Изготовление устройства зарядного для шуруповёрта своими руками

Устройство шуруповерта

Несмотря на разнообразие моделей, общее устройство шуруповертов довольно универсальное, а принцип действия практически одинаковый. Они могут различаться только внешним видом, компоновкой отдельных деталей, наличием или отсутствием дополнительных функций.
Питание шуруповертов может быть сетевым от напряжения 220В или аккумуляторным. Общая конструкция шуруповерта включает следующие элементы и составляющие:

  • Корпус. Изготавливается из твердых пластмасс, что способствует облегчению конструкции и снижению себестоимости. В некоторых моделях применяются металлические сплавы, придающие конструкции повышенную прочность. Представляет собой пистолет с удобной рукояткой, при разборке разделяется на две половинки.
  • Патрон. В нем закрепляются насадки, которым затем передается вращательное движение. Обычно используется трехкулачковое, самозажимное и самоцентрирующееся устройство. Внутри имеется шестигранное углубление, куда вставляется хвостовик насадки. Для закрепления в патроне насадки вставляются между кулачками и зажимаются вращением муфты.
  • Электрическая часть. Состоит из малогабаритного электрического двигателя коллекторного типа. В устройствах, работающих от сети используются двухфазные двигатели переменного тока, рассчитанные на 220В. Их запуск осуществляется с помощью пускового конденсатора. В аккумуляторных шуруповертах устанавливаются электродвигатели постоянного тока. Постоянный ток поступает от аккумулятора, выполненного в виде набора элементов, объединенных в общем корпусе. Мощность шуруповерта определяется по выходному напряжению батареи.
  • Элементы цепи. Для включения используется специальная кнопка, расположенная на рукоятке. Обычно кнопочные выключатели работают в паре с регуляторами напряжения. То есть, величина напряжения, подаваемого на двигатель, зависит от усилия, прилагаемого при нажатии кнопки. Здесь же устанавливается и рычаг переключения, обеспечивающий реверс вращения вала за счет изменения полярности электрического сигнала. От кнопки сигнал поступает непосредственно на ротор через коллектор. Электрический контакт обеспечивается графитными щетками определенных размеров.
  • Механические части и детали. Основой конструкции является редуктор планетарного типа, с помощью которого крутящий момент передается от вала к выходному шпинделю. В качестве дополнительных элементов используются водило, кольцевая шестерня и сателлиты. Все детали находятся внутри корпуса и по очереди взаимодействуют друг с другом.

Важной составной частью считается муфта регулировки вращения, устанавливающая определенный крутящий момент. С ее помощью прекращается вращение вала после вкручивания шурупа

Остановка происходит из-за увеличения сопротивления вращению. Данная мера предотвращает срыв резьбовой части шурупа и выход из строя самого шуруповерта.

Принцип работы

Зарядное устройство не стоит воспринимать как простой кабель, позволяющий запитать аккумулятор от электрической розетки – этот прибор всегда несколько сложнее. В зависимости от точного набора функций конкретного экземпляра, устроен он может быть по-разному, однако, в целом методы достижения цели всегда примерно одинаковы. Поскольку зарядить аккумулятор шуруповерта от розетки 220 В напрямую нельзя, ключевой деталью любого зарядного устройства является понижающий трансформатор, обеспечивающий значительное снижение вольтажа. Сам он, как правило, не опускает вольтаж вплоть до нужного значения – ток приобретает необходимые характеристики уже потом, проходя сквозь диодные мосты и микросхемы.

Чтобы вся начинка зарядного устройства, не говоря уж об аккумуляторе или шуруповерте в целом, не сгорела от слишком высокого напряжения в сети электропитания, в самом начале схемы устанавливается предохранитель. Ограничение заряда обычно достигается одним из двух наиболее распространенных способов – либо микроконтроллер замеряет силу тока в аккумуляторе, либо время зарядки ограничено таймером. Первый вариант хорош в случае с литий-ионными батареями, поскольку заряжать их можно в любой момент, а значит, точное время зарядки определить невозможно

При этом чрезмерная зарядка грозит взрывом, потому очень важно, чтобы микроконтроллер был в состоянии определить уровень заряда и вовремя отключить подачу электричества. Таймер хорош для подзарядки разных видов никелевых аккумуляторов – они не боятся чрезмерной зарядки, к тому же перед процедурой должны быть разряжены полностью, потому время заряжания всегда примерно одинаковое

Ради повышенного удобства эксплуатации некоторые дорогие модели зарядных устройств комплектуют еще и индикаторами, которые обычно представляют собой обыкновенные светодиоды. Нередко они выполняют разные функции – один может демонстрировать факт включения устройства в сеть, другой показывает, что ток не потерялся нигде в микросхемах и поступает в аккумулятор, третьи и вовсе могут указывать примерный уровень заряда, подсвечивая лишь определенную часть линии, в которую они выстроены.

