No Image

Схема блока питания для шуруповерта 12 вольт

0 просмотров
11 марта 2020

Аккумуляторный шуруповерт – удобный и необходимый в хозяйстве инструмент. При эксплуатации «от случая к случаю», он может верой и правдой служить многие годы. К сожалению, через 2-3 года, даже при не очень интенсивной эксплуатации, аккумуляторы шуруповерта практически полностью теряют свою емкость. Исправный инструмент, а пользоваться нельзя… Что делать?

Выбросить и купить новый. Самое разумное решение, если Вы эксплуатируете щуруповерт профессионально. А если он бывает нужен всего лишь несколько раз в году – починить забор, повесить полку и т.п. Рука не поднимается выбросить исправный аккумуляторный шуруповерт. Поиск в Интернете показал, что эта проблема волнует многих. Как же предлагают поступить в данной ситуации экономные россияне и жители братских республик.

Первое, самое очевидное решение — использовать внешний аккумулятор для питания шуруповерта. Старый автомобильный или герметичный свинцово-кислотный от ИБП. Но проблема в том, что шуруповерт даже на холостом ходу потребляет 1,5…3 А, а под полной нагрузкой потребляемый ток превышает 10 А. Придется использовать либо толстые, либо короткие соединительные провода. И то и другое неудобно. Разве что работать с аккумулятором в рюкзаке…

Второе решение – сетевой блок питания шуруповерта. Ведь в большинстве случаев работы ведутся в пределах досягаемости электрической розетки. Несколько теряется мобильность, но зато щуруповерт постоянно готов к работе. В качестве блока питания можно использовать обычный трансформатор с выпрямителем. Просто, но тяжело и громоздко. Компьютерный блок питания легче, но проблема с проводами остается. Кроме того, стабилизированный блок питания при работе на коллекторный электродвигатель с резко меняющейся нагрузкой и искрящими щетками может вести себя непредсказуемо.

Самое разумное, на мой взгляд, смонтировать сетевой блок питания в аккумуляторном отсеке шуруповерта. Кабель питания в этом случае может быть небольшого сечения, гибкий и легкий. При необходимости можно использовать стандартный сетевой удлинитель. Сложность в том, что места в аккумуляторном отсеке очень мало. Тем не менее, задача вполне выполнима. Подобная конструкция описана в журнале «Радио» №7 за 2011г. – К. Мороз. Сетевой блок питания для шуруповерта. Эта статья растиражирована на многих сайтах, но практическая проверка описанной в ней конструкции показала, что электронный трансформатор для галогенных ламп, который предлагает использовать автор, – не лучшее, в данном случае решение.

Генератор с самовозбуждением на двух транзисторах хорошо работает на активную нагрузку, а вот искрящий коллектор и резко меняющаяся нагрузка – тяжелое испытание для него. В общем, после выгорания нескольких транзисторов я отказался от дальнейших экспериментов с электронным трансформатором.

Лучшее решение мне удалось найти, на форуме http://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=17&t=1773. Его предлагает Дмитрий (dimm.electron) — под таким именем он зарегистрировался на форуме. Собранный по предложенной им схеме блок питания предназначен для установки в аккумуляторный отсек шуруповерта на 12 или 14 В, в котором находилось 10 или 12 никель-кадмиевых аккумуляторов. Схема блока показана на рисунке.

Учитывая, что это должна быть простая и дешевая конструкция «выходного дня» я слегка доработал авторский вариант. С целью экономии места исключил сетевой фильтр. Это конечно плохо, но учитывая, что пользоваться шуруповертом планирую не часто, и в основном вдали от радиоаппаратуры, вполне допустимо. Не хватило места также и для резистора, ограничивающего зарядный ток конденсаторов в момент включения в сеть. Тоже не очень хорошо, но оправдания те же самые…

В схеме максимально использованы детали от старого компьютерного блока питания. Это выпрямительный мостик VD1, конденсаторы C1, C2, трансформатор T1 и диодная сборка VD4. Силовые транзисторы тоже можно использовать от компьютерного блока питания, но они должны быть обязательно полевыми. В моем блоке они оказались биполярными, пришлось приобрести рекомендованные автором IRF840.

