Basit Lambalı Kurşun Asit Akü Şarj Düzeneği

Basit lambalı kurşun asit akü şarj düzeneği, 12V SMPS adaptörün çıkışına seri bağlanan oto far lambasıyla akü şarj akımını sınırlayan pratik bir yöntemdir. Devrede aktif akım kontrol entegresi yoktur; akım sınırlama işini akkor flamanlı lambanın ısındıkça değişen direnci yapar. 9Ah ile 60Ah arası 12V kurşun asit aküler için kullanılabilecek basit ama dikkat isteyen bir şarj çözümüdür.

Devrenin Temel Amacı

Kurşun asit akü şarj ederken akü gerilimi düşük olduğunda yüksek akım akma eğilimi vardır.

Sıradan bir 12V SMPS doğrudan boş aküye bağlanırsa kaynak aşırı akım korumasına girebilir, kablolar ısınabilir veya akü gereğinden sert şarj olabilir.

Bu düzende 12V oto far lambası seri akım sınırlayıcı gibi davranır.

Far lambasının soğuk flaman direnci düşüktür, ısındıkça direnci artar.

Akü boşken lamba üzerinde daha fazla gerilim düşer, flaman ısınır ve akımı sınırlar.

Akü doldukça SMPS ile akü arasındaki gerilim farkı azalır; lamba sönmeye yaklaşır ve şarj akımı kendiliğinden düşer.

Bu yöntem radyo amatörleri ve atölye kullanıcıları tarafından uzun zamandır pratik akım sınırlama için kullanılır.

Hassas, tam otomatik ve sıcaklık kompanzasyonlu bir şarj cihazı değildir; fakat doğru gerilim ayarı, uygun kablo ve gözlemle kullanıldığında basit akü bakım/şarj işleri için işe yarar.

Devrede Kullanılan Ana Parçalar

SMPS Çıkış Gerilimi Neden 14.7V Ayarlanıyor?

12V kurşun asit akünün şarj sonunda ulaşacağı gerilim yaklaşık 14.4V civarındadır.

Devrede SMPS çıkışından sonra MBR3045 Schottky diyot bulunduğu için diyot üzerinde yaklaşık 300mV civarında düşüm oluşur.

Bu nedenle SMPS çıkışı yaklaşık 14.7V ayarlanırsa diyot çıkışında yaklaşık 14.4V elde edilir.

Buradaki 14.4V değeri, aküyü şarj sonu gerilimine ulaştırmak için uygundur; fakat aküyü günlerce bu gerilimde bağlı bırakmak doğru değildir.

Sürekli bağlı bakım şarjı isteniyorsa float gerilimi, yani çoğu 12V kurşun asit akü için yaklaşık 13.5V – 13.8V aralığı tercih edilir.

Akü tipi sulu, AGM veya jel ise üretici şarj gerilimi kontrol edilmelidir.

SMPS üzerindeki +V ADJ trimpotu 14.7V’a çıkmaya yetmeyebilir. Böyle bir durumda SMPS modifikasyonu gerekir.

Bu işlem şebeke gerilimi ve primer taraf tehlikesi içerdiği için SMPS tamiri/modifikasyonu bilmeyenler için uygun değildir.

Benzer SMPS ayar konuları için laptop adaptörü ile araba aküsü şarj etmek ve SMPS modifiye yazısı incelenebilir.

Lamba Neden Akım Sınırlıyor?

Akkor flamanlı lambanın direnci sabit değildir. Flaman soğukken düşük dirençlidir, ısındığında direnci yükselir.

Bu özellik normalde lambanın ilk anda yüksek akım çekmesine neden olur; fakat seri akım sınırlama düzeninde aynı özellik şarj akımını yumuşatmak için kullanılabilir.

Akü boşken akü gerilimi düşük olur. SMPS çıkışı ile akü arasındaki fark büyüdüğü için lamba üzerinde daha fazla gerilim kalır.

Lamba ısınır, direnci yükselir ve akım sınırlanır. Akü gerilimi yükseldikçe lamba üzerindeki gerilim azalır; lamba kararır ve akım düşer.

Bu davranış klasik sabit akım şarj cihazı gibi keskin değildir. Akım, akünün anlık gerilimine, lambanın sıcaklığına, SMPS akım kapasitesine, kablo direncine ve akünün iç direncine göre değişir.

Pratik kullanımda bu yöntemi değerli yapan şey, basit parça ile ani akımı sınırlamasıdır.

