Как сделать блок питания для шуруповерта своими руками

Блок питания для шуруповерта

Все современные шуруповерты работают от аккумулятора. Чтобы он всегда оставался в заряженном состоянии, требуется блок питания. Зарядные устройства разных производителей могут существенно различаться. Во-первых, блоки комплектуются разными элементами, а во-вторых, их вольтаж бывает 12, 14 или 18 вольт.

В зарядных устройствах на 12 В используются транзисторы емкостью до 4,4 пФ, проводимость при этом находится на уровне 9 мк. Для нивелирования показателей тактовой частоты используются конденсоры. В зарядниках, использующих такое напряжение, чаще всего устанавливаются полевые резисторы.

Схема блока питания 12 В

В блоках на 14 В уже применены 5 транзисторов и импульсные конденсаторы. Используется микросхема преобразования тока четырехканального типа. Емкость резистора не превышает 6,3 пФ.

Схема зарядного устройства 14 В

В зарядниках 18 В используются только транзисторы переходного типа. Для нормализации максимальной частоты установлен сеточный триггер. Проводимость тока находится в районе 5,4 мк. На микросхеме находятся 3 конденсатора. Вместе с диодным мостом располагается тетрод. В некоторых моделях используются хроматические резисторы. Иногда применяются дипольные транзисторы. Схема зарядного устройства 18 В

Режимы заряда

Номинальное напряжение Ni-Cd ячейки 1.2 В. Никель-кадмиевый аккумулятор заряжается током от 0.1 до 1.0 номинальной емкости. Это означает, что аккумулятор емкостью 5 амперчасов можно заряжать током от 0.5 до 5 А.

Заряд сернокислотных аккумуляторов хорошо знаком всем людям, держащим в руках шуруповерт, ведь практически каждый их них еще и автолюбитель. Номинальное напряжение ячейки Pb-PbO2 составляет 2.0 В, а ток зарядки свинцового сернокислотного аккумулятора всегда 0.1 C (доля тока от номинальной емкости, см. выше).

Литий-ионная ячейка имеет номинальное напряжение 3.3 В. Ток заряда литий-ионного аккумулятора, 0.1 C. При комнатной температуре этот ток можно плавно повышать до 1.0 С – это быстрый заряд. Однако, это годится только для тех батарей, которые не были переразряжены. При заряде литий-ионных батарей следует точно соблюдать напряжение. Заряд производится до 4.2 В точно. Превышение резко снижает срок службы, понижение – уменьшает емкость. При зарядке следует следить за температурой. Теплый аккумулятор следует либо ограничить током до 0.1 С, либо отключить до остывания.

ВНИМАНИЕ! При перегреве литий-ионного аккумулятора при зарядке свыше 60 градусов Цельсия возможен его взрыв и возгорание! Не следует слишком полагаться на встроенную электронику безопасности (контроллер заряда).

При заряде литиевой батареи, контрольное напряжение (напряжение окончания заряда) образует приблизительный ряд (точные напряжения зависят от конкретной технологии и указаны в паспорте на батарею и на ее корпусе):

Напряжение заряда следует контролировать мультиметром или схемой с компаратором напряжения, настроенным точно на применяемую батарею. Но для “электронщиков начального уровня” реально можно предложить только простую и надежную схему, описанную в следующем разделе.

Блок питания для шуруповерта своими руками

Стандартное зарядное устройство использует трехканальную микросхему. На ней, в зависимости от вольтажа, размещается различное количество транзисторов, например, в заряднике на 12 вольт ставится 4 транзистора. Чтобы снижать негативные воздействия тактовой частоты, в блоках устанавливаются конденсаторы. Они бывают импульсного или переходного типа. Чтобы минимизировать последствия от перегрузок электрической сети, в зарядных устройствах применяются тиристоры.

Стандартная схема зарядки шуруповерта

Это важно: в различных моделях устанавливается не только разное количество транзисторов – они существенно отличаются по своей емкости.
Блок питания для шуруповерта из энергосберегающей лампы Для того чтобы сделать ИБП из энергосберегающей лампы, необходимо содержащийся в каждой лампе электронный дроссель немного изменить, поставив перемычку, и после подключить к импульсному трансформатору и выпрямителю. Для источников питания небольшой мощности (от 3.7 в до 20 ватт), можно обойтись без трансформатора. Для этого необходимо просто добавить несколько витков полупроводника на магнитопровод располагающегося в балласте лампы дросселя, если там будет место для этого. Обмотку можно делать прямо поверх заводской. Для этого лучше использовать провод с изоляцией из фторопласта.

Блок питания для шуруповерта из зарядного устройства

Один из самых дешевых способов сделать блок питания – это использовать обычное зарядное устройство для смартфона. В каждом доме сейчас их два или более, а если у вас нет лишнего, можно приобрести за 50–100 рублей.

Так выглядят внутренности зарядки от смартфона

Переделка зарядки производится в следующей последовательности:

• С помощью эмалированного проводника маленького диаметра нужно добавить один виток обмотки. После этого включаем зарядку и подключаем к аккумулятору шуруповерта. Посредством осциллографа замеряем амплитуду импульсов и определяем напряжение, создаваемое одним витком дополнительной обмотки. • Выпаиваем разъем USB, снимаем тестовый виток и доматываем нужное количество витков до получения необходимого напряжения. Новая обмотка припаивается к заводской последовательно. • Меняем штатный конденсатор и стабилитрон на новые, соответствующие требуемому напряжению.

Импульсный блок питания для шуруповерта своими руками

Для импульсного блока подбирается подходящая микросхема, и сборка осуществляется в следующей последовательности:

• Диодные мосты и термистор ставятся на входе. • Устанавливаются два конденсатора. • Для синхронизации работы затворов полевых транзисторов применяются драйвера. • При установке транзисторов фланцы не закорачивают. С помощью изоляционных шайб и прокладок они крепятся к радиатору. • На выходе устанавливаются диоды.

Блок питания для шуруповерта из электронного трансформатора

Чтобы приспособить трансформатор под зарядное устройство вашего инструмента, его нужно доработать. Для этого нужно подключить конденсатор на выходе выпрямительного моста. Емкость определяется следующим образом – 1 мкФ на 1 Вт. Напряжение конденсатора должно быть не меньше 400 В. В разрыв одного сетевого кабеля нужно установить терморезистор, чтобы ограничить пусковой ток. Диодный мост устанавливается для выпрямления напряжения частотой 30 кГц. Для нормального функционирования устройства требуется обеспечить плавный пуск. С этим отлично справляется дроссель Л1.

Общая схема и ток потребления шуруповертов 12, 14 и 18В

Шуруповерты различных производителей построены на разной элементной базе, но структурная электрическая схема у всех примерно одинакова. Электроинструмент состоит из:

• съемного аккумулятора;
• платы управления;
• куркового выключателя, совмещенного с регулятором оборотов;
• переключателя диапазонов регулирования частоты (может отсутствовать);
• электрического двигателя (коллекторного или бесщеточного).

При изготовлении своими руками источника питания для шуруповерта надо обращать внимание на два параметра:

• напряжение;
• номинальный выходной ток.

С напряжением все просто – новый источник питания должен иметь выходное напряжение, равное номинальному напряжению питания электроинструмента. Понижение ведет к потере крутящего момента, повышение – к снижению ресурса. Работа платы управления при пониженном напряжении не гарантируется, при повышенном – вероятен выход ее из строя.

Необходимый рабочий ток определить сложнее. Производители электроинструмента крайне редко указывают потребляемый ток. Немногим чаще указывают мощность в ваттах. Но на шильдиках шуруповертов можно найти следующие данные:

• рабочее напряжение (в вольтах);
• частота вращения (в оборотах в минуту);
• вращаюший момент (в ньютонах на метр).

Эти данные выглядят достаточными для расчета рабочего тока.

На самом деле не все так радужно. Если задаться данными с реального шуруповерта и попытаться рассчитать номинальный ток, то получится абсурдный результат.

Сначала рассчитывается выходная мощность по формуле:

P=T*RPM/9550, где:

• P – мощность, кВт;
• T – вращающий момент, Н/м;
• RPM – частота вращения, об/мин;
• 9550 – коэффициент, объединяющий перевод из одних единиц в другие.

Для указанных данных получается:

P=42*1350/9550=5,9 кВт.

Эту развиваемую мощность надо разделить на КПД (примерно равный 0,8), в итоге потребляемая мощность равна около 7 кВт. При напряжении 20 вольт аккумуляторы должны отдавать ток 350 А!!! При емкости 2 А*ч батарея разрядится за 20 секунд (если даже теоретически АКБ обеспечит такой ток). Это и есть обещанный абсурд. Причиной этого могут быть лукавые декларации по оборотам или крутящему моменту. Возможно, наибольший крутящий момент выдается только при определенной частоте вращения, но даже если ее знать, то практического смысла будет мало. Ведь шуруповерт работает на разных частотах.

Поэтому ориентироваться нужно на следующие цифры, полученные экспериментальным путем:

• холостой ход – 1..2 ампера;
• средняя нагрузка – 4..6 А;
• максимальная нагрузка – 8..11 А;
• броски тока при полном торможении – до 30 А.

Уточнить эти цифры для конкретного шуруповерта можно, замерив реальный потребляемый ток на разных режимах, собрав для этого несложную схему и погоняв электроинструмент на различных нагрузках.

А можно не уточнять, а ориентироваться на цифры, указанные выше. Блок питания понадобится на наибольший ток 10 А (но никак не меньше 5..6), желательно с защитой от сверхтока.

Выпрямитель для шуруповерта своими руками

Выпрямитель необходим для преобразования переменного тока в постоянный. Он функционирует за счет полупроводниковых диодов, которые играют роль преобразователей. Чтобы проанализировать работу устройства, применяют осциллограф. Главным в изготовлении выпрямителя является правильный выбор диодов. Для использования в блоке питания подойдут элементы с показателями обратного тока до 10 ампер. Количество диодов равно 4, и их следует устанавливать по мостовому типу. Если применять схему на одном полупроводнике, полезное действие блока снижается вдвое.

Это важно: запрещено работать с электрическими элементами, находящимися под напряжением. Перед тем как совершать какие-либо манипуляции, нужно убедиться, что прибор отключен от сети.

Зачем переделывать аккумуляторный шуруповёрт?

Зачем переделывать шуруповёрт и когда возникает такая необходимость?

Если вы читаете эту статью, наверное, уже успели оценить всё удобство этого инструмента. Без лишних проводков и в любой момент можно воспользоваться им даже в самых труднодоступных местах, пока аккумулятор не сядет. Это и является первым недостатком шуруповёрта. Чем дешевле инструмент, тем быстрее его аккумулятор исчерпает ресурсы циклов зарядки.

Вот и второй недостаток. И вы должны понимать, что производитель экономит точно так же, как и вы, и ничего необычного в этом нет. Покупка нового аккумулятора по расходам практически не отличается от покупки шуруповёрта, но выход есть, и сейчас мы рассмотрим варианты переделки шуруповёрта с аккумуляторного на сетевое питание.

Существует несколько способов переделать шуруповёрт из аккумуляторного в сетевой:

• используя зарядку от ноутбука;
• используя блок питания от ПК;
• используя автомобильный аккумулятор;
• используя блок питания от галогеновых ламп;
• используя китайскую плату блока питания на 24V.

Трансформаторный блок для питания шуруповерта

Трансформаторными источниками питания называются такие приборы, в которых располагается понижающий входное напряжение трансформатор. Помимо него, в таких блоках установлен диодный выпрямитель и конденсатор фильтра. Конденсатор сглаживает пульсации выходного напряжения. По сути, трансформатор выдает напряжение того же вида, что и в сети 220 вольт, а точнее, синусоидальной. При работе от бесперебойных источников его форма может быть совсем несинусоидальной. Форма выпрямленного напряжения непостоянна во времени, поэтому необходима установка элемента, поддерживающего выходное напряжение постоянной величины, что выполняется на сглаживающем конденсаторе.

Плюсы трансформаторных блоков:

• Простота и надежность. • Составные элементы легко найти в продаже. • Отсутствие частей, создающих радиоволновые помехи.

Сетевой блок для питания шуруповерта

Для того чтобы своими руками запитать шуруповерт от бытовой электросети, вам потребуются вышедший из строя аккумулятор, зарядное устройство от него, многожильный провод, изолента, припой, паяльник и кислота. В первую очередь нужно припаять к контактам зарядника электропровод со штепсельной вилкой. Поскольку в блоке используются латунные клеммы, а в проводе медные жилы, чтобы их спаять, следует использовать в качестве соединителя кислоту. От качества этого соединения напрямую зависит функционирование всего устройства. На втором этапе работа ведется с вышедшим из строя аккумулятором инструмента. Следует разобрать батарею и удалить из нее внутренние части. При этой операции нужно пользоваться средствами личной защиты, а внутреннее наполнение рекомендуется не выбрасывать в бытовой мусор, а утилизировать в безопасном для людей месте. На заключительном этапе необходимо провода зарядного устройства спаять с выводами аккумулятора, которые располагаются во внутренней части корпуса.

При самодельном изготовлении блока питания для шуруповерта необходимо тщательно соблюдать технику безопасности при работе с электричеством. Перед началом работы нужно тщательно взвесить все за и против (сколько на это потребуется времени, какова будет стоимость материалов и запчастей), иногда будет проще и дешевле отнести зарядник в специализированную мастерскую или приобрести новый блок.

Виды батарей

Аккумуляторы неодинаковы по типам и режимы заряда у них могут быть разными. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи являются очень хорошим источником энергии, способны отдавать большую мощность. Однако, по экологическим причинам их производство прекращено и они будут встречаться все реже и реже. Сейчас всюду их вытеснили литий-ионные аккумуляторы.

Сернокислотные (Pb) свинцовые гелевые аккумуляторы имеют неплохие характеристики, но утяжеляют инструмент и поэтому не пользуются особой популярностью, несмотря на относительную дешевизну. Поскольку они гелевые (раствор серной кислоты загущается силикатом натрия), то никаких пробок в них нет, электролит из них не вытекает и ими можно пользоваться в любом положении. (Кстати, и никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов тоже относятся к классу гелевых.)

Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) являются сейчас наиболее перспективными и продвигаемыми в технике и на рынке. Их особенностью является полная герметичность ячейки. Они имеют весьма высокую удельную мощность, безопасны в обращении (благодаря встроенному контроллеру заряда!), выгодно утилизируются, являются наиболее экологически чистыми, имеют малый вес. В шуруповертах в настоящее время применяются очень часто.