Автоматическое зарядное устройство для аккумулятора шуруповерта схемы

Изготовление устройства зарядного для шуруповёрта своими руками

При использовании шуруповёрта пользователи часто сталкиваются с повреждением зарядного устройства (ЗУ). В первую очередь это связано с нестабильностью параметров электрической сети, к которой подключается устройство заряда, а во вторую — с выходом из строя аккумуляторной батареи. Решается эта проблема двумя способами: покупкой нового зарядного устройства для шуруповёрта или его самостоятельным ремонтом.

Виды зарядных устройств

Популярность шуруповёрта вызвана тем, что он упрощает процесс закручивания или выкручивания различного крепёжного элемента. Характеризуясь мобильностью и небольшими размерами, он незаменим при сборке мебельных конструкций, разборке техники, кровельных и других строительных работах. Своей мобильностью инструмент обязан входящим в его конструкцию аккумуляторным батареям.

Достоинство применения аккумуляторов в возможности их неоднократного использования. Аккумуляторы, отдавая накопленную энергию устройству, периодически сами нуждаются в подзарядке. Для восстановления величины их ёмкости и служат зарядные устройства.

Зарядка аккумулятора шуруповёрта происходит двумя способами: встроенным или внешним зарядным прибором. Встроенное ЗУ позволяет заряжать батарею, не извлекая её из шуруповёрта. Схема восстановления ёмкости расположена непосредственно вместе с аккумулятором. В то время как выносное подразумевает их извлечение и установку в отдельное приспособление для заряда. Различают ЗУ по типу восстанавливаемых батарей. Применяемые аккумуляторы бывают:

• никель-кадмиевые (NiCd);
• никель-металл-гидридные (NiMH);
• литий-ионные (LiIon).

Конечная стоимость шуруповёрта не в последнюю очередь зависит от типа используемых батарей и возможностей зарядного устройства. ЗУ выпускаются на 12 вольт, 14,4 вольта и 18 вольт. Кроме этого, ЗУ разделяются по возможностям и могут иметь:

• индикацию;
• быструю зарядку;
• разный тип защиты.

Наиболее используемые ЗУ используют в работе медленный заряд, обусловленный малым током. Они не содержат в своей конструкции индикацию работы и не отключаются автоматически. Это более справедливо к встроенным приборам восстановления ёмкости. ЗУ, построенные на импульсных схемах, обеспечивают возможность ускоренного заряда. Они автоматически отключаются по достижению требуемой величины напряжения или в случае возникновения аварийной ситуации.

Типы применяемых батарей

Никель-кадмиевые аккумуляторы не испытывают проблем при заряде в ускоренном режиме. Такие батарейки обладают высокой нагрузочной способностью, невысокой ценой и спокойно переносят работы при минусовой температуре. К недостаткам относят: эффект памяти, токсичность, большую скорость саморазряда. Поэтому перед тем, как заряжать такого типа аккумулятор, его необходимо полностью разрядить. Батарея имеет высокую степень саморазряда и быстро разряжается, даже если её не используют. В настоящее время практически не выпускаются из-за своей токсичности. Из всех типов обладают наименьшей ёмкостью.

Никель-металл-гидридные по всем параметрам превосходят NiCd. У них меньше величина саморазряда, меньше выражен эффект памяти. При одинаковых размерах они имеют большую ёмкость. В их составе нет токсичного материала, кадмия. В ценовой категории этот тип занимает среднее положение, поэтому наиболее распространённый тип ёмкостных элементов в шуруповёрте именно он.

Литий-ионные характеризуются высокой ёмкостью и низким значением саморазряда. Эти аккумуляторы плохо переносят перегрев и глубокий разряд. В первом случае они способны взорваться, а во втором уже не смогут восстановить свою ёмкость. Они также способны работать при отрицательных температурах и не имеют эффекта памяти. Использование ЗУ с микроконтроллером позволило защитить батарею от перезаряда, тем самым сделав этот тип наиболее привлекателен к применению. По цене они дороже, чем первые два типа.

Кроме этого, основной характеристикой аккумуляторных батарей, является их ёмкость. Чем выше этот показатель — тем дольше работает шуруповёрт. Единица измерения ёмкости — миллиампер в час (мА/ч). Конструкция батареи заключается в последовательном соединении элементов питания и помещение их в общий корпус. Для Li-Ion напряжение на одном элементе составляет 3,3 вольта, для NiCd и NiMH — 1,2 вольта.

Принцип работы ЗУ

При выходе из строя ЗУ есть смысл сначала попробовать его восстановить. Для проведения ремонта желательно иметь схему прибора заряда и мультиметр. Схемотехника многих приборов заряда построена на микросхеме HCF4060BE. Её схема включения формирует выдержку интервала времени заряда. Она включает в себя цепь кварцевого генератора и 14-разрядный двоичный счётчик, благодаря чему на ней легко реализовывается таймер.