Еще одно упрощение – использование обычного выпрямителя VD4 на диодах Шоттки, вместо предлагаемого автором «хитрого» синхронного выпрямителя. Замечу, что необходимо использовать диодную сборку именно из диодов с барьером Шоттки. Отличить ее от обычной можно, если измерить мультиметром в режиме прозвонки прямое падение напряжения на диодах. На диодах Шоттки падает не более 0,2 В, тогда как на обычных диодах около 0,6 В. Учитывая ограниченные размеры радиатора нагрев обычных диодов будет недопустимым.

Ну и, наконец, питание микросхемы DD1 осуществляется через обычный гасящий резистор R3. Автор использует для этого еще одну «хитрую» схему – питание берется с точки соединения транзисторов VT3, VT4 через гасящий конденсатор и дополнительный выпрямитель на диодах. Сложно в наладке – надо довольно точно подбирать емкость конденсатора, он должен быть высоковольтным и термостабильным. Есть вероятность сжечь DD1.

В процессе обсуждения на форуме родился еще один вариант схемы питания – с дополнительной обмотки трансформатора. Это самый лучший вариант, бесполезный нагрев элементов минимален. Но на трансформаторе нужна дополнительная изолированная обмотка на 20-30 В.

Трансформатор – это самый важный элемент схемы блока питания шуруповерта, от качества его изготовления на 90% будет зависеть Ваше мнение об умственных способностях автора разработки. Если использовать первое попавшееся ферритовое кольцо неизвестной марки, ничего хорошего не получится. Кроме магнитной проницаемости у феррита есть и другие параметры, которые очень важны в данном случае. Необходимо использовать специально предназначенный для работы в сильных магнитных полях феррит, например от трансформаторов импульсных блоков питания компьютеров, телевизоров и др. аппаратуры мощностью не менее 200 Вт. Технология намотки тоже очень важна, автор подробно описывает, как должны быть расположены обмотки на сердечнике.

Читайте также:  Дизайн ванны с деревянной столешницей

Я поступил проще – использовал готовый трансформатор от старого компьютерного блока питания. Он как раз подходит по всем параметрам. Лучше раскурочить старый блок мощностью 200-250 Вт, в нем высота трансформатора равна 35 мм – как раз помещается в аккумуляторном отсеке. Трансформаторы от более мощных блоков имеют большую высоту и не помещаются в моем корпусе.

Перед выпаиванием трансформатора нужно внимательно рассмотреть, как соединяются его обмотки и с каких выводов запитан выпрямитель +5 В. Тут возможны варианты, может потребоваться небольшая коррекция чертежа печатной платы блока питания шуруповерта. Обращаю внимание, что используется именно 5-и вольтовая обмотка, амплитуда напряжения на ней как раз около 12 В. Другие обмотки не используются.

А вот намотать на такой трансформатор дополнительную обмотку или изменить число витков существующих, к сожалению не получится. Трансформатор залит эпоксидкой и при его разборке велика вероятность сломать сердечник.

В микросхеме IR2153D между выводами 1 и 4 установлен стабилитрон на 15,6 В, поэтому питание нужно подавать обязательно через токоограничивающий резистор. Показанный на схеме пунктиром диод VD5 необходим только при использовании IR2153 без индекса «D». Конденсаторы C1, C2 можно заменить одним – 100…150 МК, 400 В. При его приобретении определяющий параметр – высота, желательно не более 35 мм, иначе может не поместиться в корпус.

Резистор R3 составлен из 4-х последовательно включенных по 8,2К, 2 Вт. Его номинал желательно подобрать при наладке так, чтобы при минимально возможном напряжении в сети, напряжение на конденсаторе C4 не падало ниже 11 В. Для уменьшения бесполезного нагрева номинал этого резистора должен быть максимально возможным, если его уменьшить, просто увеличится ток через этот резистор и внутренний стабилитрон микросхемы.

