Зарядное устройство для шуруповерта

Зарядное устройство для шуруповерта

Нередко покупатели дрели жалуются, что «родное» зарядное устройство для шуруповерта слишком медленно заряжает аккумулятор. В результате приходится неоднократно откладывать работу на 2-4 часа. Существует 2 варианта, как можно избежать подобной ситуации. В первом случае потребуется приобрести новое зарядное устройство, во втором – сделать его своими руками.

Стандартная электросхема зарядного устройства

Основой стандартной схемы является микросхема трехканального типа. В этом варианте на микросхеме крепятся четыре транзистора, сильно отличающихся по ёмкости и высокочастотные конденсаторы (импульсные или переходные). Для стабилизации тока используются тиристоры или тетроды открытого типа. Проводимость тока регулируется дипольными фильтрами. Эта электрическая схема легко справляется с сетевыми перегрузками.

Блок питания для аккумуляторного шуруповерта 18 В на основе электронного трансформатора

Еще одно решение переделки аккумуляторного шуруповерта под сеть 220 в – это использование электронного трансформатора.

Материалы для сборки трансформаторного блока питания

Для этого нужны следующие детали:

  1. Электронный трансформатор ТОШИБА на 105 Вт или Камелион на 200–250 Вт. Последний прибор дополнительно имеет защиту от короткого замыкания.
  2. Ультрабыстрые диоды КД213 или КД 2999, КД 2997 на 10 А в количестве 4 шт.
  3. Дроссель из компьютерного блока питания.
  4. Электролитический конденсатор 2200 мФ на 25 В.
  5. Пленочный конденсатор на 220 нФ на 25 В.
  6. Нагрузочный резистор 1–2 кОм.

Порядок действий при сборке трансформаторного блока питания

  • Процесс начинается с доработки электронного трансформатора. На вторичную обмотку необходимо добавить 4 витка.
  • После этого можно собирать диодный мост. Сборка схемы выполняется навесным монтажом или все размещается на печатной плате.
  • Затем в цепь нужно установить дроссель. За ним впаивается конденсатор 2200 мФ на 25 В. Это оптимальная емкость прибора. Ни больше, ни меньше не нужно.
  • Параллельно с электролитом необходимо установить пленочный конденсатор. Он нужен для того, чтобы остатки высокой частоты не повредили основной конденсатор, а проходили через пленочный.
  • На выходе нужно установить нагрузочный резистор. Он обеспечит одно и то же значение напряжения, вне зависимости от нагрузки, и предохранит выход конденсаторов из строя.
  • После этого в электронный трансформатор необходимо установить конденсатор для возможности запуска без нагрузки.
  • Первый раз нужно включать блок питания в сеть при помощи контрольной лампочки на 40 Вт. Это необходимо, чтобы исключить короткое замыкание, возникшее, возможно, при перемотке трансформатора или сборке. Если лампа не загорелась, значит, все выполнено правильно.
  • После этого контроль нужно снять и проверить блок под нагрузкой, подключив его к шуруповерту.
  • Получившийся блок можно разместить в корпусе аккумулятора инструмента.

Читатель, ознакомившись с информацией, изложенной в данной статье, может вернуть своему шуруповерту вторую жизнь. Для этого достаточно выбрать самый приемлемый способ переделки аккумуляторного инструмента под сеть напряжением 220 В.

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.

Зарядное для шуруповерта схема

Обычный шуруповерт может иметь аккумуляторы различного типа, все они отличаются по характеристикам. Соответственно и зарядки к ним нужны разные — для свинцовых, литиевых, никелевых аккумуляторов и других. Перед тем как собирать или чинить зарядное устройство, необходимо обязательно определиться с его типом, условиями использования. Это важно, так как некоторые шуруповерты нельзя использовать при низких температурах, другие не выдерживают длительной эксплуатации. Вопрос, как сделать зарядное устройство для шуруповерта своими руками, стоит не так часто. Сегодня в продаже можно найти разнообразные варианты зарядок, предназначенных как для конкретных моделей, так и универсальных. Но при работе на даче или строительной площадке, когда ближайший магазин далеко, а инструмент нужен сейчас, может потребоваться собрать самому зарядное устройство. Схема сборки несложная и ниже мы выложим несколько вариантов.

Зарядное устройство для шуруповёрта на микроконтроллере

Схема собранна для корректной зарядки аккумуляторов шуруповёрта, вся схема умещается в штатный корпус, имеется световая и звуковая сигнализация, начала и окончания заряда, схема собрана на основе PIC12F629.

После включения включаются и гаснут оба светодиода, при этом звучит сигнал, (тест индикации и звука). Затем начинает мигать красный светодиод, когда светодиод горит идёт зарядка, когда погашен контроль напряжения на аккумуляторе.

После достижения напряжения полного заряда на аккумуляторе,перестает мигать красный светодиод и включается зелёный, при этом звучит сигнал, сообщающий о том что зарядка окончена. Уровень напряжения полного заряда устанавливаетя переменным резистором.

Напряжение, которое должно быть на полностью зараженном аккумуляторе, устанавливается переменным резистором. Входное напряжение = напряжение которое должно быть на полностью зараженном аккумуляторе +1 вольт. Транзистор любой полевой с P-каналом, подходящий по току.

Что необходимо сделать для зарядки 14 в аккумуляторов? Подать на вход 15-16 вольт, и установить переменным резистором порог срабатывания отключения зарядки при 14,4 вольт.