Принцип работы схемы зарядника проще разобрать на реальном примере. Вот как выглядит она в шуруповёрте Интерскол:

Такая схема предназначена для заряда 14,4-вольтовых аккумуляторов. Она имеет светодиодную индикацию, показывающую подключение в сеть, горит светодиод LED2, и процесс заряда, горит LED1. В качестве счётчика используется микросхема U1 HCF4060BE или её аналоги: TC4060, CD4060. Выпрямитель собран на силовых диодах VD1-VD4 типа 1N5408. Транзистор PNP типа Q1 работает в ключевом режиме, к его выводам подключены управляющие контакты реле S3-12A. Работой ключа управляет контроллер U1.

При включении ЗУ переменное напряжение сети 220 вольт через предохранитель поступает на понижающий трансформатор, на выходе которого её значение составляет 18 вольт. Далее, проходя через диодный мост, выпрямляется и попадает на сглаживающий конденсатор C1 ёмкостью 330 мкФ. Величина напряжения на нём равна 24 вольта. Во время подсоединения батареи контактная группа реле находится в разомкнутом положении. Микросхема U1 запитывается через стабилитрон VD6 постоянным сигналом равным 12 вольт.

Когда кнопка «Пуск» SK1 нажата, на 16-й вывод контроллера U1 поступает стабилизированный сигнал через резистор R6. Ключ Q1 открывается и через него поступает ток на выводы реле. Контакты прибора S3-12A замыкаются и начинается процесс зарядки. Диод VD8, включённый параллельно транзистору, защищает его от скачка напряжения, вызванного отключением реле.

Используемая кнопка SK1 работает без фиксации. При её отпускании всё питание поступает через цепочку VD7, VD6 и ограничительное сопротивление R6. И также питание подаётся на светодиод LED1 через резистор R1. Светодиод загорается, сигнализируя, что начат процесс заряда. Время работы микросхемы U1 настроено на один час работы, после чего питание снимается с транзистора Q1 и, соответственно, с реле. Его контактная группа разрывается и ток заряда пропадает. Светодиод LED1 гаснет.

Этот прибор заряда оборудован схемой защиты от перегрева. Реализуется такая защита с помощью датчика температуры — термопара SA1. Если во время процесса температура достигнет значения более 45 градусов Цельсия, то термопара сработает, микросхема получит сигнал и цепь заряда разорвётся. После окончания процесса напряжение на клеммах батареи достигает 16,8 вольт.

Такой способ зарядки не считается интеллектуальным, ЗУ не может определить, в каком состоянии находится батарея. Из-за чего продолжительность работы шуруповёрта от аккумулятора будет уменьшаться в связи с развитием у него эффекта памяти. То есть ёмкость аккумулятора каждый раз после заряда снижается.

Самодельные приборы для заряда

Самостоятельно сделать зарядку для шуруповёрта на 12 вольт своими руками, по аналогии с той, что применяется в ЗУ Интерскол, довольно просто. Для этого потребуется воспользоваться способностью термореле разрывать контакт при достижении определённой температуры.

В схеме R1 и VD2 представляют собой датчик прохождения тока заряда, R1 предназначен для защиты диода VD2. При подаче напряжения транзистор VT1 открывается, через него проходит ток и светодиод LH1 начинает светиться. Величина напряжения падает на цепочке R1, D1 и прикладывается к аккумулятору. Ток заряда проходит через термореле. Как только температура аккумулятора, к которому подключено тепловое реле, превысит допустимое значение, оно срабатывает. Контакты реле переключаются, и ток заряда начинает протекать через сопротивление R4, светодиод LH2 загорается, сообщая об окончании заряда.

Схема на двух транзисторах

Ещё одно простое устройство можно выполнить на доступных элементах. Эта схема работает на двух транзисторах КТ829 и КТ361.

Величина тока заряда управляется транзистором КТ361 к коллектору, которого подключён светодиод. Этот транзистор также управляет состоянием составного элемента КТ829. Как только ёмкость батареи начинает увеличиваться, ток заряда уменьшается и светодиод соответственно плавно гаснет. Сопротивлением R1 задаётся максимальный ток.

Момент полного заряда батареи определяется необходимым напряжением на ней. Требуемая величина выставляется переменным резистором на 10 кОм. Чтобы её проверить, понадобится поставить вольтметр на клеммах подключения батареи, не подключая её саму. В качестве источника постоянного напряжения используется любой выпрямительный блок, рассчитанный на ток не менее одного ампера.

Использование специализированной микросхемы

Производители шуруповёртов стараются снизить цены на свою продукцию, часто это достигается путём упрощения схемы ЗУ. Но такие действия приводят к быстрому выходу из строя самой батареи. Применяя универсальную микросхему, предназначенную именно для ЗУ компании MAXIM MAX713, можно добиться хороших показателей процесса заряда. Вот как выглядит схема зарядного устройства для шуруповёрта на 18 вольт:

Микросхема MAX713 позволяет заряжать никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы в режиме быстрого заряда, током до 4 C. Она умеет отслеживать параметры батареи и при необходимости снижать ток автоматически. По окончании зарядки схема на основе микросхемы практически не потребляет энергии от аккумулятора. Может прерывать свою работу по времени или при срабатывании термодатчика.