Элементы R5, R6, VD2, VD3, VT2, VT4 защищают полевые транзисторы от пробоя в случае аварийных режимов работы. Номинал C9 увеличивать не следует, т.к. это увеличит и без того большой бросок тока при включении в сеть. Мостик VD1 должен выдерживать ток не менее 5 А при напряжении 400 В. VD4 – сборка из диодов Шоттки с допустимым током не менее 30А. VD1 и VD4 отлично подходят от компьютерного блока питания. Вентилятор на 12 В, его внешние размеры 40х40 или 50х50 мм. Элементы в корпусах для поверхностного монтажа типоразмеров 0805 или 1206. DD1 в DIP корпусе, обратите внимание на надежность изоляции на плате между выводами 5 и 6.

Чертеж печатной платы показан на рисунке, вид со стороны печатных проводников. Перед ее изготовлением нужно разобрать имеющийся аккумуляторный отсек шуруповерта и убедиться, что плата в него вписывается. Скорее всего потребуется небольшая коррекция, т.к. отсеки у разных производителей имеют небольшие конструктивные отличия.

Силовые транзисторы VT1, VT3 и диодная сборка VD4 монтируются на небольших алюминиевых пластинках. Их габариты – по месту. В корпусе необходимо просверлить вентиляционные отверстия. Вентилятор придется разместить снаружи корпуса – без него длительная работа не гарантируется. Естественной вентиляции в данном случае недостаточно. И не забудьте про предохранитель FU1.

При первом включении блок лучше запитать от источника питания 20-25 В с током 100…200 МА. При этом резистор R3 временно шунтируется другим, с номиналом 1К. Если все нормально, на выходе будет 0,6…1 В. Можно посмотреть форму и частоту импульсов на вторичной обмотке трансформатора. Там должны быть прямоугольные импульсы со скважностью 50% и частотой 50…100 КГц. Частота определяется номиналами R4, C5.

Если все нормально, убираем временно установленный резистор 1К, включаем последовательно с блоком питания шуруповерта лампу накаливания на 60…100 Вт и включаем все это в сеть. В момент включения лампа кратковременно вспыхнет и погаснет, на выходе должно установиться напряжение около 12 В. Если все работает, убираем лампу и проверяем работу блока под нагрузкой около 1 Ом. Наконец, выбрасываем аккумуляторы, устанавливаем блок питания в корпус и проверяем работу шуруповерта в разных режимах.

Если эта конструкция Вас заинтересовала, можете ознакомиться с вариантами схемы от автора и его рекомендациями по самостоятельному изготовлению трансформатора. Также доступны для скачивания два моих варианта чертежа печатной платы в Sprint Layout.

Знакомый попросил собрать внешний блок питания для шурупоповёрта. Вместе с шуруповёртом (рис.1) принес трансформатор питания от старого советского выжигателя-гравёра «Орнамент-1» (рис.2) – посмотреть, нельзя ли его использовать?

Сначала, конечно, разобрали аккумуляторный отсек, посмотрели на «банки» (рис.3 и рис.4). Проверили зарядным устройством на работоспособность каждую «банку» несколькими циклами заряда-разряда – из 10 штук только 1 хорошая и 3 более-менее нормальные, а остальные совсем «сдохли». Значит, точно придётся делать внешний блок питания.

Чтобы собирать блок питания, надо знать какой ток потребляет шуруповёрт при работе. Подключив его к лабораторному источнику, узнаём, что двигатель начинает вращаться при 3,5 В, а при 5-6 В появляется приличная мощность на валу. Если нажать пусковую кнопку при подаче на него 12 В, срабатывает защита у блока питания – значит, ток потребления превышает 4 А (защита настроена на это значение). Если шуруповёрт запустить на низком напряжении, а потом его повысить до 12 В – работает нормально, ток потребления около 2 А, но в тот момент, когда вкручиваемый шуруп входит наполовину в доску, защита у блока питания опять срабатывает.