55W ve 21W Lamba Akımları

Şemadaki tabloda oto lambasının düşük gerilimlerdeki davranışı verilmiş. Bu değerler, lambanın küçük gerilim farklarında bile akım geçirdiğini ve akımın gerilimle doğrusal artmadığını gösterir.

55W lamba daha yüksek şarj akımı sağlar. 21W lamba ise daha küçük akülerde veya daha yavaş şarj istenen durumlarda kullanılabilir.

Lambaları paralel bağlamak akımı artırır; seri bağlamak ise akımı düşürür. Ancak lamba kombinasyonu değiştirilirse akım mutlaka ampermetreden izlenmelidir.

Bağlantı Sırası

Devrede SMPS çıkışından gelen artı hat önce Schottky diyottan geçer. Diyottan sonra şarj hattı aküye gider.

Far lambası akım sınırlayıcı olarak şarj hattına seri bağlanır. Ampermetre ve 10A şönt aküye giden akımı ölçer. Voltmetre akü uç gerilimini gösterir.

• SMPS’nin L ve N girişleri 220VAC şebekeye bağlanır.
• SMPS toprak hattı, metal gövde ve koruma topraklaması doğru bağlanmalıdır.
• SMPS çıkışı ayarlandıktan sonra MBR3045 diyot üzerinden akü şarj hattına verilir.
• 12V 55W oto far lambası akım sınırlama elemanı olarak seri kullanılır.
• Ampermetre şöntü aküye giden hatta doğru yönde bağlanır.
• Voltmetre akü uçlarına paralel bağlanır.
• Akü kabloları en az 4mm² kesitte seçilir.

Schottky Diyotun Görevi

MBR3045 diyot, akü geriliminin SMPS çıkışına geri basmasını önler. Akü, şarj cihazı kapalıyken güçlü bir enerji kaynağıdır.

Diyot kullanılmazsa SMPS’nin çıkış kondansatörleri ve kontrol devresi aküden beslenebilir. Bazı SMPS’ler bunu tolere edebilir, bazıları arızalanabilir.

Schottky diyot seçilmesinin nedeni düşük ileri gerilim düşümüdür. Standart silikon diyotta 0.7V civarında düşüm olabilirken, bu devrede yaklaşık 300mV düşüm dikkate alınmıştır.

Diyot akımı yüksek olduğu için soğutucu gerekebilir. 5A şarj akımında 0.3V düşüm bile yaklaşık 1.5W ısı yapar; daha yüksek akımlarda bu değer artar.

Hangi Aküler İçin Uygun?

Şemada 9Ah – 60Ah arası kurşun asit aküler belirtilmiş. 9Ah küçük alarm aküleri, 18Ah – 22Ah UPS aküleri, 45Ah – 60Ah otomobil aküleri bu aralıkta düşünülebilir.

Akü kapasitesi küçüldükçe şarj akımını düşük tutmak gerekir.

Genel pratikte kurşun asit aküler için yumuşak şarj akımı kapasitenin onda biri civarında seçilir.

9Ah akü için yaklaşık 0.9A, 60Ah akü için yaklaşık 6A makul bir başlangıç değeridir.

Bu lambalı düzende akım sabit olmadığı için akü ilk bağlandığında ampermetre mutlaka takip edilmelidir.

Daha kontrollü ve otomatik devre isteyenler için 12V 1Ah-10Ah otomatik float akü şarj devresi, yüksek kapasiteli uygulamalar için LM317 50Ah akü şarj cihazı ve klasik otomotiv uygulamaları için araba aküleri için triyaklı şarj cihazı yazıları daha düzenli şarj kontrolü sağlar.

Şarj Sırasında Ne İzlenmeli?

Bu düzenekte en önemli iki gösterge ampermetre ve voltmetredir. Akü bağlandığında akım yüksek başlayabilir.

Zamanla akü gerilimi yükselir, lamba kararır ve akım düşer. Şarj sonuna doğru akü gerilimi 14.4V civarına yaklaşır.

Akım çok yüksekse daha düşük güçlü lamba kullanılmalı veya iki lamba farklı şekilde bağlanarak akım düşürülmelidir.

Akü hızlı gaz çıkarıyor, ısınıyor veya şişme belirtisi gösteriyorsa şarj hemen kesilmelidir. Özellikle kapalı tip AGM/jel akülerde aşırı gerilim ve aşırı akım kalıcı hasara neden olabilir.