HL1 служит для индикации питания, а HL2 — для отображения быстрого заряда. Настройка схемы заключается в следующем. Для начала выбирается зарядный ток, обычно его значение составляет величину равную 0,5 C, где C — ёмкость аккумулятора в амперчасах. Вывод PGM1 соединяется с плюсом напряжения питания (+U). Мощность выходного транзистора рассчитывается по формуле P=(Uвх — Uбат)*Iзар, где:

• Uвх – наибольшее напряжение на входе;
• Uбат – напряжение на аккумулятор;
• Iзар – зарядный ток.

Сопротивление R1 и R6 рассчитывается по формулам: R1=(Uвх-5)/5, R6=0.25/Iзар. Выбор времени, через которое зарядный ток отключится, определяется подключением контактов PGM2 и PGM3 к разным выводам. Так, для 22 минут PGM2 оставляется неподключенным, а PGM3 соединяется с +U, для 90 минут PGM3 коммутируется с 16 ногой микросхемы REF. Когда понадобится увеличить время зарядки до 180 минут PGM3 закорачивают с 12 ногой MAX713. Наибольшее время 264 минуты достигается соединением PGM2 со второй ногой, а PGM3 с 12 ногой микросхемы.

Зарядка шуруповёрта без зарядного

Восстановить батарею без помощи ЗУ несложно, но многие не представляют, как. Зарядить аккумулятор шуруповёрта без зарядного устройства можно, используя любой блок питания с постоянным напряжением. Величина его должна быть равной или немного больше значения напряжения заряжаемого аккумулятора. Например, для 12V батареи можно взять выпрямитель для зарядки автомобиля. С помощью клеммных зажимов и проводов подключить, соблюдая полярность, их друг к другу минут на тридцать, при этом контролируя температуру батареи.

А можно провести доработку и устройства питания с большим напряжением, воспользовавшись простым интегральным стабилизатором. Микросхема LM317 позволяет управлять входным сигналом до 40 вольт. Понадобится два стабилизатора: один включается по схеме стабилизации напряжения, а второй — тока. Такую схему можно применить и при переделке ЗУ, не имеющего узлов контроля процесса зарядки.

Работает схема совсем несложно. Во время работы образуется падение напряжения на резисторе R1, его хватает для того, чтобы засветился светодиод. По мере заряда ток в цепи падает. Через некоторое время напряжение на стабилизаторе будет малым и светодиод погаснет. Резистор Rx задаёт наибольший ток. Его мощность выбирается не менее 0,25 ватт. При использовании такой схемы аккумулятор не сможет перегреваться, поскольку устройство автоматически отключается при полном заряде батареи.

Часто можно встретить вредные советы, что зарядить аккумулятор можно, используя диодный мост и лампу накаливания на 100 Вт. Так делать категорически нельзя, потому что отсутствует гальваническая развязка и, кроме смертельного поражения электрическим током, существует большая вероятность взрыва батареи.

Самодельное зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов шуруповерта

В предыдущей статье я рассматривал вопрос о замене никель-кадмиевых (никель-марганцевых) NiСd(NiMn) аккумуляторов шуруповерта на литиевые. Надо рассмотреть несколько правил по зарядке аккумуляторов.

Литий ионные аккумуляторы размера 18650 в основном могут заряжаться до напряжения 4,20В на ячейку с допустимым отклонением не больше 50 мВ потому, что увеличение напряжения может привести повреждению структуры батареи. Ток заряда аккумулятора может составлять 0,1хС до 1хС (здесь С-емкость). Лучше выбрать эти значение по даташиту. Я применил в переделке шуруповерта аккумуляторы марки Samsung INR18650-30Q 3000mAh 15A . Смотрим даташит-ток зарядки -1,5А.

Наиболее правильным будет провести заряд литиевых аккумуляторов в два приема по методике CCCV (ток постоянный, постоянное напряжение).

Первый этап- должен обеспечить постоянный ток заряда. Величина тока равна 0.2-0.5С. Я применил аккумулятор емкостью 3000 мА/ч, значит номинальный ток заряда будет 600-1500мА. После зарядка банки идет на неизменном напряжении, ток постоянно уменьшается.

Поддерживается напряжение на аккумуляторе в пределах 4.15-4.25В. Аккумулятор зарядился если ток уменьшится до 0.05-0.01С. Принимая во внимание вышесказанное используем электронные платы с Алиэкспресс. Понижающая плата CC/CV с ограничением по току на микросхеме XL4015E1 или на LM2596. Предпочтительней плата на XL4015E1 так, как она более удобна в настройках.

Характеристики XL4015E1.
Максимальный выходной ток до 5 А.
Напряжение на выходе: 0.8 В-30 В.
Напряжение на входе 5 В-32 В.
Плата на LM2596 имеет аналогичные параметры, только ток до 3 А.

Перечень инструментов и материалов.

