Универсальное микроконтроллерное зарядное устройство
Электропитание
Главная Радиолюбителю Электропитание
Автор поставил перед собой задачу создать простое универсальное устройство для зарядки любых малогабаритных аккумуляторов и их батарей различных типов, ёмкости и номинального напряжения.
Аккумуляторы сегодня очень распространены, но зарядные устройства для них, имеющиеся в продаже, как правило, не универсальны и слишком дороги.
Предлагаемое устройство предназначено для зарядки аккумуляторных батарей и отдельных аккумуляторов (в дальнейшем используется термин “батарея”) с номинальным напряжением 1,2…12,6 В и током от 50 до 950 мА. Входное напряжение устройства – 7…15 В. Ток потребления без нагрузки – 20 мА.
Точность поддержания тока зарядки – ±10 мА. Устройство имеет ЖКИ и удобный интерфейс для установки режима зарядки и наблюдения за её ходом.
Реализован комбинированный метод зарядки, состоящий из двух этапов. На первом этапе батарею заряжают неизменным током. По мере зарядки напряжение на ней растёт.
Как только оно достигнет заданного значения, наступит второй этап – зарядка неизменным напряжением. На этом этапе зарядный ток постепенно снижается, а на батарее поддерживается заданное напряжение.
Если напряжение по какой-либо причине упадёт ниже заданного, автоматически вновь начнётся зарядка неизменным током.
Схема зарядного устройства изображена на рис. 1.
Рис. 1. Схема зарядного устройства
Его основа – микроконтроллер DD1. Он тактирован от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц. Использованы два канала АЦП микроконтроллера. Канал ADC0 измеряет напряжение на выходе зарядного устройства, а канал ADC1 – зарядный ток.
Оба канала работают в восьмиразрядном режиме, точности которого для описываемого устройства достаточно. Максимальное измеряемое напряжение – 19,9 В, максимальный ток – 995 мА. При превышении этих значений на экране ЖКИ HG1 появляется надпись “Hi”.
АЦП работает с образцовым напряжением 2,56 В от внутреннего источника микроконтроллера. Чтобы иметь возможность измерять большее напряжение, резистивный делитель напряжения R9R10 уменьшает его перед подачей на вход ADC0 микроконтроллера.
Датчиком зарядного тока служит резистор R11. Падающее на нём при протекании этого тока напряжение поступает на вход ОУ DA2.1, который усиливает его приблизительно в 30 раз. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R8 и R6. С выхода ОУ напряжение, пропорциональное зарядному току, через повторитель на ОУ DA2.2 поступает на вход ADC1 микроконтроллера.
На транзисторах VT1-VT4 собран электронный ключ, работающий под управлением микроконтроллера, формирующего на выходе ОС2 импульсы, следующие с частотой 32 кГц.
Коэффициент заполнения этих импульсов зависит от требуемых выходного напряжения и зарядного тока.
Диод VD1, дроссель L1 и конденсаторы С7, С8 преобразуют импульсное напряжение в постоянное, пропорциональное его коэффициенту заполнения.
Светодиоды HL1 и HL2 – индикаторы состояния зарядного устройства. Включённый светодиод HL1 означает, что наступило ограничение выходного напряжения.
Светодиод HL2 включён, когда идёт нарастание зарядного тока, и выключен, когда ток не изменяется или падает. В ходе зарядки исправной разряженной батареи сначала будет включён светодиод HL2.
Затем светодиоды станут поочерёдно мигать. О завершении зарядки можно судить по свечению только светодиода HL1.
Подборкой резистора R7 устанавливают оптимальную контрастность изображения на табло ЖКИ.
Датчик тока R11 можно сделать из отрезка высокоомного провода от спирали нагревателя или от мощного проволочного резистора. Автор использовал отрезок провода диаметром 0,5 мм длиной около 20 мм от реостата.
Микроконтроллер ATmega8L-8PU можно заменить любым из серии ATmega8 с тактовой частотой 8 МГц и выше. Полевой транзистор BUZ172 следует установить на теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 4 см2. Этот транзистор можно заменить другим p-канальным с допустимым током стока более 1 А и малым сопротивлением открытого канала.
Вместо транзисторов КТ3102Б и КТ3107Д подойдёт и другая комплементарная пара транзисторов с коэффициентом передачи тока не менее 200. При правильной работе транзисторов VT1-VT3 сигнал на затворе транзистора должен быть аналогичен показанному на рис. 2.
