной перекиси водорода;
- 30 грамм порошка лимонной кислоты;
- 2-3 чайные ложки поваренной соли.
После травления любым способом плата промывается в большом количестве проточной воды, покрытие рисунка смывается растворителем. Плата сушится, в ней сверлятся отверстия, и после облуживания она готова к монтажу.
Рисунок платы можно разработать в бесплатной программе. Например, легко осваивается Sprint LayOut. При достижении определенной квалификации можно освоить более сложные программы для разработки печатных плат, но их придется приобрести или воспользоваться бесплатными версиями с урезанными возможностями (их достаточно, чтобы закрыть 90% потребностей домашнего мастера). При разработке платы надо предусматривать возможность установки мощных транзисторов и диодов на радиаторы. Для этого должно быть предусмотрено место на плате, либо элементы располагают на краю – чтобы привинтить их на внешние теплоотводы.
Рекомендуем к просмотру: Зарядное для шуруповерта из того, что было в доме.
Если схема позволяет крепить силовые элементы непосредственно на радиатор, то транзисторы или диоды надо сажать на теплопроводящую пасту. Если не позволяет – через изолирующие слюдяные или упругие прокладки. По окончании сборки надо изготовить корпус для устройства или сделать его самостоятельно. На передней панели располагают органы управления и индикации. Для подключения аккумуляторов можно смонтировать посадочное место с контактами от вышедшего из строя ЗУ.
Устройство для зарядки аккумуляторов шуруповерта несложно собрать самостоятельно. Схему (и, соответственно, уровень автоматизации) надо выбирать под собственную квалификацию.