Читайте также:  Пылесос шиваки с аквафильтром цена

Чтобы посмотреть полную картину потребляемых токов, шуруповёрт подключили к автомобильному аккумулятору, поставив в разрыв плюсового провода резистор сопротивлением 0,1 Ом (рис.5). Напряжение падения с него подавали в компьютерную звуковую карту с открытым входом, для просмотра использовали программу SpectraPLUS. Получившийся график показан на рисунке 6.

Первый импульс слева – пусковой при включении. Видно, что максимальное значение достигает 1,8 В и это говорит о протекающем токе 18 А (I=U/R). Затем, по мере набора двигателем оборотов, ток падает до 2 А. В средине второй секунды головка шуруповёрта зажимается рукой до срабатывания «трещётки» — ток в это время возрастает примерно до 17 А, затем падает до 10-11 А. В конце 3-ей секунды пусковая кнопка отпущена. Получается, что для работы шуруповёрта требуется блок питания с возможностью отдавать мощность 200 Вт и ток до 20 А. Но, учитывая, что на аккумуляторном отсеке написано, что он на 1,3 А/ч (рис.7), то, скорее всего, всё не так плохо, как кажется на первый взгляд.

Вскрываем блок питания выжигателя, меряем выходные напряжения. Максимальное – около 8,2 В. Мало, конечно. Учитывая падение напряжения на диодах выпрямителя, выходное напряжение на фильтрующем конденсаторе будет около 10-11 В. Но деваться некуда, пробуем собрать схему по рисунку 8. Диоды использованы марки КД2998В (Imax=30 А, Umax=25 В). Крепление диодов VD1-VD4 выполнено навесным монтажом на лепестках контактных гнёзд выжигателя (рис.9 и рис.10). В качестве конденсатора большой ёмкости использовано параллельное включение 19-ти штук меньшей ёмкости. Вся «батарея» обмотана малярным скотчем и конденсаторы подобраны таких размеров, чтобы вся связка с лёгким усилием входила в аккумуляторный отсек шуруповёрта (рис.11 и рис.12).

В выжигателе очень неудобно стоит предохранительная колодка, поэтому она была убрана, а предохранитель подпаян «напрямую» между одним из проводов 220 В и выводом помехоподавляющего конденсатора С1 (рис.13). При закрывании корпуса сетевой провод туго обжимается проходным резиновым кольцом и это не позволяет проводу болтается внутри при изгибании его снаружи.

Проверка работоспособности шурупововёрта показала, что всё работает нормально, трансформатор после получасового сверления и закручивания саморезов нагревается примерно до 50 градусов по Цельсию, диоды нагреваются до такой же температуры и в радиаторах не нуждаются. Шуруповёрт с таким блоком питания имеет меньшую мощность в сравнении с запиткой его от автомобильного аккумулятора, но это понятно – напряжение на конденсаторах не превышает 10,1 В, а во время увеличения нагрузки на валу ещё дополнительно уменьшается. Кстати, прилично «теряется» на питающем проводе длиной около 2 метров, даже применяя его сечением 1,77 кв.мм. Для проверки падения на проводе была собрана схема по рисунку 14, в ней контролировалось напряжение на конденсаторах и напряжение падения на одном проводнике питающего провода. Результаты в виде графиков при разных нагрузках показаны на рисунке 15. Здесь в левом канале – напряжение на конденсаторах, в правом – падение на «минусовом» проводе, идущем от выпрямительного моста к конденсаторам. Видно, что во время остановки головки шуруповёрта рукой, напряжение питания просаживается до уровней ниже 5 В. На шнуре питания при этом падает примерно 2,5 В (2 раза по 1,25 В), ток носит импульсный характер и связан с работой выпрямительного моста (рис.16). Замена шнура питания на другой, с сечением около 3 кв.мм привела к повышению нагрева диодов и трансформатора, поэтому вернули назад старый провод.

