Зарядное устройство для шуруповерта своими руками

Схемы зарядных устройств для шуруповертов

В одних и тех же шуруповертах могут использоваться различные типы аккумуляторов, отличающихся параметрами и техническими характеристиками. В связи с этим, к ним требуются разные зарядные устройства. Поэтому перед тем как приобрести или сделать зарядник для шуруповерта своими руками, нужно определить тип батареи и условия эксплуатации. Кроме того, рекомендуется изучить основные схемы, чаще всего используемые в зарядных устройствах.

Зарядка на микроконтроллере. Размещается в обычном корпусе, оборудована звуковой и световой сигнализацией о начале и окончании заряда. Данная схема обеспечивает корректную зарядку батареи. В начале работы загораются а затем гаснут светодиоды. Индикация сопровождается звуковым сигналом. Таким образом выполняется тестирование работоспособности устройства. После этого светодиод красного цвета начинает равномерно мигать, что указывает на нормальный процесс зарядки.

По достижении аккумулятором полного заряда, красный светодиод перестает мигать, а вместо него загорается зеленый, сопровождающийся звуковым сигналом. Это означает, что зарядка окончена.

Установка уровня напряжения, который должен быть при полной зарядке, осуществляется с помощью переменного резистора. При этом значение входного напряжения равно напряжению полностью заряженной батареи плюс один вольт. В схеме используется любой полевой транзистор, имеющий Р-канал и наиболее подходящий по токовым характеристикам.

Для того чтобы обеспечить зарядку на уровне 14В, напряжение, подаваемое на вход должно составлять не менее 15-16В. Порог срабатывания, отключающий зарядное устройство, устанавливается с помощью переменного резистора на уровне 14,4В. Сам процесс зарядки протекает в виде импульсов, отображаемых на светодиоде. В промежутках между импульсами контролируется напряжение на батарее и по достижении нужного значения происходит подача звукового сигнала совместно с миганием светодиода об окончании зарядки.

Существуют и другие схемы зарядных устройств. Например, зарядка для дрели-шуруповерта работает с напряжением 18 вольт. При зарядке батареи на 14,4В зарядный ток подбирается с помощью резистора.

Принцип работы ЗУ

При выходе из строя ЗУ есть смысл сначала попробовать его восстановить. Для проведения ремонта желательно иметь схему прибора заряда и мультиметр. Схемотехника многих приборов заряда построена на микросхеме HCF4060BE. Её схема включения формирует выдержку интервала времени заряда. Она включает в себя цепь кварцевого генератора и 14-разрядный двоичный счётчик, благодаря чему на ней легко реализовывается таймер.

Принцип работы схемы зарядника проще разобрать на реальном примере. Вот как выглядит она в шуруповёрте Интерскол:

Такая схема предназначена для заряда 14,4-вольтовых аккумуляторов. Она имеет светодиодную индикацию, показывающую подключение в сеть, горит светодиод LED2, и процесс заряда, горит LED1. В качестве счётчика используется микросхема U1 HCF4060BE или её аналоги: TC4060, CD4060. Выпрямитель собран на силовых диодах VD1-VD4 типа 1N5408. Транзистор PNP типа Q1 работает в ключевом режиме, к его выводам подключены управляющие контакты реле S3-12A. Работой ключа управляет контроллер U1.

При включении ЗУ переменное напряжение сети 220 вольт через предохранитель поступает на понижающий трансформатор, на выходе которого её значение составляет 18 вольт. Далее, проходя через диодный мост, выпрямляется и попадает на сглаживающий конденсатор C1 ёмкостью 330 мкФ. Величина напряжения на нём равна 24 вольта. Во время подсоединения батареи контактная группа реле находится в разомкнутом положении. Микросхема U1 запитывается через стабилитрон VD6 постоянным сигналом равным 12 вольт.

Используемая кнопка SK1 работает без фиксации. При её отпускании всё питание поступает через цепочку VD7, VD6 и ограничительное сопротивление R6. И также питание подаётся на светодиод LED1 через резистор R1. Светодиод загорается, сигнализируя, что начат процесс заряда. Время работы микросхемы U1 настроено на один час работы, после чего питание снимается с транзистора Q1 и, соответственно, с реле. Его контактная группа разрывается и ток заряда пропадает. Светодиод LED1 гаснет.