-адаптер 22012 В, 3 А -1шт;
-штатное зарядное устройство шуруповерта (или источник питания);
-плата заряда CC/CV на XL4015E1 или на LM2596 -1шт;
-соединительные провода -паяльник;
-тестер;
-пластмассовая коробка для плата заряда -1шт;
-минивольтметр -1шт;
-переменный резистор (потенциометр) на 10-20 кОм -1шт;
-разъем питания для аккумуляторного отсека шуруповерта -1шт.

Шаг первый. Сборка ЗУ аккумуляторов шуруповерта на адаптере.

Плату cccv мы уже выбрали выше. В качестве источника питания можно применить любой с такими параметрами-выходное напряжение не ниже 18 В (для схемы 4S),ток 3 А. В первом примере изготовления зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов шуруповерта я использовал адаптер 12 В, 3 А.

Предварительно я проверил какой ток он может выдать пир номинальной нагрузке. Подключил к выходу автолампу и выждал полчаса. Выдает свободно без перегруза 1,9 А. Также измерил температуру на радиаторе транзистора-40°C. Вполне нормальный режим.

Но в этом случае не хватает напряжения. Это легко исправимо, с помощью всего одной копеечной радиодетали-переменного резистора (потенциометр) на 10-20 кОм. Рассмотрим типовую схему адаптера.

На схеме есть управляемый стабилитрон TL431, он находится в цепи обратной связи. Его задача поддерживать стабильное выходное напряжение в соответствие с нагрузкой. Через делитель из двух резисторов он подключен к плюсовому выходу адаптера. Нам нужно припаять к резистору(или выпаять его совсем и на его место припаять, тогда напряжение будет регулироваться и в меньшую сторону) который подключен к выводу 1 стабилитрона TL431 и к минусовой шине переменный резистор. Вращаем ось потенциометра и выставляем нужное напряжение. В моем случае я задал 18 В (небольшой запас от 16,8 В для падения на плате CC/CV). Если у вас напряжение указанное на корпусах электролитических конденсаторах стоящих на выходе схемы будет больше нового напряжения они могут взорваться. Тогда надо заменить их с запасом 30% по напряжению.

Далее подключаем к адаптеру плату для управление зарядом. Выставляем подстроечным резистором на плате напряжение 16,8 В. Другим подстроечным резистором выставляем ток 1,5 А, предварительно подключаем тестер в режиме амперметра к выходу платы. Теперь можно подсоединить литий-ионной сборку шуруповерта. Зарядка прошла нормально, ток к концу заряда упал до минимума, батарея зарядилась. Температура на адаптере была в пределах 40-43°C, что вполне нормально. В перспективе можно в корпусе адаптера для улучшения вентиляции (особенно в летнее время) насверлить отверстия.

Окончание заряда батареи можно увидеть по включению светодиода на плате на XL4015E1. В данном примере я использовал другую плату на LM2596 так, как случайно в ходе экспериментов сжег XL4015E1. Советую делать зарядку лучше на плате XL4015E1.

Шаг второй. Сборка схемы зарядного устройства аккумуляторов шуруповерта на штатном зарядном.

У меня было штатное зарядное от другого шуруповерта. Оно рассчитано на зарядку никель-марганцевых аккумуляторов. Задача стояла в том чтобы заряжать и никель-марганцевые аккумуляторы и литий-ионные.

Это решилось просто- припаял к выходным проводам (красный плюс, черный минус) провода к плате CC/CV.
Напряжение холостого хода на выходе штатное зарядного было 27 В, это вполне подходит для нашей зарядной платы. Далее все то же как и варианте с адаптером.

Окончание зарядки здесь мы видим по изменению цвета свечения светодиода(переключился с красного на зеленый).

Саму плату CC/CV я поместил в подходящую пластмассовую коробку, выведя провода наружу.

Если у вас штатное зарядное на трансформаторе то можно подключить плату CC/CV после диодного мостика выпрямителя.

Способ переделки адаптера под силу начинающим и может пригодиться в других целях, в результате получим бюджетный блок для питания различных устройств.

Подробнее в ролике:

Всем желаю здоровья и успехов в жизни и творчестве!

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Автоматическое зарядное устройство для аккумулятора шуруповерта схемы

«Народный» зарядник для шуруповёрта

Автор: arhimed2007, arhimed@ukr.net
Опубликовано 27.10.2015
Создано при помощи КотоРед.

Мрр-мяу! Воистину, лень — тормоз прогресса. Уже лет несколько валялся у меня в загашнике шуруповёрт. Польский (если верить паспорту), марки «VERTO», на 12 В. Когда-то выменял его на одну из древних мобил. НОВЫЙ! В УПАКОВКЕ. Но, блин, аккумулятор. С полного заряда его через месяц работы уже не хватало на десяток шурупов. Чуть позже я унюхал кем-то выброшенную начинку от аккумулятора BOSH и ею перепаковал свой аккумулятор. Но. те же грабли! Новые покупать задавила жаба. В общем, забросил я его куда подальше.

