Spínaná nabíječka autobaterií, bezúdržbových a gelových akumulátorů

     Úvod: Spínaná nabíječka je lehčí a menší alternativou klasických transformátorových nabíječek. Umožňuje také přesné nastavení cílového nabíjecího napětí. Dle jeho nastavení lze nabíjet různé typy baterií a v různých režimech. Popsána je nabíječka pro baterie se jmenovitým napětím 12V, ale lze ji upravit i pro např. 6V nebo 24V.
     Popis zapojení: Tato nabíječka pracuje na principu spínaného (impulzního) zdroje. Je zapojena podobně, jako běžný blokující spínaný zdroj s obvody UC3842 a TL431. Liší se pouze tím, že pomocné napájení IO1 není získáváno z pomocného vinutí, ale sraženo ze sítě výkonovým odporem R1. Výhodou takového zapojení je, že zdroj pracuje spolehlivě v proudovém režimu (nezačne cyklovat) a také odpadá nutnost použít pomocné vinutí. Napětí je stabilizováno obvodem IO2. Zpětná vazba je zavedena pomocí optronu. Cílové napětí lze upravit trimrem P1 (nastavit lze v rozsahu cca 12 - 16V). Nastavujeme podle voltmetru připojeného k výstupu bez připojené baterie. Voltmetr je možné i zabudovat do nabíječky. Proud je regulován odvozeně (nepřímo) bočníkem R2 na primární straně. Tato jednodušší varianta postačí, protože nastavení proudu není tak kritické jako nastavení napětí. S hodnotami ve schématu je nabíjecí proud cca 3,5A. Změnou R2 lze změnit nabíjecí proud (menší odpor - větší proud a naopak). Proud však nelze bezhlavě zvyšovat - na požadovaný proud a výkon musí být dimenzován celý obvod. Nabíječka na schématu je určena pro baterie se jmenovitým napětím 12V. Možná je její úprava i na např. 6V či 24V změnou převodu trafa a některých součástek na sekundární straně včetně napěťového děliče. Ke stavbě nabíječky jsem využil torzo starého spínaného zdroje 15V/4,5A. Nabíječku ale můžete pochopitelně postavit i na vlastní DPS. Já jsem využil původní trafo. Jeho převodní poměr je cca 4:1. V nabíječce lze použít bez úpravy spínaná trafa z blokujících zdrojů cca 12 - 20V dimenzovaná na dostatečný proud. S MOSFETem 600V lze použít převodní poměr až do 10:1. Je třeba dávat pozor, aby při provozu nebylo překročeno max. napětí T1 s dostatečnou rezervou (doporučuje se nepřekračovat 80% povolené hodnoty). Napětí na primáru zvýšené o převodní poměr Tr se přičítá ke vstupnímu napětí cca 325V. Příklad: s převodem 4:1 a 16V na výstupu vidí T1 napětí cca 4 x 16V + 325V = 389V. U trafa Tr1 je nutno dodržet orientaci vinutí naznačenou tečkami (nedodržení by bylo destruktivní). Pracovní frekvence zdroje je cca 40kHz. Svit LED 1 signalizuje přechod zdroje do napěťového režimu. Tranzistor T1 je jakýkoliv rychlý MOSFET s U_DS 500-600V s odporem R_DS v sepnutém stavu do cca 800mR, např. IRF840 nebo STP9NK50Z. Dioda D1 je jakákoliv ultrarychlá dioda se závěrným napětím alespoň 200V, proudem alespoň 10A a zotavením nejlépe pod 50ns, např C10P20F (200V, 10A, 35ns). T1 a D1 musí být umístěny na chladiči. Příkon nabíječe je max. 65W. Doba nabíjení závisí od kapacity nabíjené baterie, účinnosti nabíjecího procesu a jejím počátečním stavu nabití. Příklad: Vybitou baterii 35Ah bychom teoreticky nabíjeli 35Ah : 3,5A = 10h. V praxi to může být i 15h, protože nabíjení nemá 100% účinnost, ale přibližně 2/3, a proto čas ještě vynásobíme cca 1,5x. Nabíječku lze použít pro baterie cca 7 - 120Ah. Nabíječka se připojuje nejprve k akumulátoru a poté teprve k síti. Odpojuje se nejprve od sítě a poté od akumulátoru.
     Nabíjení olověných autobaterií: Při nabíjení klasických (špuntových) olověných autobaterií relativně malými proudy vzhledem k její kapacitě se nemusíme tolik bát přebíjení. Pokud bude nabíjení probíhat až do fáze plynování ("bublání"), úbytku destilované vody se bát nemusíme, protože u tohoto typu baterie ji lze dolít. Pokud chceme nabíjet bez výrazného plynování, nastavíme napětí cca 14,4V. Nabíječku lze nastavit na menší napětí (cca 13,6V) a použít i ke konzervaci baterie (udržovací režim). Velmi vybitou baterii lze oživit krátkodobým připojením napětí 16V. Při oživování baterie zvýšeným napětím 16V ji odpojte od vozidla. Při běžném nabíjení není ve většině případů nutné baterii odpojovat.
     Nabíjení bezúdržbových (uzavřených) a gelových akumulátorů: Pokud nabíjíme bezúdržbové (nazývané také uzavřené, Pb lead acid) akumulátory nebo jim podobné gelové akumulátory, je nutno více dbát na nabíjecí napětí. U těchto typů baterií obvykle bývají uvedeny dvě nabíjecí napětí: 1) pro pohotovostní (standby) použití, které je nižší. Na takové napětí se aku nabíjí např. v UPS. Toto napětí může být připojeno trvale. Tím je baterie stále udržována nabitá. (Toto napětí je u baterie uvedené jako příklad níže v rozmezí 13,5 - 13,8V.) 2) Pro cyklické použití (cycle use), které je vyšší. Na toto napětí baterii nabíjíme, pokud jí používáme cyklicky (nabít-vybít). Při tomto napětí by baterie neměla být připojena k nabíječce trvale (u příkladové baterie je to 14,4 - 15V). Je nutno ji po nabití odpojit. Je také nutné dbát na to, aby nebyl překročen maximální proud. Ten bývá na baterii nebo v její dokumentaci též uveden. Tyto baterie nesmí být přebíjeny.

Pozor!!! Impulzní zdroj není určen začátečníkům, protože většina jeho obvodů je spojena se sítí. Při špatné konstrukci se síťové napětí může dostat na jeho výstup! Kondenzátory mohou zůstat nabité i po vypnutí. Nejen vstup, ale i výstup je nutno jistit vhodnou pojistkou, jinak hrozí požár. Při nabíjení, zvláště pak přebíjení, mohou vznikat výbušné plyny. Akumulátory obsahují nebezpečnou kyselinu sírovou. Vše děláte na vlastní nebezpečí, za případné újmy na zdraví nebo majetku neberu zodpovědnost.