Рис. 2. График сигнала на затворе
Дроссель L1 извлечён из компьютерного блока питания (он намотан проводом диаметром 0,6 мм).
Конфигурация микроконтроллера должна быть запрограммирована в соответствии с рис. 3. Коды из файла V_A_256_16.hex следует занести в память программ микроконтроллера. В EEPROM микроконтроллера должны быть записаны следующие коды: по адресу 00H – 2СН, по адресу 01H – 03H, по адресу 02H – 0BEH, по адресу 03H -64H.
Рис. 3. Программирование микроконтроллера
Налаживание зарядного устройства можно начинать без ЖКИ и микроконтроллера. Отключите транзистор VT4, а точки подключения его стока и истока соедините перемычкой. Подайте на устройство напряжение питания 16 В.
Подберите резистор R10 таким, чтобы напряжение на нём находилось в пределах 1,9…2 В. Можно составить этот резистор из двух, соединённых последовательно. Если источника напряжения 16 В не нашлось, подайте 12 В или 8 В.
В этих случаях напряжение на резисторе R10 должно быть соответственно около 1,5 В или 1 В.
Вместо батареи подключите к устройству последовательно амперметр и мощный резистор или автомобильную лампу. Изменяя напряжение питания (но не ниже 7 В) или подбирая нагрузку, установите ток через неё равным 1 А. Подберите резистор R6 таким, чтобы на выходе ОУ DA2.2 было напряжение 1,9…2 В. Как и резистор R10, резистор R6 удобно составить из двух.
Отключите питание, подключите ЖКИ и установите микроконтроллер. К выходу устройства присоедините резистор или лампу накаливания 12 В на ток около 0,5 А.
При включении устройства на ЖКИ будут выведены напряжение на его выходе U и ток зарядки I, а также напряжение ограничения Uz и максимальный ток зарядки Iz.
Сравните значения тока и напряжения на ЖКИ с показаниями образцовых амперметра и вольтметра. Вероятно, они будут различаться.
Выключите питание, установите перемычку S1 и вновь включите питание. Для калибровки амперметра нажмите и удерживайте кнопку SB4, а кнопками SB1 и SB2 установите на ЖКИ значение, ближайшее к показываемому образцовым амперметром.
Для калибровки вольтметра нажмите и удерживайте кнопку SB3, а кнопками SB1 и SB2 установите на ЖКИ значение, равное показываемому образцовым вольтметром. Не выключая питания, снимите перемычку S1.
Калибровочные коэффициенты будут записаны в EEPROM микроконтроллера для напряжения по адресу 02H, а для тока – по адресу 03H.
Выключите питание зарядного устройства, установите на место транзистор VT4, а к выходу устройства подключите автомобильную лампу на 12 В. Включите устройство и установите Uz=12 В. При изменении Iz должна плавно меняться яркость свечения лампы. Устройство готово к работе.
Требуемый зарядный ток и максимальное напряжение на батарее устанавливают кнопками SB1 “▲”, SB2 “▼”, SB3 “U”, SB4 “I”. Интервал изменения зарядного тока – 50…950 мА с шагом 50 мА. Интервал изменения напряжения – 0,1…16 В с шагом 0,1 В.
Для изменения Uz или Iz нажмите и удерживайте соответственно кнопку SB3 или SB4, ас помощью кнопок SB1 и SB2 установите требуемое значение.
Через 5 с после отпускания всех кнопок установленное значение будет записано в EEPROM микроконтроллера (Uz – по адресу 00H, Iz – по адресу 01H).
Следует иметь в виду, что удержание кнопки SB1 или SB2, нажатой более 4 с, увеличивает скорость изменения параметра приблизительно в десять раз.
Программу микроконтроллера можно скачать здесь.
Источник: http://www.radioradar.net/radiofan/power_supply/microcontroller_universal_charger.html
Автоматическое ЗУ на МК Atmega16 — бортжурнал Hyundai Accent 2005 года на DRIVE2
Стал обладателем автоматического зарядного устройства на микроконтроллере Atmega16.Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости.
ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки.
Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A.
Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ — его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей. Подробнее можно прочитать тут electronics-lab.ru/blog/123.html и тут radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=31187
1. Режим зарядки — меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:— первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В— второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.