Зарядка происходит импульсами, импульсы зарядки индицируются светодиодом «заряд», в промежутках между импульсами происходит контроль напряжения на аккумуляторе, по достижение нужного напряжение подаётся звуковой сигнал, и начинает мигать светодиод «заряд окончен».

Зарядное устройство для дрели-шуруповерта

Схема выдает напряжение 18 вольт. Если заряжать аккумуляторы на 14.4 вольт, нужно будет подобрать резистором зарядный ток.

Схема импульсного разрядно-зарядного устройства Ni-Cd аккумуляторов для шуруповёрта

Зарядное устройство представляет собой трансформаторный, не стабилизированный источник питания, ограничение тока заряда осуществляется за счет насыщения трансформатора. Напряжение на выходе трансформатора примерно 14V.

Очень простое ЗУ для шуруповерта

А это вариант схемы простейшего зарядного устройства для шуруповерта, когда не хочется усложнять конструкцию лишними радиоэлементами. Те, кто хоть немного разбираются соберут данную схему очень быстро. По крайней мере данное зарядное устройство более простое и удобное в отличии от штатных. Естественно, что речь идет о дешевых моделях. В этой схеме регулировка зарядного тока АКБ производится резистором R10.

Типы применяемых батарей

Отдельные элементы последовательно соединены и помещены в общий корпус. Химический состав анодов и катодов определяет тип батарейного источника питания.

Сырьем для изготовления служат :

  • никель с кадмием (NiCd);
  • никель с металлогидридами (NiMH);
  • литий (Li-ion).

Емкость — основная характеристика, определяющая продолжительность беспрерывной работы инструмента. Измеряется в миллиамперах (мАч). Каждый элемент имеет свое напряжение в зависимости от типа. Самое большое у литий-ионных — 3,3 В. Напряжение на отдельном элементе никель-кадмиевых и никель-металлогидридных батарей — 1,2 В.

Читайте также  Как рассчитать ток

К достоинствам NiCd аккумуляторов относят:

  • возможность ускоренной зарядки;
  • способность выдерживать высокие нагрузки;
  • низкую цену;
  • поддержку параметров на морозе.

Емкость наименьшая среди других типов источников питания. Эффект памяти — также существенный недостаток. Перед зарядкой такого аккумулятора его требуется разрядить под нагрузкой почти до нулевых показателей.

Никель-металлогидридные элементы имеют лучшие параметры по сравнению с NiCd. По размерам они одинаковые, но емкость больше. Разработчики устранили из химического состава кадмий, поэтому изделия нетоксичные. Эффект памяти сведен до возможного минимума, саморазряд небольшой. Это средние по цене АКБ с приемлемыми характеристиками, поэтому наиболее часто применяются в шуруповертах.

У Li-ion батарей несколько важных преимуществ:

  • высокая емкость;
  • низкий саморазряд;
  • отсутствие эффекта памяти;
  • способность работать на морозе.

Но такие АКБ боятся перегрева и могут взорваться. При глубоком разряде емкость восстановить невозможно. Для уменьшения рисков используют зарядные устройства с микроконтроллером. Все положительные качества отражаются на цене, которая выше, чем у других гальванических ИП.

Тип аккумулятора, возможности зарядного аппарата прямо отражаются на стоимости инструментов. В зависимости от установленных батарей ЗУ бывают на 12, 14 и 18 Вольт.

Конструкция зарядного устройства от шуруповёрта

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.

Читайте также  Прокладка для газового шланга

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.

Типы применяемых батарей

Наиболее часто в шуруповерты выполняется установка следующих видов аккумуляторных батарей:

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

Никель-кадмиевые АКБ не часто устанавливаются в шуруповертах. Они заряжаются в быстром режиме, их цена не высока. Такие аккумуляторы имеют высокую нагрузочную способность. К их положительным качествам также относится способность отдавать энергию даже при работе в условиях минусовой температуры.

Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют лучшие характеристики в сравнении с никель-кадмиевыми. Их скорость саморазряда намного меньше. Кроме того, такие АКБ не имеют эффекта памяти. Они считаются более экологичными и безопасными, т.к. не содержат кадмия, отличающегося токсичностью.

Литий-ионные батареи имеют низкий уровень саморазряда и высокую емкость. Они плохо выдерживают глубокий разряд и повышение температур. Наиболее часто их устанавливают в профессиональные модели. При перегреве велика вероятность взрыва или протекания АКБ, а при глубоком разряде есть вероятность, что первоначальная емкость уже не восстановится.

К положительным качествам литий-ионных батарей относятся отсутствие эффекта памяти и возможность работы в условиях отрицательных температур. Часто такие аккумуляторы оснащаются зарядным устройствам, имеющим микроконтроллер, препятствующий перезаряду. Это повышает срок службы прибора. Единственным явным недостатком литий-ионных батарей является высокая цена.

Что делать, если аккумулятор не держит заряд?

  • Заказать новый. Если аккумулятор не держит заряд, его циклы закончились. Нормально, что АКБ со временем изнашиваются.
  • Обратить внимание на условиях эксплуатации. Li-Ion для дрели-шуруповерта не держат при низкой температуре.
  • NiCd, NiMH подвержены эффекту памяти. Возможно, вы ставили заряжать аккумулятор шуруповерта до полной разрядки. Это становится причиной того, что аккумулятор не держит заряд – купите новый.
  • Инструмент куплен недавно, а аккумулятор не держит заряд? Возможно, попался бракованный экземпляр. Обратитесь в сервисный центр.