Посмотрели ток в цепи между конденсаторами и самим шуруповёртом, собрав схему по рисунку 17. Получившийся график – на рисунке 18, «лохматость» — это пульсации 100 Гц (то же, что и на предыдущих двух рисунках). Видно, что пусковой импульс превышает значение 20 А – скорее всего, это связано с меньшим внутренним сопротивлением источника питания за счёт использования параллельного включения конденсаторов.

В конце замеров посмотрели ток через диодный мост, включив между ним и одним из выводов вторичной обмотки резистор 0,1 Ом. График на рис.19 показывает, что при торможении двигателя ток достигает значения 20 А. На рис.20 – растянутый по времени участок с максимальными токами.

В результате, пока решили поработать с шуруповёртом с описанным блоком питания, если же будет "не хватать мощности", то придётся искать более мощный трансформатор и ставить диоды на радиаторы или менять на другие.

И, конечно же, не стоит воспринимать этот текст как догму — абсолютно нет никаких препятствий для изготовления БП по любой другой схеме. Например, трансформатор можно заменить на ТС-180, ТСА-270, или можно попробовать запитать шуруповёрт от компьютерного импульсного БП, но, скорее всего, понадобится проверка возможности отдачи цепи +12 В тока 25-30 А.

Знакомый попросил собрать внешний блок питания для шурупоповёрта. Вместе с шуруповёртом (рис.1) принес трансформатор питания от старого советского выжигателя-гравёра «Орнамент-1» (рис.2) – посмотреть, нельзя ли его использовать?

Сначала, конечно, разобрали аккумуляторный отсек, посмотрели на «банки» (рис.3 и рис.4). Проверили зарядным устройством на работоспособность каждую «банку» несколькими циклами заряда-разряда – из 10 штук только 1 хорошая и 3 более-менее нормальные, а остальные совсем «сдохли». Значит, точно придётся делать внешний блок питания.

Чтобы собирать блок питания, надо знать какой ток потребляет шуруповёрт при работе. Подключив его к лабораторному источнику, узнаём, что двигатель начинает вращаться при 3,5 В, а при 5-6 В появляется приличная мощность на валу. Если нажать пусковую кнопку при подаче на него 12 В, срабатывает защита у блока питания – значит, ток потребления превышает 4 А (защита настроена на это значение). Если шуруповёрт запустить на низком напряжении, а потом его повысить до 12 В – работает нормально, ток потребления около 2 А, но в тот момент, когда вкручиваемый шуруп входит наполовину в доску, защита у блока питания опять срабатывает.

Читайте также:  Блины на манке дрожжевые мордовские толстые

Чтобы посмотреть полную картину потребляемых токов, шуруповёрт подключили к автомобильному аккумулятору, поставив в разрыв плюсового провода резистор сопротивлением 0,1 Ом (рис.5). Напряжение падения с него подавали в компьютерную звуковую карту с открытым входом, для просмотра использовали программу SpectraPLUS. Получившийся график показан на рисунке 6.

Первый импульс слева – пусковой при включении. Видно, что максимальное значение достигает 1,8 В и это говорит о протекающем токе 18 А (I=U/R). Затем, по мере набора двигателем оборотов, ток падает до 2 А. В средине второй секунды головка шуруповёрта зажимается рукой до срабатывания «трещётки» — ток в это время возрастает примерно до 17 А, затем падает до 10-11 А. В конце 3-ей секунды пусковая кнопка отпущена. Получается, что для работы шуруповёрта требуется блок питания с возможностью отдавать мощность 200 Вт и ток до 20 А. Но, учитывая, что на аккумуляторном отсеке написано, что он на 1,3 А/ч (рис.7), то, скорее всего, всё не так плохо, как кажется на первый взгляд.