6В, пока ток не упадет до 0,02С— третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С — ёмкость батареи в Ач.— четвёртый этап — «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.
7В, включается заряд с самого начала.
Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это- четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.
Алгоритм IU0U
Алгоритм IUI0U
2. Режим тренировки (десульфатации) — меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл:10 секунд — разряд током 0,01С, 5 секунд — заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее — обычный заряд.3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ.
Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим.
При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания.
Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С — 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.
Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля — П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2.
Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.Значения настроек:1. «Алгоритм заряда».
Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики на рис.1 и рис.2.2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).3. «Напряжение U1».
Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию — 16В.5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки.
Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.
Выбор и переделка блока питания.В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это — практически готовая силовая часть.
Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес.
И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито.
Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4).
Можно также применить и БП формата AT, только придется изготовить еще маломощный блок дежурного питания (дежурку) на напряжение 12В и ток 150-200мА. Разница между AT и ATX – в схеме начального запуска.
АТ запускается самостоятельно, питание микросхемы ШИМ–контроллера берётся с 12-вольтовой обмотки трансформатора. В ATX для начального питания микросхемы служит отдельный источник 5В, называемый «источник дежурного питания» или «дежурка».
Более подробно о блоках питания можно прочитать, например, здесь electronics-lab.ru/blog/remont/119.html#comment743, а переделка БП в зарядное устройство неплохо описана вот здесь. www.aleksandrov.ru/fr/download.php?id=3736&sid
Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть.
Блок питания АТ запускается сразу, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме — значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте.
Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению.
Схема переделки показана на рис.3.
Переделка БП
На ней показан только один канал выходного напряжения: +12В. Остальные каналы: +5В, -5В, +3,3В не используются. Их обязательно нужно отключить, перерезав соответствующие дорожки или выпаяв из их цепей элементы. Которые, кстати, нам могут и пригодиться для блока управления.
Об этом — чуть позже. Красным цветом обозначены элементы, которые устанавливаются дополнительно. Конденсатор С2 должен иметь рабочее напряжение не ниже 35В и устанавливается взамен существующего в БП. После того, как «обвязка» TL494 приведена к схеме на рис.
3, включаем БП в сеть. Напряжение на выходе БП определяется по формуле: Uвых=2,5*(1+R3/R4) и при указанных на схеме номиналах должно составлять около 10В. Если это не так, придется проверить правильность монтажа.
На этом переделка закончена, можно убирать лампочку и ставить на место предохранитель.
Схема и принцип работы.
Схема блока управления показана на рис.4.
Блок управления
Она довольно проста, так как все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4,C9,R7,C11.
Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера — встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом.
Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока.
Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине. Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения — на элементах VD1,EP1 , R13.
При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи.
При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею.
Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.
Детали и конструкция.Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU.
В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика.
Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP.Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5,R6,R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5%.
Это очень важно! От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства.Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А.
Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В.Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2, Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров.
Буззер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.Жидкокристаллический индикатор – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780, KS0066 или совместимых с ними.
К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземплярПрограммаУправляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:Запрограммированы (установлены в 0):CKSEL0CKSEL1CKSEL3SPIENSUT0BODENBODLEVELBOOTSZ0BOOTSZ1все остальные — незапрограммированы (установлены в 1).НаладкаИтак, блок питания переделан и выдает напряжение около 10В. При подключении к нему исправного блока управления с прошитым МК, напряжение должно упасть до 0,8…15В. Резистором R1 устанавливается контрастность индикатора. Наладка устройства заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками «». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «» нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5,R6,R10,R11,R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично — калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 сек. устройство перейдет в главное меню.Калибровка окончена. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком — либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно применить (подобрать) другие резисторы делителя R5,R6,R10,R11,R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах (с допуском 0,1-0,5%) поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.
Весь материал одним архивом можно скачать здесь depositfiles.com/files/rehbdqu73
И в заключение, несколько фото.
Расположение элементов в корпусе блока питания:
Расположение элементов в БП
Готовая же конструкция может выглядеть так:
Готовое ЗУ
Готовое ЗУ
Готовое ЗУ
Мое зарядное устройство выглядит так:
Мое зарядное устройство на Atmega16
Если кто знает где можно взять красивый корпус как на фотографиях выше — пишите.