Так поляцкий продухт и валялся несколько лет. А недавно мне приволокли в ремонт другой шурик, на 14,4 В, марки «MATRIX». Один из шедших в комплекте аккумуляторов сдох, причём бОльшую часть банок тупо закоротило. В результате зарядное издало пшик и прогорело так, что аж корпус деформировался, и блок питания скис. Как всегда, термопредохранитель. Второй аккумулятор оказался вполне живым.

Естественно, просто восстановить «родной» зарядник — не вариант, если возможны такие дефекты. Нужна как минимум защита от перегрузки. Серьёзный зарядник с анализатором городить было влом, кроме того, в умных книжках говорилось, что самым простым в исполнении для NiCd является «капельный» режим заряда — током 0,1С, где С — численный эквивалент ёмкости батареи в ампер-часах. При этом не случается перезаряда и ток заряда по окончании процесса просто компенсирует саморазряд, который у банок от дядюшки Ляо достаточно высок. Таким образом, зарядник просто должен представлять собой стабилизатор тока. Он же не даст спалить блок питания в случае повторения истории с дохлой батареей.

«Родные» же зарядники, как оказалось, не блещут не только сложностью, но и качеством работы. Токозадающий резистор в них очень часто прогорает до дыр в плате, ток задаётся наобум Лазаря, ни тебе защиты, ни стабилизации! Посему от оригинальных китайских плат было решено избавиться и вставить вместо них более пристойный зарядник.

Изваять оный девайс было решено, как всегда, из подручных средств, а именно старого компьютерного железа. В качестве регулирующего элемента был выбран мощный MOSFET с материнской платы. Типовая схема стабилизатора тока на полевом транзисторе была дополнена индикацией питания и процесса заряда. Получилось вот что:
Собственно стабилизатор тока выполнен на элементах VT2, VT3 и токоизмерительном резисторе R5. Стабилитрон VD2 защищает MOSFET от превышения напряжения сток — затвор. На VT1 выполнен индикатор окончания заряда, гасящий красный светодиод HL2, когда напряжение на истоке VT3 упадёт ниже порога открывания минус падение напряжения на R4. А это, в свою очередь, происходит при увеличении напряжения на батарее свыше 15 В. Второй светодиод горит всё время, индицируя наличие питания на заряднике. Диод VD1 предохраняет батарею от разряда через схему при отключении БП.

В качестве VT1, VT2 были взяты самые распространённые в компьютерном барахле MMBT3904 (корпус SOT-23 с маркировкой 1Ам, t04, р04 или ещё несколько вариантов). VT3 — APM2025, шотя походу сойдёт любой n-MOSFET, применяемый в стабилизаторах питания материнских плат. Резисторы типоразмера 1206 взяты со старых серверных плат, хотя можно применить и меньшие. Просто под 1206 легче изготовить плату. Оттуда же был сдут и конденсатор того же типоразмера. Единственный выводной резистор — R5, который я установил мощностью 3 Вт. Хотя при желании его можно изваять из нескольких включенных параллельно 1210 от винчестеров, они такой ток выдержат.

Плата, как всегда, была разведена в Sprint Layout 6 и выполнена методом ЛУТ. Совмещение сторон выполнялось булавками через отверстия по краям платы. Переходы между слоями выполнены обрезками выводов, запаянными с двух сторон. Красный провод на фото — ошибка, которая в выложенном варианте платы уже исправлена. 🙂 Разводка выполнялась точно под корпус. Разъём блока питания прикошачен непосредственно к плате. Подгонять эту конструкцию под направляющие в корпусе пришлось дремелем с фрезой, хотя можно и резаком, правда, не так аккуратно.

Заработал зарядник сразу и на ура, что говорит об отсутствии ошибок в монтаже. Рабочую батарею зарядил примерно за три часа, дохлая же не вызвала серьёзного перегрева элементов в течение 20 минут, после чего АКБ была перепакована.

Следующим номером я решил сделать аналогичный девайс и под свой 12В шуруповёрт. Ведь ёмкость их аккумуляторов одинакова, значит, и ток заряда такой же. Вдруг когда дойдут руки купить солидные банки для перепаковки его батареи! Вот вариант его платы:

Как оказалось, перепакованные бошевские банки этой штуковиной заряжаются отнюдь не так уж плохо! Заряда батарей хватало примерно на час непрерывной работы, что для такой дешёвки очень даже пристойно. Вся технология изготовления была такой же, как и в клиентском шуруповёрте. Только стабилитрон я поставил советский двунаправленный — его давно надо было куда-нибудь деть 🙂

Разъём был посажен в корпус посредством того же подпиливания дремелем, после чего плата легла как родная.

В итоге имеем несложную и халявную замену примитивным зарядникам, поставляемым в комплекте с дешёвыми шуруповёртами, что позволяет использовать их батареи на всю доступную ёмкость. Разумеется, при нынешних достижениях микроминиатюризации можно напичкать тот же корпус ещё массой дополнительных прибамбасов — таймером, переключателем режимов заряда, звуковой сигнализацией и т.д. Но это всё уже снижает доступность схемы для повторения слесарем дядей Васей 🙂

Конструкция зарядного устройства от шуруповёрта

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.