Как работает зарядное устройство

На вид пластиковый корпус скорее имеет сходство с подставкой под аккумулятор. Но за счет металлических контактов на этой установке происходит процесс заряда в случае, если устройство включено в сеть. Обычно производители укомплектовывают свою технику и наносят все обозначения на блоке. Это и название бренда, и технические параметры, какие нужно соблюдать при использовании данной техники.

Для работы требуется сеть 220V. После подключения никаких оповещений индикатором или звуком не происходит. И только светодиоды на корпусе красного и зеленого цветов выдают, идет процесс зарядки или нет. Если предусмотрено производителем, может быть на корпусе пусковая кнопка. Тогда замыкается сеть, и происходит питание от электросети. Этот процесс сопровождается красным светом индикатора. После завершения заряда будет вновь гореть зеленый, так как цепь питания будет прервана.

То, насколько длительным может быть процесс заряда, определяется двумя критериями:

  • емкостью аккумулятора, которая определяется в ампер-часе. Есть стандартные бытовые модели до 1,5 Ач и профессиональные, на 2,5 Ач. Чем больше емкость, тем мощнее шуруповерт;
  • напряжением аккумулятора, что варьируется от 2,4 В до 36 В. Для шуруповертов этот критерий чаще всего составляет 9 В и 12 В.

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.

Можно ли заряжать автомобильный аккумулятор от зарядки телефона или ноутбука

Не у всех дома есть дрель с ЗУ, которое не жалко переделать. Блоки питания смартфонов, ноутбуков и прочих устройств для АКБ не предназначены. Но в крайнем случае можно выбрать и такой вариант. Данный способ не следует применять многократно, так как велика вероятность, что зарядное устройство сгорит.

Напряжение на клеммах должно быть меньше напряжения на выходах ЗУ. К примеру, для АКБ 12 Вольт нужно выбирать зарядное устройство, у которого напряжение будет минимум на 2 В больше. Но у зарядки для смартфона этот параметр обычно не выше 6 Вольт, а у блока питания ПК — от 3,3, до 12V.

У зарядных устройств ноутбуков напряжение обычно выше, оно может составлять и 19 Вольт. Эти пригодятся автомобилисту при отсутствии оригинального ЗУ. При подключении может произойти короткое замыкание, в результате которого блок питания, АКБ или оба устройства выйдут из строя. Возможно, сработает защита, и ток просто не пойдет на аккумулятор. Однако эти ограничения можно обойти.

Схема подключения зарядки ноутбука к АКБ

Тогда подключают зарядку от ноутбука и отключают защитную систему. Для этого к плюсу и минусу АКБ подсоединяют провода. Затем проводки соединяют с зарядкой, также соблюдая полярность. Чтобы не создавать перегрузку, подключают лампочку от фары. Она возьмет на себя часть энергии от блока питания.

Зарядка АКБ от зарядного устройства ноутбука

Ознакомиться с характеристиками зарядников, пригодных для АКБ автомобиля, можно в таблице:

Альтернативные зарядные устройства для зарядки автомобильного аккумулятора
Вид Напряжение Сила тока Совместимость с АКБ авто Подходит ли для постоянного применения Особенности подключения
Зарядка от шуруповерта 8-20 Вольт 2,5-2,7 А Отлично подходит Подходит Требуется отключение защиты, возможно, перепайка
Зарядка от ноутбука 15-20 В 3,5-6,3 А Возможна перегрузка Не рекомендуется Требуется отключение защиты путем подключения доп нагрузки
Блок питания ПК 0,3-12 В 3,16-7,9 А Более длительный процесс зарядки Не рекомендуется Нужно отключить защиту, переключив провода
Зарядка мобильного телефона 5-12 В 1-2,1 А Более длительный процесс зарядки Не рекомендуется Требуется отключение защиты путем подключения доп нагрузки
Оригинальная зарядка для АКБ 14,2-20 В 5 А

Полезное видео по теме:

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):

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):

Число элементов Номинал. напр., В По паспорту, В Конец заряда, В
1 3.6 3.6 4.2
2 7.2 7 8.4
3 10.8 10 12.6
4 14.4 12 16.8
5 18 18 21.0

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.

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.

Читать также: Удельный вес себестоимости формула

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.