Обновил корпус.
Источник: https://www.drive2.ru/l/6222682/
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega8
В интернете существует огромное количество схем зарядных устройств (ЗУ) для автомобильных аккумуляторов. От простейших до очень сложных. В нашем случае пойдет речь о ЗУ сделанном на микроконтроллере (МК) Atmega8. Использование МК в отличие от схемы на транзисторах позволяет внедрить очень богатый функционал для ЗУ. К примеру в данном зарядном я решил внедрить следующие функции.
1. Простота в управлении. Достаточно одного энкодера. Повернул по часовой стрелке – заряд включился. Вращением по часовой стрелке или против часовой выбирается ток заряда. Энкодер решил выбрать с тактовым нажатием. Нажимая на него можно будет войти в меню с настройками дополнительных функций.
2. Ток заряда будет до 5А. Хотя у меня в автомобиле стоит батарея 85А/ч мне для заряда хватит и 5А, просто на заряд уйдет немного больше времени. Однако при необходимости можно будет без глобальных переделок и перепрошивки МК увеличить ток заряда до 10А.
3. Менять ток заряда можно будет с шагом до 0.1А. Минимальный ток можно будет выбрать до 0.1А. Это значит можно заряжать и батареи маленькой емкости. Причем если энкодер вращать чуть быстрее, шаг увеличения/уменьшения тока заряда будет работать в пределах 0.5 А.
4. Батарея будет заряжаться до напряжения 14.4 вольт.
5. На дисплей будет выводится информация о текущем токе заряда и напряжении на батарее, так же будет работать индикатор заряда батареи, примерно как в мобильном телефоне. Мне показалось что так будет более наглядно.
6. Обязательно должна быть защита от замыкания клемм ЗУ. К примеру если закоротить клеммы между собой и при этом включить зарядник, то разумеется это не должно принести ему вред.
И вообще пока не будет подключена батарея на клеммах не будет никакого напряжения. Так же если по ошибке была подключена батарея не с соблюдением полярности, включение заряда будет невозможно.
Вся эта защита будет реализована программно аппаратным способом.
7. Заряд батареи должен быть полностью автоматизирован. Это вполне возможно, так как будет использоваться МК. Автоматизация процесса заряда должна исключать участие человека. Это значит подключил батарею, выбрал ток заряда и на этом все.
Все остальное должно сделать само зарядное. А именно, поддержание выбранного зарядного тока в процесе заряда.
Если батарея неисправна и заряд дальше не возможен, батарея должна быть автоматически отключена, в противном случае она будет просто бесконечно кипеть, а нам это не надо.
8. Показалось, что удобна будет функция “хранение батареи зимой”. Как ни крути, абсолютно любая батарея в природе имеет свой внутренний саморазряд. Это значит, что если просто оставить без присмотра батарею на определенный срок, то из-за тока саморазряда она разрядится, что в итоге приведет к сульфатации пластин. А для батареи это смерть.
Причем время саморазряда и сульфатации не такое уж и большое. Порой достаточно пару месяцев. Чтобы этого не произошло и будет внедрена функция “хранение батареи зимой”. Работает это просто, подключаем зарядник к батарее, причем батарею не нужно вынимать из автомобиля. Далее ЗУ будет раз в пол часа смотреть какое же напряжение на батарее.
Если напряжение упало ниже нормы, включится автоматический заряд, после окончания цикла заряда, ЗУ опять перейдет в режим контроля напряжения на батарее. Причем порог срабатывания выставляет сам пользователь в меню и силу тока тоже можно выбрать в меню. Лично я для себя установил порог 12.5 вольт и сила тока заряда 0.5А.
Зярадка малым током более эффективна чем большими токами.
9. Возможно будет полезна функция “продолжение заряда после отключения электричества”. Хотя такое совпадение может произойти раз в 150 лет, тем не менее эта функция есть.
Зарядное всегда “помнит”, что включен процесс заряда и если произойдет отключение/включение элетричества, заряд просто продолжится дальше. В любом случае все функции можно отключить или включить по выбору в меню.
Если отключить все функуции, то зарядное просто станет “обычным зарядным” которое зарядит батарею и выключится.