Этот прибор заряда оборудован схемой защиты от перегрева. Реализуется такая защита с помощью датчика температуры — термопара SA1. Если во время процесса температура достигнет значения более 45 градусов Цельсия, то термопара сработает, микросхема получит сигнал и цепь заряда разорвётся. После окончания процесса напряжение на клеммах батареи достигает 16,8 вольт.

Такой способ зарядки не считается интеллектуальным, ЗУ не может определить, в каком состоянии находится батарея. Из-за чего продолжительность работы шуруповёрта от аккумулятора будет уменьшаться в связи с развитием у него эффекта памяти. То есть ёмкость аккумулятора каждый раз после заряда снижается.

Как работает зарядное устройство для шуруповерта

Принцип работы зарядного устройства для разных аккумуляторов шуруповертов выглядит следующим образом:

При подключении устройства в сеть, напряжение в 220В проходит через предохранитель.
Переменное напряжение идет на понижающий трансформатор. Значение вольтажа преобразуется до 18.
Заряд попадает на диодный мост.
Происходит выпрямление и переход на конденсатор С1, его емкость составляет 330 мкФ. Вольтаж преобразуется до 24В.

Реле замыкается после включения по нажатию кнопки. Аккумулятор начинает заряжаться на выходе сетевого выпрямителя. Среднее время полной зарядки АКБ в шуруповерте – 50-60 минут. Это среднестатистические показатели, которые распространяются на аккумуляторы 12, 14 или 18 вольт.

Действительно ли стоит переделывать?

Без аккумуляторов шуруповёрт превращается в железку. Когда батареи перестают держать заряд, приходится искать новые элементы питания. Во-первых, это дорого — цена аккумуляторов составляет до 80% стоимости шуруповёрта, эффективнее купить новый инструмент. Во-вторых, батареи не всегда бывают в продаже, например, если модель снята с производства. В-третьих, рачительный хозяин стремится использовать все возможности для экономии средств.

Переделка аккумуляторного шуруповёрта для работы от электрической сети — хороший выход. Что это даёт:

Инструмент получает новую жизнь.
Больше не нужны батареи, требующие заряда.
Крутящий момент инструмента не зависит от заряда батареи.

Недостаток переделанной конструкции — зависимость от розетки и длины сетевого кабеля.

Техника безопасности и меры предосторожности

Прежде чем что-то заряжать, необходимо ознакомиться с техникой безопасности. Это поможет предотвратить возможные проблемы, которые могут появиться в процессе подзарядки батареи инструмента.

Необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

За процессом необходимо постоянно следить. Как только зарядка АКБ будет окончена, процедуру нужно полностью прекратить. Дело в том, что в результате переполнения литиевые компоненты могут вскипеть. Их температурные показатели резко увеличиваются, что может привести к взрыву. Необходимо проследить за тем, чтобы все элементы сети были правильно включены

Особое внимание следует обращать на используемую полярность и технические характеристики аккумулятора. Если характеристики модулей отличаются друг от друга, батарею нельзя заряжать слишком долго

Что делать, если АКБ шуруповерта не заряжается?

Условия хранения и эксплуатации выполнялись, экзотические способы зарядки не использовались, а АКБ перестал заряжаться. Что делать?

Осмотрите контакты между клеммами аккумуляторного блока и з/у. Причина неработоспособности может оказаться в недостаточно высоком контакте. В этом случае рекомендуем разобрать зарядное устройство, после чего подогнуть клеммы.
В корпус з/у могли попасть грязь, мелкие частицы пыли. Чтобы этого избежать, своевременно протирайте контактную группу. Признаки загрязнения – это уменьшенное время работы дрели-шуруповерта, восполнение заряда проходит быстрее.