Влияние разных типов зарядных устройств на время зарядки

Для шуруповертов разработаны 2 основных вида зарядки:

При использовании импульсного зарядника шуруповерт восстанавливает энергоёмкость в течение часа, и нет необходимости держать аппарат подключенным дольше. Если же у вас обычное зарядное устройство, то ориентировочно вам понадобится от 3 до 7 часов на весь процесс подзарядки.

Многие задаются вопросом: а какой из них лучше? Ответ зависит от модели шуруповерта. Импульсные зарядники предназначены для профессиональных инструментов и аппаратов с большой мощностью. Кроме того, не помешает заглянуть в инструкцию для проверки совместимости вашей электросети с номинальной мощностью шуруповерта. Если напряжение в сети выше требуемого, не забудьте приобрести адаптер или мелкокалиберный трансформатор для компенсации несоответствия. В противном случае прибор может перегореть, произойдет короткое замыкание, а при наличии внутреннего предохранителя, просто не зарядится.

Если у вас остаются сомнения относительно того, как заряжать аккумулятор шуруповерта правильным образом, лучше всего будет поискать информацию на странице сайта производителя, где всегда найдется все необходимые данные, включая техническую характеристику, руководство по эксплуатации и советы для устранения неполадок.

Нетрадиционные способы зарядки аккумуляторов

В некоторых случаях, когда зарядное устройство недоступно к использованию (сломалось, потерялось и т. д.), можно воспользоваться сторонними устройствами:

  • ЗУ для автомобильной АКБ;
  • универсальная зарядка;
  • внешний источник электроэнергии.

Зарядка аккумулятора от внешнего источника электроэнергии

Необходимо учесть параметры самой батареи при подборе альтернативного ЗУ. Нужно, чтобы совпадали и емкость, и вольтаж. Иначе аккумулятор испортится либо придет в негодность.

Автомобильная зарядка

Рекомендуется использовать устройство, где можно регулировать показатели напряжения и тока. Главное не допустить перезаряда. Нужно правильно выставить значение — параметры тока должны составить 5-10 % от емкости батареи.

Самодельное устройство

Для зарядки аккумулятора шуруповерта подойдет и устройство, сделанное своими руками. Его можно создать из блока питания родного ЗУ или ноутбука (к примеру), главное чтобы были те же параметры. Само изделие включает следующие элементы:

  • транзисторы;
  • плавкий предохранитель;
  • конденсаторный фильтр;
  • электромагнитное реле;
  • светодиоды (для индикации и выпрямителя);
  • микросхемы (HCF4060BE, CD4060);
  • стабилитрон 12 В.

Защитить от перегрева поможет термопара, а для охлаждения платы рационально использовать компактный радиатор.

Помощь USB-разъема

Поскольку литий-ионные аккумуляторы используются в большинстве случаев, то их можно зарядить через USB. Только необходима схема защиты и контроля АКБ. Ток не должен превышать 1 А, в противном случае плата начнет перегреваться. Яркий пример такого устройства — это USB блок, который оснащается предохранителем.

Внешний источник

Примером такого выбора является старый аккумулятор, который будет использоваться как power bank. Главное, чтобы он был в работоспособном состоянии и с идентичными параметрами. Однако для реализации идеи нужно обладать знаниями электротехники, поскольку нужно создать цепь из переходников-крокодильчиков. Также понадобиться предохранитель (10А) и провода с большим сечением.

Общие правила зарядки аккумуляторов шуруповертов

Аккумуляторных батарей множество и для каждой есть свои регламенты зарядки. Даже в случае с аккумуляторами для автомобилей. Но есть общие правила для всех элементов питания и их стоит придерживаться.

Пользоваться лучше оригинальными ЗУ – зарядными устройствами, которые идут с завода в комплекте с шуруповертом.  Никогда не заряжать батарею в помещении, где температура больше 40 °С. Не допускается попадание на корпус элементов прямого солнечного света.

Когда шуруповерт достигнет пика зарядки, об этом оповестит индикатор на зарядном устройстве. Такое оповещение есть на некоторых китайских ЗУ от Deko. После того, как АКБ остынет, ее можно вставить в шуруповерт и начинать работать.

Блок питания для шуруповерта

Неисправности аккумуляторной батареи

Неработоспособность Ni-Cd или Ni-MH батарей часто связана с потерей емкости одного или нескольких элементов. Ремонт аккумулятора шуруповерта своими руками по силам большинству домашних умельцев. Для того, чтобы определить неисправный элемент, замеряют напряжение на каждом из них (к выходным клеммам батареи при этом подсоединяют достаточно мощную нагрузку, например, автомобильную лампочку). Напряжение на нерабочем элементе будет около нуля. Забракованные таким способом аккумуляторы заменяют исправными, соблюдая полярность подключения. При пайке соединений следует избегать перегрева корпуса банок.