Pratik Şarj Takibi

• Akü ilk bağlandığında kutup yönü kontrol edilir.
• SMPS çıkışının diyottan sonra 14.4V civarında olduğu boşta ölçülür.
• Akü bağlandıktan sonra ilk akım değeri ampermetreden izlenir.
• Lamba çok parlak yanıyor ve akım beklenenden yüksekse işlem durdurulur.
• Akü gerilimi 14.4V civarına yaklaştığında akımın düşmesi beklenir.
• Akü uzun süre 14.4V’da bırakılmaz; bakım şarjı için float gerilimine düşülür.

12V SMPS Seçimi

Şemada 8A – 16A arası 12V SMPS önerilmiş. SMPS’nin akım kapasitesi bağlanan aküye ve kullanılacak lambaya göre seçilmelidir.

55W oto far lambasıyla pratik şarj akımı birkaç amper seviyesine çıkabilir. SMPS’nin bu akımı uzun süre verebilmesi gerekir.

SMPS çıkış geriliminin 14.7V civarına ayarlanabilmesi önemlidir. Bazı 12V SMPS’lerde +V ADJ aralığı yalnızca 11.5V – 13.5V civarında olabilir.

Bu durumda 14.7V’a çıkmak için geri besleme modifikasyonu gerekir. SMPS içinde primer tarafta ölümcül gerilim bulunduğu için bu işlem yalnızca tecrübeli kişiler tarafından yapılmalıdır.

SMPS’nin fanlı veya fansız olması da önemlidir. Kapalı kutuda uzun süre birkaç amper şarj yapılacaksa SMPS ısınabilir.

Kutu içine hava deliği, sigorta ve sağlam klemens bağlantısı eklenmelidir.

Lamba Seçimi ve Montaj

12V 55W oto far lambası nominalde yaklaşık 4.5A civarında çalışır; fakat şarj devresinde lamba üzerinde her zaman 12V bulunmaz.

Akü gerilimi yükseldikçe lamba üzerindeki gerilim düşer. Bu nedenle lamba çoğu zaman tam parlaklıkta yanmaz.

Lamba ısınabileceği için plastik kutuya yakın monte edilmemelidir. Far ampulü duy içinde sağlam tutulmalı, açıkta kalan uçlara dokunulamayacak şekilde yerleştirilmelidir. Lamba hem akım sınırlayıcı hem de görsel gösterge gibi çalışır: parlak yanıyorsa akım yüksek, sönükse akım düşüktür.

Kablo Kesiti ve Şönt Bağlantısı

Şemada aküye giden kablolar için en az 4mm² kesit önerilmiş. Bu öneri yerindedir; çünkü birkaç amperlik şarj akımında ince kablolar hem gerilim düşürür hem de ısınabilir. Kablo uzunluğu arttıkça kesit de önem kazanır.

Ampermetre şöntü düşük dirençli olduğu için bağlantı yönü ve bağlantı noktası önemlidir. Şönt üzerindeki gevşek bağlantı ısınma ve ölçüm hatası yapar.

Akü kutup başları, krokodil kıskaçları ve klemensler temiz olmalıdır. Oksitli bağlantı, şarj akımını düşürür ve yerel ısınma oluşturur.

Kablo seçimiyle ilgili ayrıntılı hesap için kablo mm² dönüşüm tablosu ve bakır kesit bilgileri kullanılabilir.

Bu Devrenin Sınırları

Bu devre tam otomatik akü şarj cihazı değildir. Akünün sıcaklığını ölçmez, şarj algoritması uygulamaz, şarj sonunda otomatik float moduna geçmez ve akü tipini tanımaz. Bu nedenle denetimsiz bırakılması doğru değildir.

Avantajı çok basit olmasıdır. Bir SMPS, bir oto lambası, bir Schottky diyot ve iki ölçü aletiyle aküye kontrollü sayılabilecek bir akım verilebilir.

Dezavantajı ise hassas ayar ve otomatik kesme olmamasıdır. Akü pahalı veya kritik bir sistemde kullanılacaksa mikrodenetleyicili ya da ticari akü şarj cihazı tercih edilmelidir.

Güvenlik Uyarıları

Devrede 220VAC şebeke gerilimi ve yüksek akım verebilen kurşun asit akü bulunur. SMPS giriş kısmına dokunmak ölümcül olabilir.