Как долго производить зарядку, и от чего это время зависит

Понадобится не менее 2-3 часов, в этом случае заряда хватит, чтобы завести мотор машины. Можно зарядить АКБ полностью, но потребуется уже 8-14 часов. Когда прибор полностью разряжен, для полного заряда требуется минимум 15 часов до его полного восстановления. Если используется ЗУ с низким напряжением, заряжать придется дольше. Чтобы получить более точные цифры, нужно учитывать емкость батареи.

Примерно за 2 часа аккумулятор должен набрать стартовую емкость. Можно проверить, изменился ли уровень заряда, для этого измеряют напряжение. Цифры на экране мультиметра нужно сравнить с показаниями в разряженном состоянии. Если было около 16 V, а стало на 1-2 Вольта больше, значит все работает нормально.

После проведения манипуляций снова проверяют уровень заряда. Для этого подключают нагрузочную вилку или просто подсоединяют батарею к бортовой сети. Если стартер крутится, значит операция прошла успешно.

Разновидности аккумуляторов

Зарядное для шуруповерта создают с учетом особенностей автономного источника питания. В следующих разделах рассмотрены популярные аккумуляторные батареи

В ходе изучения совместимости функциональных компонентов шуруповерта рекомендуется уделить особое внимание режимам восстановления заряда

Никель-кадмиевые

Зарядное устройство для аккумуляторов

Эти аккумуляторы отличаются:

разумной стоимостью;
хорошими энергетическими показателями;
длительным сроком службы.

К сожалению, большие проблемы возникают на стадии утилизации. Вредные химические соединения в составе Ni-Cd батареек наносят большой вред окружающей среде. По этой причине применение таких изделий постепенно прекращают во многих странах.

Если иные данные не указал производитель, выбирают режим эксплуатации вместе с подходящей электрической схемой ЗУ для шуруповерта по следующим данным:

для продления срока службы рекомендуется «тренировка» 2-6 полными рабочими циклами перед началом эксплуатации и впоследствии через каждые 6-8 месяцев;
допустимо длительное хранение в разряженном состоянии;
напряжение предварительного разряда – от 0,9 до 1 V;
номинальная емкость сохраняется только при положительной температуре;
перегрев недопустим в процессе восстановления (не выше +40°C);
о завершении цикла свидетельствует небольшое снижение напряжения;
ток заряда вычисляют по формуле:

2*C.

Важно! Буквой «С» обозначают емкость, указанную в паспорте аккумулятора. Если C=2,5 А*ч, можно применять заряд с током 5А = 2*2,5

Сернокислотные аккумуляторы для шуруповерта

Изделия этой категории создают на основе свинцовых элементов с гелевым электролитом кислотного типа. Преимущества:

простота;
демократичная цена;
возможность эксплуатации в любом положении.

Главными недостатками сернокислотных аккумуляторов являются значительные габариты и большой вес. Ячейки заряжают напряжением 1,8-2 V при поддержании тока 0,1-0,15*С.

Литий-ионные батареи для шуруповерта

Это наиболее распространенное современное решение. Аналогичные по конструкции батареи применяют в смартфонах и ноутбуках, другой бытовой и профессиональной технике. Плюсы:

лучшие показатели, по сравнению с рассмотренными выше аналогами по накоплению энергии на единицу объема (веса);
широкий рабочий температурный диапазон;
длительное сохранение хороших эксплуатационных параметров;
отсутствие чрезмерных требований к утилизации.

Одну стандартную ячейку заряжают напряжением 3,6V до уровня 4,2V. Превышение установленного производителем порога сокращает срок службы. Низкий уровень ограничивает накопительные возможности. Энергетический потенциал аккумуляторов восстанавливают с тщательным контролем температуры.

Подключение шуруповёрта к зарядному устройству

Последовательность действий:

Припаять или прицепить зажимами «крокодил» к клеммам зарядного устройства два провода.
Разобрать старый аккумулятор и вынуть из него севшие элементы.
Просверлить в корпусе аккумулятора отверстие для кабеля, продеть кабель в отверстие. Желательно уплотнить соединение изолентой или термоусадочной трубкой, чтобы провод не вырвался из корпуса.
Удалённые из аккумулятора элементы нарушат развесовку шуруповёрта — рука будет уставать. Чтобы восстановить баланс, в корпус следует поместить груз — это может быть плотное дерево или кусок резины.
Припаять кабель к клеммам бывшего аккумулятора, подключаемым к шуруповёрту.
Собрать корпус аккумулятора.
Остаётся испытать обновлённый инструмент в работе.