Как сделать зарядное устройство для шуруповёрта?

Часто родное зарядное устройство, входящее в комплект шуруповерта, работает медленно, долго заряжая аккумулятор. Тем, кто интенсивно использует шуруповерт, это очень мешает в работе. Несмотря на то, что в комплект входит обычно два аккумулятора (один установлен в рукоятку инструмента и в работе, а другой подключен к зарядному устройству и находится в процессе зарядки), часто владельцы не могут приспособиться к рабочему циклу аккумуляторов. Тогда имеет смысл изготовить зарядное устройство своими руками и зарядка станет удобнее.

Виды батарей

Аккумуляторы неодинаковы по типам и режимы заряда у них могут быть разными. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи являются очень хорошим источником энергии, способны отдавать большую мощность. Однако, по экологическим причинам их производство прекращено и они будут встречаться все реже и реже. Сейчас всюду их вытеснили литий-ионные аккумуляторы.

Сернокислотные (Pb) свинцовые гелевые аккумуляторы имеют неплохие характеристики, но утяжеляют инструмент и поэтому не пользуются особой популярностью, несмотря на относительную дешевизну. Поскольку они гелевые (раствор серной кислоты загущается силикатом натрия), то никаких пробок в них нет, электролит из них не вытекает и ими можно пользоваться в любом положении. (Кстати, и никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов тоже относятся к классу гелевых.)

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) являются сейчас наиболее перспективными и продвигаемыми в технике и на рынке. Их особенностью является полная герметичность ячейки. Они имеют весьма высокую удельную мощность, безопасны в обращении (благодаря встроенному контроллеру заряда!), выгодно утилизируются, являются наиболее экологически чистыми, имеют малый вес. В шуруповертах в настоящее время применяются очень часто.

Режимы заряда

Номинальное напряжение Ni-Cd ячейки 1.2 В. Никель-кадмиевый аккумулятор заряжается током от 0.1 до 1.0 номинальной емкости. Это означает, что аккумулятор емкостью 5 амперчасов можно заряжать током от 0.5 до 5 А.

Заряд сернокислотных аккумуляторов хорошо знаком всем людям, держащим в руках шуруповерт, ведь практически каждый их них еще и автолюбитель. Номинальное напряжение ячейки Pb-PbO2 составляет 2.0 В, а ток зарядки свинцового сернокислотного аккумулятора всегда 0.1 C (доля тока от номинальной емкости, см. выше).

Литий-ионная ячейка имеет номинальное напряжение 3.3 В. Ток заряда литий-ионного аккумулятора, 0.1 C. При комнатной температуре этот ток можно плавно повышать до 1.0 С – это быстрый заряд. Однако, это годится только для тех батарей, которые не были переразряжены. При заряде литий-ионных батарей следует точно соблюдать напряжение. Заряд производится до 4.2 В точно. Превышение резко снижает срок службы, понижение – уменьшает емкость. При зарядке следует следить за температурой. Теплый аккумулятор следует либо ограничить током до 0.1 С, либо отключить до остывания.

ВНИМАНИЕ! При перегреве литий-ионного аккумулятора при зарядке свыше 60 градусов Цельсия возможен его взрыв и возгорание! Не следует слишком полагаться на встроенную электронику безопасности (контроллер заряда).

При заряде литиевой батареи, контрольное напряжение (напряжение окончания заряда) образует приблизительный ряд (точные напряжения зависят от конкретной технологии и указаны в паспорте на батарею и на ее корпусе):

Напряжение заряда следует контролировать мультиметром или схемой с компаратором напряжения, настроенным точно на применяемую батарею. Но для “электронщиков начального уровня” реально можно предложить только простую и надежную схему, описанную в следующем разделе.

Зарядное устройство + (Видео)

Зарядное устройство, которое предлагается ниже, обеспечивает нужный зарядный ток для любого аккумулятора из всех перечисленных. Шуруповерты питаются от аккумуляторов с разными напряжениями 12 вольт или 18 вольт. Это неважно, главный параметр зарядного устройства для аккумуляторов – ток заряда. Напряжение зарядного устройства при отключенной нагрузке всегда выше номинального, оно падает до нормы при подключении батареи при заряде. В процессе заряда оно соответствует текущему состоянию аккумулятора и обычно чуть выше номинального в конце заряжания.

Зарядное устройство представляет собой генератор тока на мощном составном транзисторе VT2, который питается от выпрямительного мостика, подключенного к понижающему трансформатору с достаточным выходным напряжением (см. таблицу в предыдущем разделе).

Этот трансформатор должен также иметь достаточную мощность, чтобы обеспечить необходимый ток при длительной работе без перегрева обмоток. Иначе он может сгореть. Ток заряда выставляется регулировкой резистора R1 при подключенном аккумуляторе. Он остается постоянным в процессе заряда (тем постоянней, чем выше напряжение от трансформатора. Примечание: напряжение от трансформатора не должно превышать 27 В).

Резистор R3 (не менее 2 Вт 1 Ом) ограничивает максимальный ток, а светодиод VD6 горит, пока идет заряд. К концу заряда, свечение светодиода уменьшается и он гаснет. Тем не менее, не забывайте про точный контроль напряжения литий-ионных аккумуляторов и их температуру!

Все детали в описанной схеме монтируются на печатной плате из фольгированного текстолита. Вместо диодов, указанных в схеме, можно взять русские диоды КД202 или Д242, они довольно доступны в старом электронном ломе. Располагать детали надо так, чтобы на плате оказалось как можно меньше пересечений, в идеале ни одного. Не следует увлекаться высокой плотностью монтажа, ведь вы собираете не смартфон. Распаивать детали вам будет значительно легче, если между ними останется по 3-5 мм.

Транзистор должен быть установлен на теплоотводе достаточной пощади (20-50 см.кв). Все части зарядного устройства лучше всего смонтировать в удобный самодельный корпус. Это будет самым практичным решением, в работе вам ничто не будет мешать. Но здесь могут возникнуть большие сложности с клеммами и подключением к аккумулятору. Поэтому лучше сделать так: взять старое или неисправное зарядное устройство у знакомых, подходящее к вашей модели аккумулятора, и подвергнуть его переделке.

• Вскрыть корпус старого зарядного устройства.
• Удалить из него всю бывшую начинку.
• Подобрать следующие радиоэлементы:

Зарядное устройство (зарядка) для шуруповерта и его схемы

Шуруповерт — инструмент, который есть почти у каждого домашнего мастера. Как и другие электрические приборы, он требует подключения к сети либо аккумулирует заряд. Наиболее распространен последний вариант. Для подпитки съемного аккумулятора нужно зарядное устройство. Обычно оно есть в наборе. Однако, как и любое другое устройство, зарядка для шуруповерта не застрахована от поломки. Чтобы восстановить работоспособность инструмента, придется приобрести замену или сделать его самостоятельно.

Существует множество зарядок, подходящих для определенных марок и моделей инструментов. Все их можно разбить на основные виды.

Аналоговые со встроенным блоком питания

Аналоговые со встроенным блоком питания — довольно востребованы. Это объясняется невысокой стоимостью. Обычно не относятся к профессиональному оборудованию, быстро выходят из строя и «не хватают звезд с неба». Минимальная задача, которую, как правило, ставят их производители — получить постоянное напряжение и токовую нагрузку, необходимую для работы.

Устройства работают по принципу стабилизатора. Можно сделать самостоятельно, используя приведенную схему. Для работы нужно запомнить:

1. Напряжение на выходе блока-зарядки — больше номинала батареи.
2. Подходит любой тип аккумулятора.
3. Можно использовать обычную монтажную плату.
4. Такие стабилизаторы применяют компенсационный принцип: ненужная энергия, тепло отводится. Для его рассеивания можно взять, например, медный радиатор. Площадь — 20 см².
5. Трансформатор на входе (Тр1) изменяет напряжение с 220 до 20 В. Его мощность определяется по току и напряжению на выходе.
6. Ток выпрямляется диодным мостом (VD1).
7. Можно позаимствовать решение производителей: сборку диодов Шоттки.
8. После выпрямления ток — пульсирующий, что вредно. Для сглаживания нужен электролитический конденсатор (С1).
9. В качестве стабилизатора идет КР142ЕН. Для 12 В ее индекс — 8Б.
10. Управление — на основе транзистора (VT2) и резисторов (подстроечных).
11. Автоматическое отключение после зарядки обычно не предусматривается. Придется самостоятельно определять необходимое время. Как вариант, можно использовать цепь, включающую диод (VD2), транзистор (VT1). После зарядки светодиод (HL1) тухнет. Есть и более серьезные варианты с коммутатором и электронным ключом, отключающиеся автоматически.

Если инструмент — бюджетный, схема его «родного» зарядника может быть проще. Неудивительно, что такие изделия быстро выходят из строя. Иногда без зарядки остается сравнительно новый шуруповерт. Используя рассмотренную выше схему, можно ответственно подойти к вопросу и устройство, скорее, прослужит дольше покупного. Подходящие трансформатор и стабилизатор определяются индивидуально для конкретного шуруповерта.

Аналоговые зарядки с внешним блоком питания

Аналоговые с внешним блоком, как видно из названия, состоят:

• из сетевого блока;
• зарядника.

Блок — обычный, включает:

• трансформатор;
• диодный мост;
• выпрямитель;
• конденсаторный фильтр.

В фабричных сборках обычно нет теплоотвода. Его роль может выполнять резистор повышенной мощности. Одна из типичных причин поломок — в тепловом режиме.

Чтобы исправить ситуацию, для начала нужно выяснить, работает ли источник питания. Если функционирует, его дополняют схемой управления, если нет — ищется другой. Вполне подойдет, например, от ноутбука. Он имеет 18 В на выходе, что вполне достаточно. Остальные детали обычно найти не составляет труда. Они очень мало стоят, можно позаимствовать из другой техники.