Akü kısa devre edilirse kablolar ve kıskaçlar çok hızlı ısınabilir. Bu yüzden akü hattına uygun değerli sigorta eklemek iyi bir uygulamadır.

Kurşun asit aküler şarj sırasında gaz çıkarabilir. Şarj işlemi havalandırılan yerde yapılmalı, kıvılcım, sigara ve açık alev aküden uzak tutulmalıdır. Akü ters bağlanırsa diyot, SMPS, ampermetre veya kablolar zarar görebilir. İlk bağlantıda kutup yönü iki kez kontrol edilmelidir.

Sık Yapılan Hatalar

• SMPS çıkışını diyot düşümünü hesaba katmadan 14.4V ayarlamak.
• Schottky diyot yerine düşük akımlı sıradan diyot kullanmak.
• Far lambasını devreden çıkarıp aküyü doğrudan SMPS’ye bağlamak.
• 9Ah küçük aküyü 55W lamba ile yüksek akımda zorlamak.
• SMPS modifikasyonunu primer taraf güvenliğini bilmeden yapmak.
• İnce kablo veya zayıf krokodil kıskaç kullanmak.
• Aküyü 14.4V’da uzun süre bağlı bırakmak.
• Kapalı ortamda gaz çıkışını dikkate almadan şarj yapmak.
• Ampermetre şöntünü yanlış bağlamak.

Teknik Özet

Akü Kapasitesine Göre Lamba Gücü Seçimi

Bu lambalı şarj düzeneğinde kullanılan oto far lambası klasik direnç gibi davranmaz. Flaman soğukken direnci düşük, ısındıkça direnci daha yüksektir. Bu yüzden şarj akımı sabit değildir; akü gerilimine, lambanın sıcaklığına, SMPS çıkış ayarına ve kablo direncine göre değişir.

Aşağıdaki tablo 12V kurşun asit aküler için yaklaşık seçim amacıyla hazırlanmıştır. Lambalar, akü şarj hattında akım sınırlayıcı olarak kullanılır. Birden fazla lamba önerilen satırlarda lambalar kendi aralarında paralel bağlanarak tek bir seri akım sınırlayıcı grup gibi düşünülmelidir.

Lamba Kombinasyonlarına Göre Yaklaşık Akım Aralığı

Seçim Yaparken Dikkat Edilecek Noktalar

• Tablodaki değerler kesin akım değeri değil, yaklaşık seçim aralığıdır.
• Akü ilk bağlandığında ampermetre mutlaka izlenmelidir.
• Akü ısınıyor, gaz çıkarıyor veya şişme belirtisi gösteriyorsa şarj hemen kesilmelidir.
• Küçük akülerde daha düşük güçlü lamba kullanmak akü ömrü açısından daha güvenlidir.
• Birden fazla lamba kullanılacaksa lambalar kendi aralarında paralel bağlanır ve bu grup akü hattına seri eklenir.
• Yüksek kapasiteli akülerde Schottky diyot, şönt, klemens ve kablo sıcaklığı kontrol edilmelidir.
• 10A ve üzeri akımlarda bu basit düzen yerine otomatik akım-gerilim kontrollü akü şarj cihazı tercih edilmelidir.

Pratik öneri: Emin olunamayan durumda bir alt lamba kombinasyonuyla başlamak daha güvenlidir. Şarj yavaş olur fakat akü, SMPS, diyot ve kablolar daha az zorlanır. Akım düşük kalırsa lamba gücü kademeli artırılabilir.

Genel Değerlendirme

Basit lambalı kurşun asit akü şarj düzeneği, eldeki 12V SMPS güç kaynağını pratik bir akü şarj düzenine çevirmek için kullanılabilir.

Far lambasının doğrusal olmayan flaman direnci, ucuz ve sağlam bir akım sınırlama elemanı gibi davranır. Akü doldukça akımın kendiliğinden azalması bu yöntemin en kullanışlı tarafıdır.

Bu yapı, otomatik ve hassas bir şarj cihazının yerini tutmaz. Şarj gerilimi doğru ayarlanmalı, akım izlenmeli, akü sıcaklığı kontrol edilmeli ve şarj sonunda akü uzun süre 14.4V’da bırakılmamalıdır.

Basitlik, düşük maliyet ve kolay bulunur parçalar önemliyse işe yarar; denetimsiz kullanım veya pahalı aküler için daha gelişmiş şarj kontrol devresi tercih edilmelidir.

Kaynak: bitlik.org