Монтаж готового блока питания в корпусе старого аккумулятора

Порядок действий:

Разобрать старый аккумулятор и вынуть из него неработающие элементы.
Установить блок питания в корпус аккумулятора. Подключить контакты высокого напряжения и клеммы низкого напряжения.
Собрать и закрыть корпус аккумулятора.
Установить аккумулятор в шуруповёрт.
Включить вилку блока питания в розетку и проверить обновлённый сетевой инструмент в работе.

Самодельный блок питания

Пошаговая инструкция:

Разобрать корпус старого аккумулятора, вынуть из него севшие батареи.
Установить элементы электрической схемы блока питания на монтажную плату, припаять контакты.
Установить собранную плату в корпус. Проверить тестером наличие напряжения на выходе.
Подключить провода низкого напряжения к клеммам старого аккумулятора. Собрать корпус.
Подключить шуруповёрт к электрической сети и проверить его работу.

Подключение к внешнему блоку питания

Что делать:

Разобрать шуруповёрт и найти внутри провода питания мотора. Установить в корпус разъём для источника питания и припаять провода к разъёму. Закрепить провода термоклеем.
Подобрать подходящий блок питания, например, от ноутбука. Подобрать к нему переходник для разъёма низкого напряжения.
Подключить шуруповёрт к новому блоку питания и проверить его работу.

Подключение к блоку питания от компьютера

Инструкция:

Найти или купить блок питания от компьютера, мощностью не менее 300 Вт.
Разобрать корпус шуруповёрта. Найти внутри провода питания двигателя. Припаять к проводам разъёмы для компьютерного блока питания.
Вывести из корпуса разъёмы для подключения компьютерного блока питания.
Подключить шуруповёрт к новому блоку питания.
Включить блок питания в сеть и проверить работу прибора.

Зарядка при неисправном аккумуляторе

Иногда бывает так, что сам шуруповерт работает, но сломался аккумулятор. Есть несколько вариантов решения проблемы:

Покупка нового.
Ремонт старого. Если это делать самостоятельно, потребуются специальные знания. К тому же не каждый захочет работать с вредными веществами.
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.
«Родной» аккумулятор или его заменители вообще можно исключить из конструкции. Шуруповерт будет питаться от сети напрямую.

Самодельные приборы для заряда

Самостоятельно сделать зарядку для шуруповёрта на 12 вольт своими руками, по аналогии с той, что применяется в ЗУ Интерскол, довольно просто. Для этого потребуется воспользоваться способностью термореле разрывать контакт при достижении определённой температуры.

В схеме R1 и VD2 представляют собой датчик прохождения тока заряда, R1 предназначен для защиты диода VD2. При подаче напряжения транзистор VT1 открывается, через него проходит ток и светодиод LH1 начинает светиться. Величина напряжения падает на цепочке R1, D1 и прикладывается к аккумулятору. Ток заряда проходит через термореле. Как только температура аккумулятора, к которому подключено тепловое реле, превысит допустимое значение, оно срабатывает. Контакты реле переключаются, и ток заряда начинает протекать через сопротивление R4, светодиод LH2 загорается, сообщая об окончании заряда.

Схема на двух транзисторах

Ещё одно простое устройство можно выполнить на доступных элементах. Эта схема работает на двух транзисторах КТ829 и КТ361.

Величина тока заряда управляется транзистором КТ361 к коллектору, которого подключён светодиод. Этот транзистор также управляет состоянием составного элемента КТ829. Как только ёмкость батареи начинает увеличиваться, ток заряда уменьшается и светодиод соответственно плавно гаснет. Сопротивлением R1 задаётся максимальный ток.

Момент полного заряда батареи определяется необходимым напряжением на ней. Требуемая величина выставляется переменным резистором на 10 кОм. Чтобы её проверить, понадобится поставить вольтметр на клеммах подключения батареи, не подключая её саму. В качестве источника постоянного напряжения используется любой выпрямительный блок, рассчитанный на ток не менее одного ампера.