Вскрываем блок питания выжигателя, меряем выходные напряжения. Максимальное – около 8,2 В. Мало, конечно. Учитывая падение напряжения на диодах выпрямителя, выходное напряжение на фильтрующем конденсаторе будет около 10-11 В. Но деваться некуда, пробуем собрать схему по рисунку 8. Диоды использованы марки КД2998В (Imax=30 А, Umax=25 В). Крепление диодов VD1-VD4 выполнено навесным монтажом на лепестках контактных гнёзд выжигателя (рис.9 и рис.10). В качестве конденсатора большой ёмкости использовано параллельное включение 19-ти штук меньшей ёмкости. Вся «батарея» обмотана малярным скотчем и конденсаторы подобраны таких размеров, чтобы вся связка с лёгким усилием входила в аккумуляторный отсек шуруповёрта (рис.11 и рис.12).

В выжигателе очень неудобно стоит предохранительная колодка, поэтому она была убрана, а предохранитель подпаян «напрямую» между одним из проводов 220 В и выводом помехоподавляющего конденсатора С1 (рис.13). При закрывании корпуса сетевой провод туго обжимается проходным резиновым кольцом и это не позволяет проводу болтается внутри при изгибании его снаружи.

Проверка работоспособности шурупововёрта показала, что всё работает нормально, трансформатор после получасового сверления и закручивания саморезов нагревается примерно до 50 градусов по Цельсию, диоды нагреваются до такой же температуры и в радиаторах не нуждаются. Шуруповёрт с таким блоком питания имеет меньшую мощность в сравнении с запиткой его от автомобильного аккумулятора, но это понятно – напряжение на конденсаторах не превышает 10,1 В, а во время увеличения нагрузки на валу ещё дополнительно уменьшается. Кстати, прилично «теряется» на питающем проводе длиной около 2 метров, даже применяя его сечением 1,77 кв.мм. Для проверки падения на проводе была собрана схема по рисунку 14, в ней контролировалось напряжение на конденсаторах и напряжение падения на одном проводнике питающего провода. Результаты в виде графиков при разных нагрузках показаны на рисунке 15. Здесь в левом канале – напряжение на конденсаторах, в правом – падение на «минусовом» проводе, идущем от выпрямительного моста к конденсаторам. Видно, что во время остановки головки шуруповёрта рукой, напряжение питания просаживается до уровней ниже 5 В. На шнуре питания при этом падает примерно 2,5 В (2 раза по 1,25 В), ток носит импульсный характер и связан с работой выпрямительного моста (рис.16). Замена шнура питания на другой, с сечением около 3 кв.мм привела к повышению нагрева диодов и трансформатора, поэтому вернули назад старый провод.

Посмотрели ток в цепи между конденсаторами и самим шуруповёртом, собрав схему по рисунку 17. Получившийся график – на рисунке 18, «лохматость» — это пульсации 100 Гц (то же, что и на предыдущих двух рисунках). Видно, что пусковой импульс превышает значение 20 А – скорее всего, это связано с меньшим внутренним сопротивлением источника питания за счёт использования параллельного включения конденсаторов.

В конце замеров посмотрели ток через диодный мост, включив между ним и одним из выводов вторичной обмотки резистор 0,1 Ом. График на рис.19 показывает, что при торможении двигателя ток достигает значения 20 А. На рис.20 – растянутый по времени участок с максимальными токами.

В результате, пока решили поработать с шуруповёртом с описанным блоком питания, если же будет "не хватать мощности", то придётся искать более мощный трансформатор и ставить диоды на радиаторы или менять на другие.

И, конечно же, не стоит воспринимать этот текст как догму — абсолютно нет никаких препятствий для изготовления БП по любой другой схеме. Например, трансформатор можно заменить на ТС-180, ТСА-270, или можно попробовать запитать шуруповёрт от компьютерного импульсного БП, но, скорее всего, понадобится проверка возможности отдачи цепи +12 В тока 25-30 А.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector