Ładowarka 12,6 V 3 A, czyli ciąg dalszy rozmowy o przeróbce akumulatora do wkrętarki

Pod koniec ubiegłego roku opublikowałem kilka recenzji na temat przerabiania akumulatorów do wkrętarek. Dziś opowiem o alternatywnym sposobie ładowania przerobionego akumulatora za pomocą gotowej ładowarki.
Jak zwykle: oględziny, rozbiórka, schematy i testy.

Ostatnio proponowałem do ładowania wykorzystać starą ładowarkę z osobną płytką przetwornicy. To całkiem niezłe rozwiązanie, ale zaczęliście pytać, co zrobić, jeśli stara ładowarka jest rozbita, zepsuta albo zjadł ją kot.
I tak przypadkiem natknąłem się w jednym ze sklepów na ładowarkę, która nadaje się do akumulatorów 3S, czyli 12,6 V. Ponieważ jest to jeden z najpopularniejszych wariantów przy przerabianiu starych wkrętarek, postanowiłem zamówić ją do recenzji.

Opakowanie jest bardzo skromne, podobnie jak nadruk z informacją o napięciu i prądzie ładowania.


Zestaw jest bardzo prosty: kabel i sama ładowarka.


Kabel jest całkiem niezły, ale wtyczka pozostawia wiele do życzenia. Można ją uciąć, wymienić albo poszukać przejściówki.


Ładowarka ma formę zasilacza, jest dość ciężka, a obudowa solidna.


Na jednym końcu obudowy znajduje się dwustykowe gniazdo sieciowe, a z drugiej strony kabel zakończony typowym wtykiem 5,5/2,1 mm. Kabel ma około 1 metra długości.


To ładowarka, a nie zasilacz, którym ładuje się smartfon czy tablet, więc ma wskaźnik zakończenia ładowania. Świeci jednak dość słabo, w pełnym słońcu będzie niewidoczny, podobnie jak przy świetle lampy błyskowej.

Na spodzie znajduje się naklejka z parametrami. Nie zauważyłem niczego nowego poza tym, co podano na opakowaniu.


Jak pisałem wyżej, obudowa jest dość solidna, ale nie oparła się młotkowi i nożowi. Nie ma innego sposobu na rozebranie tego urządzenia.


Płytka jest bardzo mocno osadzona. Częściowo trzyma się na dwustronnej taśmie, a częściowo jest przyklejona silikonem w okolicy elementów mocy. Na zdjęciu widać wnętrze obudowy, a obok pozostałości jakiejś lepkiej masy.


Wygląda oszczędnie, ale całkiem solidnie. Radiatory są izolowane i mocowane za pomocą samego elementu mocy, dodatkowego zaczepu oraz uszczelniacza silikonowego.
Do obudowy przyklejono też transformator i dławik wejściowy. Wyjęcie płytki było więc dość trudne.


Na wejściu znajduje się bezpiecznik i filtr wejściowy. Niestety nie ma termistora, zamiast niego jest zwora.


1. Kondensator wejściowy ma pojemność 68 µF, co w zupełności wystarcza przy mocy około 40 W.
2. Tranzystor wysokonapięciowy CS7N60F w całkowicie izolowanej obudowie.
3, 4. Z jednej strony transformatora ukrył się transoptor sprzężenia zwrotnego, z drugiej znajduje się właściwy kondensator przeciwzakłóceniowy klasy Y, więc prąd was nie zabije.
5. Wyjściowy zespół diodowy 10 A, 100 V, z zapasem zarówno pod względem prądu, jak i napięcia.
6. Kondensatory wyjściowe mają pojemność 1000 µF i napięcie znamionowe do 25 V, tu również nie ma zastrzeżeń. Jest też miejsce na dławik przeciwzakłóceniowy i trzeci kondensator.


Na spodzie płytki jest jeszcze więcej elementów.


"Gorąca" strona zasilacza. Tutaj też nie miałem zastrzeżeń, no, prawie żadnych :)


"Zimna" strona. Znajdują się tu elementy stabilizacji napięcia i prądu, a także wskaźnik zakończenia ładowania.


Do "gorącej" strony miałem zastrzeżenia tylko w kwestii lutowania, a dokładniej jego jakości. Wygląda na to, że kontroler PWM był przelutowywany, bo pozostałe elementy są wlutowane starannie.
Do strony wyjściowej nie mam zastrzeżeń: wszystko jest schludnie wykonane, a elementy dodatkowo unieruchomiono klejem. Wzmacniacz operacyjny LM358.


Nie miałem jeszcze recenzji podobnego urządzenia, więc musiałem odtworzyć schemat.
Zresztą część pierwotna zasilacza okazała się niemal identyczna jak w zasilaczu, który już recenzowałem — Zasilacz 12 V, 1 A. Zasilacz jest bardzo solidny i dobrej jakości.
Różnią się jedynie wartościami niektórych elementów i ich liczbą; układ scalony ma taki sam układ wyprowadzeń.


Ponieważ schemat jest rozbudowany, dla większej przejrzystości podzieliłem go na dwie części: pierwotną i wtórną.
Strona wtórna różni się od typowych schematów zasilaczy, ponieważ zawiera więcej bloków.


Omówię poszczególne bloki.
1. Zielony — układ stabilizacji napięcia wyjściowego, odpowiadający za tryb CV.
2. Czerwony — stabilizacja prądu, tryb CC.
3. Niebieski — układ sygnalizacji.
U góry po lewej znajdują się dwa prostowniki: główny i dodatkowy (D3, C5), zasilający wzmacniacz operacyjny i diodę LED. Dodatkowe zasilanie jest potrzebne, aby te elementy nie pobierały prądu, gdy akumulator jest podłączony, a ładowarka nie jest wpięta do gniazdka.
Między czerwonym i niebieskim blokiem znajduje się źródło napięcia odniesienia dla układu sygnalizacji i stabilizacji prądu.


Choć większość układu wykonano całkiem poprawnie, jest tu pewien szczegół. Równolegle do pierwszego kondensatora podłączono rezystor o wartości 2,2 kΩ (R13A), dlatego pobór prądu występuje nawet po wyłączeniu. Można spróbować rozwiązać ten problem, montując diodę (zaznaczoną na czerwono) zamiast zworki, która z kolei znajduje się w miejscu brakującego dławika przeciwzakłóceniowego. Jest jednak problem: dioda będzie się grzać, i to zauważalnie, dlatego zalecałbym pozostawić układ bez zmian.
A teraz — co zmienić, jeśli potrzebne jest inne napięcie lub inny prąd.
1. Zielony — dzielnik w obwodzie pomiaru napięcia. Zwiększenie wartości górnego rezystora podniesie napięcie wyjściowe, a dolnego — obniży.
2. Niebieski — zwiększenie wartości bocznika zmniejszy prąd, a zmniejszenie — zwiększy. Zmiana będzie proporcjonalna do zmiany wartości rezystora. Ten rezystor wpływa również na wskazania.
R19, R13: zwiększenie wartości górnego rezystora zmniejszy prąd wyjściowy, a zmiana dolnego działa odwrotnie.
3. Pomarańczowy — dzielnik progu przełączania sygnalizacji. Zasada jest taka sama jak w punkcie 2, ale dotyczy sygnalizacji. Warto dodać, że ten układ ma histerezę, dlatego przełączanie między czerwonym i zielonym LED-em odbywa się skokowo, a nie płynnie. Drobiazg, ale cieszy.


Osobne zdjęcie dla perfekcjonistów — wymieniłem tu elementy, które można zamontować na płytce.
1. Kondensatory Y — ponieważ urządzenie jest podłączane bez uziemienia, nie mają sensu. Po wymianie gniazda na trójstykowe ograniczą zakłócenia w sieci.
2. Termistor ograniczy prąd rozruchowy. Na przykład NTC 5D-9
3. Dławik wyjściowy. Ograniczy tętnienia na wyjściu; prąd powyżej 3 A, indukcyjność 1–10 µH.
4. Warystor zwiększy odporność zasilacza na wysokie napięcie podane na wejście. Średnica 10 mm, napięcie 470 V.
5. Kondensator X ograniczy zakłócenia w sieci; miejsce przewidziano na 22–33 nF.
6. Dławik dwuuzwojeniowy, zwykle na niewielkim rdzeniu pierścieniowym, również służy do ograniczania zakłóceń w sieci.
7. Mostek diodowy. Można zamontować go równolegle do pierwszego, co nieco zwiększy sprawność i niezawodność. Najlepiej użyć takiego samego jak już zamontowany: 10 A, 100 V.
8. Kondensator wyjściowy. Niewiele zmieni poziom tętnień, ale może zwiększyć niezawodność pracy. 1000 µF, 25 V.


Przejdźmy do testów.
Na początek sprawdzę podstawowe parametry.
1. Napięcie wyjściowe — zawyżone o około 30 mV, moim zdaniem mieści się w normie.
2. Prąd pobierany z akumulatora przy odłączonym zasilaniu wynosi około 7 mA. To dość dużo — rozładuje akumulator mniej więcej w ciągu 2–3 tygodni. Lepiej używać akumulatorów z zabezpieczeniem, choć zabezpieczenie i tak jest konieczne.
3. Prąd ładowania wynosi 2,9 A, nieco mniej niż deklarowano, ale moim zdaniem nie ma w tym nic strasznego.
4. Sygnalizację ustawiono na prąd 270 mA. Gdy prąd ładowania spadnie poniżej tej wartości, zapala się zielona dioda LED, a czerwona gaśnie.
5, 6. Ponieważ urządzenie nie potrafi całkowicie odłączyć akumulatora, później zobaczycie spadek prądu niemal do zera. Na przykład prąd spadł z 66 mA do 28 mA w ciągu około 8 minut.
Tryb bez całkowitego odcięcia prądu jest dopuszczalny, choć niezbyt pożądany. Jeśli akumulator jest sprawny, nie będzie problemu, ale radziłbym po prostu nie zostawiać go podłączonego na długo, na przykład na dzień lub dwa.


Następnie podłączyłem ładowarkę do obciążenia elektronicznego. Ponieważ jednak obciążenie elektroniczne nie ma trybu CV, musiałem podłączyć się z pominięciem obwodu stabilizacji prądu.
Ustawiłem prąd obciążenia na 3 A i zamknąłem obudowę, żeby urządzenie się nagrzało. Przy okazji kontrolowałem zmianę napięcia — tu również nie ma problemów. Spadek o 5 mV po godzinie nagrzewania to świetny wynik; widać, że w większości zastosowano precyzyjne rezystory.


Ponieważ to ładowarka, a nie zasilacz, i przez większość czasu pracuje z maksymalnym prądem, od razu ustawiłem 3 A. Test trwał 1 godzinę; w tym czasie ładowarka całkowicie naładuje akumulator o pojemności 2400–2600 mAh. Później prąd i tak zacznie spadać, więc dalsze testowanie temperatury nie ma sensu.


1. Po godzinie sprawdziłem temperaturę obudowy. W najgorętszym miejscu urządzenie wskazało 59 stopni, choć obudowa w dotyku nie była gorąca. Być może ma na to wpływ fakt, że tworzywo jest częściowo przezroczyste w paśmie podczerwieni.
2. Otworzyłem obudowę i zmierzyłem temperaturę. Najwyższa była w okolicy snubbera i bocznika po stronie pierwotnej — około 80 stopni. Tranzystor miał temperaturę 70–72 stopnie.
3. Zamknąłem obudowę na kilka minut, obróciłem urządzenie o 180 stopni, żeby odsłonić pozostałe komponenty, i ponownie zmierzyłem temperaturę. Tym razem najwyższą temperaturę miała wyjściowa dioda — około 85 stopni.

Na podstawie testów mogę stwierdzić, że warunki termiczne są w porządku — do temperatury krytycznej pozostaje jeszcze około 20–30 stopni zapasu.


Podsumujmy, najpierw w punktach:
Zalety
Solidna i starannie wykonana konstrukcja
Zastosowano komponenty z zapasem parametrów
Dobra stabilność parametrów
Brak przegrzewania
Wyraźne sygnalizowanie zakończenia ładowania

Wady
Brak całkowitego odłączenia ładowania
Pobór własny wynoszący 7 mA.
Wtyczka przewodu ma płaskie bolce.

Moja opinia. Moim zdaniem urządzenie ma tylko jedną istotną wadę: nie odłącza całkowicie prądu ładowania. Prawidłowe ładowanie powinno trwać do chwili, gdy prąd spadnie poniżej 1/10 ustawionej wartości, po czym ładowanie powinno zostać wyłączone i ponownie włączone, jeśli napięcie znów spadnie. Oczywiście można pomyśleć nad prostym układem z histerezą, który zamiast wyłączać ładowanie obniżałby napięcie wyjściowe tak, aby prąd ładowania przestał płynąć. Ale moim zdaniem, jeśli nie zostawia się podłączonego akumulatora na długo, obecne rozwiązanie jest całkiem wystarczające.
Miłym zaskoczeniem jest całkiem staranny montaż i zastosowanie komponentów z zapasem parametrów. Warto też zwrócić uwagę na brak przegrzewania — z tym problemem boryka się całkiem sporo zasilaczy. Odniosłem wrażenie, że urządzenie zbudowano na bazie zasilacza 12 V 5 A, nieco podnosząc napięcie i obniżając prąd, stąd taki rezultat.

Podsumowując: jeśli przerobiliście akumulatory w swojej wkrętarce i mają napięcie 12,6 V (trzy akumulatory połączone szeregowo), a oryginalnej ładowarki nie da się naprawić, to jest to całkiem niezła opcja.

W chwili zamówienia ładowarka kosztowała około 13,7 USD. Na potrzeby recenzji sprzedawca obniżył cenę do 11 USD, co moim zdaniem jest całkiem rozsądną kwotą za to urządzenie, biorąc pod uwagę jego funkcjonalność i jakość wykonania.

To już wszystko, mam nadzieję, że recenzja była przydatna.