Использование специализированной микросхемы

Производители шуруповёртов стараются снизить цены на свою продукцию, часто это достигается путём упрощения схемы ЗУ. Но такие действия приводят к быстрому выходу из строя самой батареи. Применяя универсальную микросхему, предназначенную именно для ЗУ компании MAXIM MAX713, можно добиться хороших показателей процесса заряда. Вот как выглядит схема зарядного устройства для шуруповёрта на 18 вольт:

Микросхема MAX713 позволяет заряжать никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы в режиме быстрого заряда, током до 4 C. Она умеет отслеживать параметры батареи и при необходимости снижать ток автоматически. По окончании зарядки схема на основе микросхемы практически не потребляет энергии от аккумулятора. Может прерывать свою работу по времени или при срабатывании термодатчика.

HL1 служит для индикации питания, а HL2 — для отображения быстрого заряда. Настройка схемы заключается в следующем. Для начала выбирается зарядный ток, обычно его значение составляет величину равную 0,5 C, где C — ёмкость аккумулятора в амперчасах. Вывод PGM1 соединяется с плюсом напряжения питания (+U). Мощность выходного транзистора рассчитывается по формуле P=(Uвх — Uбат)*Iзар, где:

Uвх – наибольшее напряжение на входе;
Uбат – напряжение на аккумулятор;
Iзар – зарядный ток.

Сопротивление R1 и R6 рассчитывается по формулам: R1=(Uвх-5)/5, R6=0.25/Iзар. Выбор времени, через которое зарядный ток отключится, определяется подключением контактов PGM2 и PGM3 к разным выводам. Так, для 22 минут PGM2 оставляется неподключенным, а PGM3 соединяется с +U, для 90 минут PGM3 коммутируется с 16 ногой микросхемы REF. Когда понадобится увеличить время зарядки до 180 минут PGM3 закорачивают с 12 ногой MAX713. Наибольшее время 264 минуты достигается соединением PGM2 со второй ногой, а PGM3 с 12 ногой микросхемы.

Подключение шуруповёрта к зарядному устройству

Последовательность действий:

Припаять или прицепить зажимами «крокодил» к клеммам зарядного устройства два провода.
Разобрать старый аккумулятор и вынуть из него севшие элементы.
Просверлить в корпусе аккумулятора отверстие для кабеля, продеть кабель в отверстие. Желательно уплотнить соединение изолентой или термоусадочной трубкой, чтобы провод не вырвался из корпуса.
Удалённые из аккумулятора элементы нарушат развесовку шуруповёрта — рука будет уставать. Чтобы восстановить баланс, в корпус следует поместить груз — это может быть плотное дерево или кусок резины.
Припаять кабель к клеммам бывшего аккумулятора, подключаемым к шуруповёрту.
Собрать корпус аккумулятора.
Остаётся испытать обновлённый инструмент в работе.

Монтаж готового блока питания в корпусе старого аккумулятора

Порядок действий:

Разобрать старый аккумулятор и вынуть из него неработающие элементы.
Установить блок питания в корпус аккумулятора. Подключить контакты высокого напряжения и клеммы низкого напряжения.
Собрать и закрыть корпус аккумулятора.
Установить аккумулятор в шуруповёрт.
Включить вилку блока питания в розетку и проверить обновлённый сетевой инструмент в работе.

Самодельный блок питания

Пошаговая инструкция:

Разобрать корпус старого аккумулятора, вынуть из него севшие батареи.
Установить элементы электрической схемы блока питания на монтажную плату, припаять контакты.
Установить собранную плату в корпус. Проверить тестером наличие напряжения на выходе.
Подключить провода низкого напряжения к клеммам старого аккумулятора. Собрать корпус.
Подключить шуруповёрт к электрической сети и проверить его работу.

Подключение к внешнему блоку питания

Что делать:

Разобрать шуруповёрт и найти внутри провода питания мотора. Установить в корпус разъём для источника питания и припаять провода к разъёму. Закрепить провода термоклеем.
Подобрать подходящий блок питания, например, от ноутбука. Подобрать к нему переходник для разъёма низкого напряжения.
Подключить шуруповёрт к новому блоку питания и проверить его работу.

Подключение к блоку питания от компьютера

Инструкция:

Найти или купить блок питания от компьютера, мощностью не менее 300 Вт.
Разобрать корпус шуруповёрта. Найти внутри провода питания двигателя. Припаять к проводам разъёмы для компьютерного блока питания.
Вывести из корпуса разъёмы для подключения компьютерного блока питания.
Подключить шуруповёрт к новому блоку питания.
Включить блок питания в сеть и проверить работу прибора.

Виды зарядных устройств

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

В этом разделе рассмотрены типовые электрические схемы. Выбирают подходящий зарядник для шуруповерта с учетом следующих факторов:

тип аккумулятора;
количество ячеек;
возможность тщательного контроля процесса зарядки;
наличие навыков и знаний для качественной сборки (настройки) определенной конструкции;
дополнительные требования по весу, размерам, другим индивидуальным критериям.

Аналоговые со встроенным блоком питания

Популярность таких инженерных решений объясняется сравнительной простотой и низкой себестоимостью. Представленное на следующем чертеже устройство обеспечивает стабильное поддержание напряжения для зарядки 12 вольтового блока с достаточно высоким током.

Аналоговый зарядник

Пояснения к электрической схеме:

микросхема КР142ЕН выполняет основную функцию – стабилизацию;
для приведенного примера (на 12V) подходит модификация с индексом «8Б» в обозначении;
этот элемент нагревается, поэтому его монтируют на металлическом радиаторе с площадью рассеивания 20-25 см кв.;
обмотки трансформатора (сечение проводников) рассчитывают по необходимому току на выходе;
конденсатором С1 убирают остаточные пульсации после выпрямления диодным мостом;
о завершении цикла зарядки сигнализирует погасший светодиод (HL1), автоматическое отключение отсутствует.

Аналоговые с внешним блоком питания

Принципиальная схема в этом варианте аналогична рассмотренному примеру. Главное отличие – отдельное исполнение блока выпрямителя:

трансформатор;
диодный мост;
конденсатор.

Электрическая схема блока управления зарядным устройством

Такое устройство можно сделать миниатюрным. Его можно подключить к стандартному достаточно мощному выпрямителю (это блок питания ноутбука, планшета, другой техники). Пояснения для сборки:

на транзисторе КТ 818 рассеивается большая мощность, поэтому его устанавливают на эффективный радиатор (площадь – от 35 до 45 кв. см);
подстроечным резистором настраивают оптимальный ток на выходе с учетом особенностей аккумулятора;
как и в предыдущем варианте, завершение процедуры – погасший светодиод.

Импульсные

Предыдущие устройства способны восстановить функциональность штатной батареи шуруповерта за 4-6 часов. Представленная ниже схема аналогичную задачу выполнит намного быстрее (45 мин.-1,5 часа). Главные преимущества – минимальные размеры и легкость.

Импульсное ЗУ

Эта схема предназначена для заряда Ni-Cd аккумуляторных батарей усовершенствованного типа. Они снабжены специальным контактом, который необходим для контроля температурных показателей. Такое устройство без дополнительных команд воспроизводит цикл ускоренной разрядки. Пользователь может устанавливать перемычками различные комбинации выходных параметров.

Преимущества аккумуляторных инструментов

Главным плюсом электроинструментов данной категории является автономность. Встроенная аккумуляторная батарея обеспечивает функциональность техники без подключения к стационарной сети питания 220 или 380V. Этой особенностью пользуются для выполнения ремонта в новостройках, в «походных» и других сложных условиях.

Другие преимущества:

без мешающего соединительного кабеля питания проще выполнять отдельные операции;
низкое напряжение батарей снижает опасность поражения электрическим током;
этот инструмент намного тише, по сравнению с альтернативным решением автономности на базе бензинового генератора.

К сведению. Для справедливой оценки следует отметить, что оснащение аккумулятором увеличивает вес, стоимость и сложность.