Назначение и принцип действия устройства.
Данное устройство предназначено для зарядки аккумуляторных батарей и, в ряде случаев, восстановлении их в режиме десульфатации.
Это устройство по структуре не отличается новизной, поскольку в первоначальный его проект была заложена традиционная схема трансформатор— регулятор тока—выпрямитель. В дальнейшем оно было усложнено добавлением узлов управления и контроля заряда. Завершилась работа введением режима десульфатации батареи путем ее зарядки током с разрядной составляющей. Несмотря на все усложнения, зарядное устройство осталось довольно простым по схеме, легким в налаживании и удобным в эксплуатации.
Узел контроля следит за напряжением на батарее в процессе зарядки, отключает ее по достижении полного заряда и сигнализирует об этом включением светодиода.
Режим десульфатации позволяет в ряде случаев восстановить емкость батарей, эксплуатация которых не во всем соответствовала установленным правилам. В этом режиме постоянный зарядный ток заменяется зарядно-разрядным. Соотношение значений тока зарядки и разрядки в этом режиме 10: 1. Такой режим также может оказаться полезным и при профилактике исправных батарей.
Зарядный пульсирующий ток, подаваемый на батарею аккумуляторов, снимается со вторичной обмотки понижающего трансформатора Т1 (см. схему). В нормальном режиме симистор VS2 открывается в обоих полупериодах переменного сетевого напряжения. Резистором R10, входящим в состав узла управления, можно в некоторых пределах регулировать зарядный ток.
При сильно разряженной батарее ток может достигать 5 А, уменьшаясь по мере зарядки до 1 А. Напряжение при этом, наоборот, увеличивается до 15, 8... 16, 2 В, что и дает возможность зафиксировать момент окончания зарядного процесса. Узел контроля выполнен на компараторе DA1. Порог
срабатывания компаратора устанавливают переменным резистором R1.
Как только напряжение на батарее превысит пороговое, компаратор переключится и на его выходе появится напряжение высокого уровня. В результате откроется тринистор VS1 и сработает реле К1. Контактами К1.1 оно разомкнет цепь управления мощным симистором VS2, он закроется и обесточит нагрузку.
Контакты К 1.2 реле включат светоди-од HL2, указывая на то, что батарея заряжена, а К1.3 размыкают цепь разрядного резистора R12. Светодиод HL1 светит лишь тогда, когда трансформатор Т1 подключен к сети, а свечение индикатора HL3 свидетельствует о том, что батарея подключена к устройству в правильной полярности и она разряжена не слишком.
От подключения батареи в обратной полярности зарядное устройство защищает предохранитель FU2. Если в процессе зарядки батарея по каким-либо причинам отключится, напряжение на плюсовом зажиме нагрузки увеличится, что приведет к срабатыванию компаратора DA1. Поэтому симистор VS2 немедленно закроется и включится светодиод HL2.
Режим десульфатации включают тумблером SA2. При этом размыкаются контакты SA2.1 и замыкаются SA2.2. Симистор будет включаться только на половину периода сетевого напряжения, а в течение второго полупериода через батарею и резистор R12 будет протекать разрядный ток. Выпрямителем в этом режиме работает симистор, а диодный мост VD6—VD9 лишь обеспечивает необходимую полярность зарядного напряжения.
После срабатывания узла автоматики и окончания зарядки батареи она окажется нагруженной цепью светодиода HL3. Несмотря на совершенно незначительный ток через этот светодиод, заряженную батарею лучше сразу отключить от зарядного устройства. Если же своевременного отключения обеспечить нельзя, последовательно с батареей, в точке А, следует включить мощный диод (например, Д242А) катодом в сторону моста VD6—VD9.
Для того чтобы уменьшить склонность компаратора к " дребезгу" вблизи зоны срабатывания, к его входам (выводы 3 и 4) подключен конденсатор С2. Емкость надо определить экспериментально (начиная с 10 пФ).
Трансформатор Т1 должен иметь габаритную мощность не менее 160 Вт. Симистор может быть любым на ток не менее 10 А. Желательно установить его на теплоотвод с полезной площадью около 100 см2. Мощные диоды
также следует снабдить теплоотводами. Реле К1 — РЭС22, паспорт РФ4.500.131П2. Его можно заменить реле РЭС9, паспорт РС4.529.029-11; при этом цепь R6HL2 надо подключить параллельно обмотке реле К1.