Неквалифицированный ремонт вышедших из строя Li-ion Li-pol батарей может привести к их взрыву или воспламенению, поэтому не может быть рекомендован начинающим ремонтникам.

Конструкция таких батарей предусматривает наличие специальной электронной схемы – контроллера, который отслеживает параметры заряда и разряда и не допускает превышения этих величин. При чрезмерном разряде аккумулятора правильная работа контроллера нарушается. Работоспособность батареи иногда можно восстановить путем ее подзарядки напрямую, с отключенным контроллером, до уровня, при котором схема контроллера заработает самостоятельно.

Заменять неисправные литиевые элементы в батарее специалисты категорически не рекомендуют. Это связано с разбалансировкой работы всей цепи из-за различия параметров элементов и невозможностью настроить точную работу контроллера.

Ремонтом никель-кадмиевых батарей занимаются многие умельцы, которые не хотят выбрасывать еще работающий шуруповерт. Как свидетельствует их опыт, причиной преждевременного выхода из строя батарей чаще всего является некачественное зарядное устройство. Несложные схемы зарядных устройств для шуруповертов поддерживают в нагрузке фиксированный ток в течение определенного времени, без учета того, был ли разряжен аккумулятор до начала процесса. Через определенное количество циклов работы батареи ее емкость заметно уменьшается. Это явление называют «эффектом памяти».

Один из способов значительно увеличить срок службы Ni-Cd батареи – полностью разрядить ее перед очередной зарядкой. С этой целью конструкцию зарядного устройства дополняют схемой запуска автоматического цикла «разряд-заряд».

Следует также учитывать, что емкость аккумулятора резко снижается, если инструмент хранится или эксплуатируется при низкой температуре. Не рекомендуется также оставлять на длительный период шуруповерт с разряженной литий-ионной батареей – глубокий разряд легко выведет ее из строя. Подзаряжать во время хранения никель-кадмиевую батарею, наоборот, нет необходимости. Снижение емкости до минимальных значений обычно не приводит к ее повреждению.

Рассказать друзьям

Все шуруповерты, работающие от аккумуляторов комплектуются зарядными устройствами. Однако некоторые из них очень медленно выполняют зарядку аккумулятора, что при интенсивном использовании инструмента создает определенные неудобства. В этом случае даже два аккумулятора, входящие в комплект, не позволяют настроить нормальный рабочий цикл. Наилучшим выходом из подобной ситуации будет зарядное для шуруповерта, изготовленное своими руками, по наиболее подходящей схеме.

Сколько времени нужно для полного заряда

Многие пользователи хотят понять, сколько заряжать аккумулятор шуруповерта по времени. На такой случай имеются инструкции к инструменту или индикаторы на зарядном устройстве. Бывает ни того, ни другого нет.

Отечественные шуруповерты Интерскол, Вихрь, Ермак, Зубр требуют меньше времени. Интерскол считается универсальным шуруповертом – его можно использовать как дрель. Инструменты ведущих брендов, таких как Бош, Деволт, Макита, Метабо или Деккер заряжаются быстрее.

Если источник питания нужно просто подзарядить, ему хватит и полчаса. Но не стоит так поступать с никель-кадмиевыми батареями. С их эффектом памяти они быстро выйдут из строя.

Есть разные модификации зарядных устройств. Обычные без наворотов идут в комплекте с бытовыми шуруповертами. Время зарядки у них – от 3.5 до 6.5 часов. А вот сколько заряжается шуруповерт от импульсного ЗУ тоже зависит от модели инструмента.

Импульсное зарядное устройство способно зарядить аккумулятор в течении получаса. Это плюс и минус одновременно. Минус в высокой стоимости таких инструментов. Эти же рекомендации подойдут и для некоторых автомобильных аккумуляторов.

Многое зависит от мощности батарей. У бытовых инструментов напряжение может быть 12 и 14.4 в. Профессиональные модели достигают напряжения от 18 в и выше. 

Когда необходимо?

Существуют ситуации, когда зарядник шуруповерта недоступен. Например, он может выйти из строя, что может стать причиной остановки работы. Кроме того, зарядник может быть утерян. Третьей причиной является элементарное перегорание и износ зарядного устройства, а также разгибание клемм в самой батарее, из-за чего отходит контакт. Чтобы устранить проблему, приходится искать подходящие варианты для зарядки, которые будут совместимыми с имеющейся моделью шуруповерта. В этом случае предпочтительно купить правильную зарядку, которая будет способствовать безопасной работе и полноценно заряжать батарею инструмента.