Схема блока управления представлена ниже. Используется транзистор KT817, для усиления — КТ818. Нужен радиатор. Примерная площадь — 30−40 см². Здесь будет рассеиваться до 10 Вт

Многие китайские производители пытаются экономить буквально на каждой мелочи. Этого нужно избегать, если нужно более или менее достойное качество. В самодельной схеме есть подстроечник на 1 кОм. Он нужен для точной установки тока. На выходе — резистор на 4,7 Ом. Он рассеивает тепло. Светодиод оповестит об окончании зарядки

Полученная плата управления — примерно со спичечный коробок. Она вполне уместится в заводской коробке. Радиатор для транзистора выносить наружу нет необходимости. Достаточно движения воздуха внутри корпуса

Импульсные

Аналоговые устройства долго заряжаются: в среднем — 3−5 часов. Хотя для бытовых целей это не страшно. Другое дело — профессиональная сфера, где «время — деньги». Стоит такая продукция — соответствующе, в наборе обычно два аккумулятора.

Профессионалы чаще используют импульсные зарядные устройства. Они обладают интеллектуальной схемой управления процессом. Время полной зарядки впечатляет: около одного часа. Конечно, можно сделать такой же быстрый аналоговый зарядник, но тогда впечатлять будут его вес и размеры.

Импульсные устройства компактны и безопасны. Высокие качества требуют продуманной, сложной схемы. Однако можно повторить и ее. Схема ниже подходит для работы с никель-кадмиевыми аккумуляторами с третьим сигнальным контактом.

Применяется известный контроллер MAX713. Входное напряжение —25 В. Источник питания — простой, поэтому его схемы здесь нет.

Полученное в итоге зарядное для шуруповерта «отличается умом и сообразительностью». Оно проверяет напряжение и включает режим ускоренного заряда. Аккумулятор готов примерно через 1−1,5 часа. Схема позволяет выбирать:

На ней указано значение резистора (R 19) для переключения режимов и положение перемычек. Используя предложенный рисунок, можно отремонтировать поломку. Дополнительным стимулом станет финансовый вопрос. Экономия как минимум в два раза.

Зарядка при неисправном аккумуляторе

Иногда бывает так, что сам шуруповерт работает, но сломался аккумулятор. Есть несколько вариантов решения проблемы:

1. Покупка нового.
2. Ремонт старого. Если это делать самостоятельно, потребуются специальные знания. К тому же не каждый захочет работать с вредными веществами.
3. Подключение через блок питания. Например, если в наличии распространенный «китаец» на 14,4 В, подойдет автомобильный аккумулятор. Можно собрать свой из трансформатора на 15−17 В. Потребуются диодный мост (выпрямитель) и термостат для борьбы с перегревом. Остальные компоненты — только для контроля за напряжением на входе и выходе. Стабилизатор не нужен.
4. «Родной» аккумулятор или его заменители вообще можно исключить из конструкции. Шуруповерт будет питаться от сети напрямую.

Модели с разным напряжением

Мало определиться с типом зарядника и маркой производителя, для приобретения нужно знать еще напряжение своего шуруповерта. Самые распространенные варианты — 12, 14 и 18 В.

Зарядки на 12 В

Цепь может состоять из транзисторов до 4,4 пФ. Это видно на схеме зарядного устройства для шуруповерта 12 вольт. Проводимость в цепи — 9 мк. Конденсаторы нужны, чтобы контролировать скачки тактовой частоты. Применяемые резисторы — обычно полевые. У зарядных устройств на тетродах есть дополнительный фазовый резистор. Он защищает от электромагнитных колебаний.

Зарядки на 12 В работают с сопротивлением до 30 Ом. Нередко их можно встретить на аккумуляторах на 10 мАч. Среди известных производителей чаще применяет Makita.

Зарядки на 14 В

На схеме видно, что для зарядок на 14 В нужно пять транзисторов. Другие особенности цепи:

• микросхема подходит только четырехканальная;
• конденсаторы — импульсные;
• для работы с аккумуляторами на 12 мАч нужны тетроды;
• два диода;
• проводимость — около 5 мк;
• средняя емкость резистора — не более 6,3 пФ.

Устройства, созданные по схеме, выдерживают ток до 3,3 А. Триггеры включаются в цепь редко. Исключением является продукция Bosch. У изделий Makita триггеры с успехом заменяются волновыми резисторами.

Зарядки на 18 В

Зарядное устройство для шуруповерта 18 вольт использует в схеме лишь транзисторы переходного типа. К другим особенностям изделий относятся:

• три конденсатора;
• тетрод и диодный мост;
• сеточный триггер;
• проводимость тока — около 5,4 мк, иногда для ее увеличения применяются хроматические резисторы.

Использование трансиверов повышенной проводимости является особенностью отечественной компании «Интерскол». Токовая нагрузка может доходить до 6 А. Makita часто использует в своих моделях дипольные транзисторы высокого качества.

Какой бы производитель шуруповерта ни был выбран, проблему с заменой зарядного устройства можно легко решить. Для этого достаточно хотя бы знать некоторые особенности своего инструмента.