Налаживание зарядного устройства состоит в установке напряжения 8 В на выводе 3 компаратора DA1.
При включенном зарядном устройстве в отсутствие заряжаемой батареи включается светодиод HL2 " Окончание зарядки". Это не признак неисправности устройства, а результат увеличения напряжения на его выходе без нагрузки. Как только батарея (разряженная) будет подключена, светодиод погаснет.
2. Проектирование печатной платы.
Габаритные размеры печатной платы должны соответствовать ГОСТ10317-79 при максимальном соотношении сторон 5: 1. Допускается использование нестандартных размеров и конфигураций печатной платы, если это технически обосновано. Данная плата прямоугольной формы, габаритами длинной 120 и шириной 100, а также толщиной 1, 5 мм.
2.1. Выбор размещения элементов на печатной плате.
При размещении на печатной плате необходимо учитывать, то что элементы, имеющие наибольшее количество связей с разъемом, должны располагаться вблизи него. Суммарная длина линий связи должна быть минимальной, изгибов линий связи должно быть как можно меньше. Необходимо равномерно распределять проводники, а также учитывать их электрические характеристики, и особые требования по установке элементов исходя из технической документации по каждой группе элементов.
Выполнение этих требований позволит избежать некорректной работы, позволит сэкономить материалы и уменьшить трудоемкость изготовления печатной платы и повысит ее надежность.
Для уменьшения трудоемкости изделия, для упрощения конструкции прибора, были использованы разъемные соединения проводов.
Также для уменьшения габаритов прибора, были заменены диоды диодного моста на импортный аналог, а также триак.
Схема электрическая принципиальная.
Разъем питания 15 контактов (п) на плату, шаг 2.5мм
Артикул: EWL-15
Предохранители.
  
Предохранитель 5х20 мм 1.0А, стеклянный, сверхбыстрый, с выводами  .
 Тиристоры и симисторы (триаки)
 
Для того чтобы тиристор (триак) перевести в открытое состояние: ток затвора Е IGT необходимо подавать до достижения тока нагрузки Е IL. Эти условия должны выполняться при минимальной ожидаемой рабочей температуре перехода.
Для переключения тиристора (или триака), ток нагрузки должен быть < IH в течение достаточного времени позволяющего вернуться к состоянию отсутствия проводимости. Это условие должно быть выполнено при самой высокой ожидаемой рабочей температуре перехода.
При проектировании необходимо избегать включения триака в 3+ квадранте (MT2-, G +).
Для минимизации шумового срабатывания следует свести к минимуму длину проводников к затвору. Подключить общий провод непосредственно к T1 (или катоду). Желательно использовать витую пару или экранированный кабель. Можно поставить резистор до 1Ком между затвором и T1, или шунтировать затвор конденсатором и соединённым с ним последовательно резистором.
Один из вариантов - использование нечувствительных триаков ряда " H".
Если есть вероятность превышения значения dVD/dt или dVCOM/dt, необходимо включить RC демпфер между T1 и T2. Если есть вероятность превышения значения dICOM/dt, необходимо включить последовательно с нагрузкой катушку индуктивности в несколько mH.
Альтернатива - использование HI-Com триаков.
Если есть вероятность превышения VDRM триака во время переходных процессов, необходимо принять следующие меры:
Ограничить высокий dIT/dt не насыщаемой катушкой индуктивности на несколько mH последовательно с нагрузкой;
Использовать MOB параллельно питанию в комбинации с фильтром к источнику питания.
Если есть вероятность превышения значения dIT/dt необходимо установить последовательно с нагрузкой индуктивность в несколько mH или терморезистор с обратным температурным коэффициентом.
Для резистивных нагрузок можно использовать режим включения при нулевой разности потенциалов.
При монтаже триака (тиристора) необходимо избегать приложения чрезмерных механических усилий. Перед пайкой необходимо закрепить прибор одним из трёх выше перечисленных способов. Особое внимание необходимо уделить плотности прилегания корпуса прибора к радиатору.
Для надёжной работы прибора, необходимое значение Rth j-a должно быть достаточно низко, чтобы держать температуру перехода в пределах Tj max при самой высокой ожидаемой температуре окружающей среды.
Диоды.
 
Диодный мост.
 
Конденсаторы.
Электролитический конденсатор общего применения серии WK
 Компаратор.
  Микросхемы изготовлены по биполярной технологии и представляют собой компаратор напряжения. Благодаря малым входным токам и большому коэффициенту усиления могут подключаться к высокоомным датчикам, использоваться в прецизионных преобразователях сигналов, генераторах импульсов. Предусмотрена возможность совместной работы с ЭСЛ-, ТТЛ- и МОП- схемами, для чего напряжение питания на коллектор выходного транзистора подается от внешнего источника в зависмости от типа логики. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г.
Резисторы.
ПОСТОЯННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ РЕЗИСТОРЫ С1_4 имп
Резисторы с углеродистым проводящим слоем предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.
Номинальная мощность:
Диапазон номинальных сопротивлений:
Точность:
Температурный диапазон:
0, 062Вт, 0, 125Вт, 0, 25Вт, 0, 5Вт, 1Вт, 2Вт
1 Ом. 10 МОм; ряд Е24
+ 2%(G), + 5%(J)
8 55°С. +125°С
Выбор трансформатора.
По условию, необходимо, чтобы габаритная мощность трансформатора была не менее 160 ВА. Исходя из этого, а также исходя из потребляемого напряжения со вторичной обмотки был выбран трансформатор ТП112-15.
Таблица соединений.
| проводник
| откуда идет
| куда поступает
| примечание
| |
| X1: 1
| HL3 " -"
|
| |
| X1: 2
| VS2: 3
|
| |
| X1: 3
| X8
| " -" нагрузка
| |
| X1: 4
| X5: 9
|
| |
| X1: 5
| HL2 " -"
|
| |
| X1: 6
| T1: 4
|
| |
| X1: 7
| X5: 1
|
| |
| X1: 8
| X4: 11
|
| |
| X2: 1
| n/a
|
| |
| X2: 2
| n/a
|
| |
| X2: 3
| X6: 1
| 220 В
| |
| X2: 4
| SA1: 1
|
| |
| X2: 5
| SA2: 2
|
| |
| X2: 6
| T1: 2
|
| |
| X2: 7
| n/a
|
| |
| X2: 8
| n/a
|
| |
| X2: 9
| HL1" +"
|
| |
| X2: 10
| n/a
|
| |
| X2: 11
| n/a
|
| |
| X2: 12
| n/a
|
| |
| X3: 1
| HL1" -"
|
| |
| X3: 2
| X6: 2
| 220 В
| |
| X3: 3
| T1: 1
|
| |
| X3: 4
| T1: 3
|
| |
| X3: 5
| n/a
|
| |
| X3: 6
| HL2" +"
|
| |
| X3: 7
| VS2: 1
|
| |
| X3: 8
| n/a
|
| |
| X3: 9
| n/a
|
| |
| X3: 10
| n/a
|
| |
| X3: 11
| n/a
|
| |
| X3: 12
| n/a
|
| |
| X4: 1
| PA1 " +"
|
| | | | | | |
| X4: 2
| PA1 " -"
|
| | | | | | |
| X4: 3
| SA2.2: 1
|
| |
| X4: 4
| n/a
|
| |
| X4: 5
| n/a
|
| |
| X4: 6
| n/a
|
| |
| X4: 7
| n/a
|
| |
| X4: 8
| SA2.2: 2
|
| |
| X4: 9
| n/a
|
| |
| X4: 10
| n/a
|
| |
| X4: 11
| n/a
|
| |
| X4: 12
| n/a
|
| |
| X4: 13
| n/a
|
| |
| X4: 14
| HL3 " +"
|
| |
| X4: 15
| n/a
|
| |
| X5: 1
| n/a
|
| |
| X5: 2
| VS2: 2
|
| |
| X5: 3
| SA2.1: 1
|
| |
| X5: 4
| R10: 1
|
| |
| X5: 5
| R10: 2
|
| |
| X5: 6
| R10: 3
|
| |
| X5: 7
| R1: 3
|
| |
| X5: 8
| SA2.1: 2
|
| |
| X5: 9
| n/a
|
| |
| X5: 10
| R1: 2
|
| |
| X5: 11
| X7
| " +" нагрузка
| |
| X5: 12
| R1: 1
|
|
3. Проектирование лицевой панели.
Для проектирования лицевой панели необходимо рассмотреть рекомендации по проектированию органов управления. Форма органа управления должна быть согласована с функциями органов управления. Сигнальные лампочки (светодиоды) и переключатели к ним должны располагаться друг под другом. Угол обзора, который обеспечит наилучшее восприятие информации человеком равен 30 градусам. Максимальный угол не должен превышать 90 градусов.
При конструировании пульта управления должны учитываться условия работы оператора.
На лицевой панели устанавливаются указатели приборов (в данном случае это амперметр), кнопки, переключатели и.тд. Лицевая панель должна быть окрашена в темные тона. Относительно пульта управления, необходимо отметить, что функциональные органы управления должны быть расположены единообразно. Органы управления и связанные с ними индикаторы располагать вблизи друг от друга, так, чтобы рука оператора не закрывала индикаторы. Органы управления, которые применяются для технического обеспечения располагаются отдельно от остальных органов управления. Кнопки ВКЛ/ВЫКЛ располагают вне рабочей зоны (для того, чтобы случайно не задеть их). При большом количестве кнопок их необходимо сгруппировать их так, чтобы каждая группа имела свой цвет.
Расположение кнопок в группах должно быть в соответствии с последовательностью выполнения операции. Надписи и символы располагают над кнопками. Специальные сигналы, должны мерцать с прерывистой частотой 3-5 Гц.
Лицевая часть прибора представлена на сборочном чертеже ФСПО.ТА0217502.СБ. Слева расположены регуляторы тока и порога срабатывания. Правее, находятся индикаторы зарядки, индикатор сети. Справа находятся тумблеры включения прибора, и включения режима десульфации.
4. Требования, предъявляемые к корпусам.
По функциональному назначению корпуса делят на несущие и корпуса–кожухи. Несущие корпуса служат для установки подвижных и неподвижных узлов и деталей механизма и должны обеспечивать их требуемое взаимное расположение. К таким узлам можно отнести опоры скольжения и качения, двигатели, муфты, ручки и кнопки управления, контактные устройства, шкалы и т.д. Корпуса-кожухислужат не только для размещения и крепления в них узлов и деталей механизмов, но и для защиты их от механических повреждений и попадания пыли и влаги, они все в какой-
то степени герметизированы. От конструкции корпуса зависят точность и надежность работы механизма, его размеры, масса и внешний вид, удобство и безопасность эксплуатации.
Несущие корпуса по конструктивным признакам классифицируются на цельные, разъемные, сборные, одно- и двухплатные. Сборные корпуса имеют коробчатую форму и состоят из пластин, угольников и крышек, соединенных винтами и штифтами. Их изготавливают из металлопроката (полос, листов, уголков) путем механической обработки на станках. Они имеют достаточную прочность и жесткость, защищают детали и узлы механизма от внешних воздействий, но ограничивают, как и цельные корпуса, возможности узловой сборки. Их применяют в единичном и опытном производстве.
Несущие конструкции.
Несущие конструкции предназначены для размещения электронной части аппаратуры радио, связи, телевидения и обеспечения ее функционирования в реальных условиях эксплуатации.
Использование несущих конструкций позволяет улучшить компоновку, теплоотвод, экранирование и заземление, а также повысить надежность и технологичность составных частей и изделия в целом.
Электронная часть современного устройства может содержать значительное число дискретных элементов: интегральных микросхем различного уровня интеграции, полупроводниковых приборов, резисторов, конденсаторов, трансформаторов и т.д. Поэтому компоновочным решением конструкции может быть моноблочный вариант и вариант, состоящий из сочетания отдельных конструктивно законченных сборочных единиц-модулей. Основой каждого конструктивного модуля является несущий элемент, представляющий собой каркасную или рамочную конструкцию.
При компоновке блоков различной аппаратуры в качестве несущего элемента применяют шасси или каркас блока.
Шасси представляет собой плоскую или объемно-панельную конструкцию, используемую для размещения дискретных электронных элементов и узлов блока.
При проектировании несущих конструкций блоков следует учитывать требования по теплоотводу и охлаждению, герметизации, влагозащите, амортизации элементов; удобство при управлении и ремонте.
Типовые несущие конструкции устройств аппаратуры можно разбить по уровням. Первый уровень – в качестве конструкций используют бескаркасные и каркасные конструкции ячеек для крепления интегральных схем, специальных электро и радио элементов; второй уровень – шасси и панели блоков; третий уровень – корпуса и каркасы блоков, а четвертый уровень – каркасы стоек, шкафов и пультов.
5. Расчет надежности.
Одним из важнейших показателей приборов, является надежность. Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и транспортирования (ГОСТ 27.002-89). Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле — свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле — комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.
|