10. Ну и напоследок в ЗУ будет работать программный таймер. Таймер будет постоянно тикать вперед 0..1,2 и так далее. Если батарея заряжается, а это видно будет по тому, как на ней будет постепенно подниматься напряжение до 14.4 вольта.
Так вот, как только на батарее напряжение чуть поднялось, таймер сразу сбросится в 0 и продолжить снова считать 0…1,2… Но если батарея неисправна или старая, или не совсем правильна плотность электролита, то при определенном пороге заряд дальше невозможен. И этот порог может быть ниже 14.4 вольта.
Как быть? В таком случае таймер перестанет сбрасываться. И дотикав до определенного момента, он попросту выключит заряд с сообщением на дисплей. Дальше кипятить батарею не имеет смысла. Таймер можно выключить в меню или включить, задав диапазон тикания от 30 мин до 3х часов.
На дисплее можно будет видеть как таймер будет тикать и сбрасываться время от времени, если заряд протекат в штатном режиме.
Теперь перейдем к обсуждению схемы зарядника.
Блок питания.
В данном случае будем использовать любой импульсный блок питания (ИБП). Выходное напряжение от 16 до 20 вольт. Так как ток заряда будет до 5А, то выходной ток ИПБ должен быть с запасом где-то до 6А.
Я использовал ИПБ MEAN WELL RS-75-15 у которого выходное напряжение 15 вольт, но в блоке есть подстроечный резистор которым можно поднять напряжение до 16.5 вольт. Преимущество ИПБ в том что он легкий, компактный и имеет уже втроенную защиту от повышенных токов, замыканий и пр.
Поэтому об этом уже не надо особо заботиться. Впринципе подходит любой другой ИПБ. Хоть с ноутбука. Если в вашем ИПБ ток менее 5А, его тоже можно использовать, просто нужно следить за тем чтоб не выставлять ток заряда более чем может выдать ИПБ. Трансформатрный блок питания в нашем случае не подходит.
Зарядное на трансформаторе это отдельная тема и отдельная статья. Итак схема питания будет выглядеть примерно так.
Конденсатор на 1000uF в принципе можно не ставить так как он уже установлен в импульсном блоке питания на выходе, но если установить то хуже не будет. Конденсатор С2 лучше если будет электролит, но я поставил керамический smd. Стабилизатор 7805 нужен чтобы питать МК, дисплей LCD и прочую обвязку.
Теперь подключим батарею и полевой транзистор.
Как видим, все просто. Транзистором будем регулировать силу тока через батарею. Реле К1 будет брать на себя роль защиты, будет включаться только тогда, когда батарея подключена и подключена правильно.
Цементный резистор R18 выполняет роль шунта. При токе в 5А на нем будет напряжение 0.5 вольт. Это напряжение усилим и подадим на АЦП МК, так МК будет знать какой ток в цепи заряда и это значение можно будет вывести на дисплей.
Теперь пора подключать МК к схеме.
Как видим схема немного усложнилась. Но не сильно. К выводу PB0 подключим реле, любое реле на 12V, контакты которого должны выдержать ток в 5А.
Последовательно с реле надо подключить гасящий резистор примерно в 200 Ом, так как питаться то реле у нас будет от напряжения 16-20 вольт.
Параллельно катушке реле надо установить защитный диод (любой, поставил LL4148), без диода может пробиться транзистор VT4. VT4 может быть любой тип npn, использовал MMBT4401LT1.
К выводам PD7, PC1, PC0 подключен энкодер. Использовался этот или этот. На выводы к которым подключен энкодер необходимо подключить конденсаторы 0.1 uF и подтягивающие резисторы по 10к. Это уменьшит дребезг контактов.
Дисплей использовался на две строки по 16 символов. Дисплей так же имеет встроенный русский шрифт. Если подключить дисплей без русских символов, на экране будут крякозябры. Так как у МК Atmega8 не сильно много ног, то дисплей подключил по 4х битной шине. Выводы дисплея DB3-DB0 не используются.
К выводу МК PB2 подключен диод шоттки BAT54S, два конденсатора 0.1uF и резистор 100 Ом. Зачем это нужно? Дело в том что в схеме используется операционный усилитель ОУ LM358 который не “rail to rail”.
В таких ОУ без отрицательного напряжения питания на минусовом выводе питания, на выходе ОУ никогда не будет 0 вольт. Поэтому эта цепочка элементов подключенная к выводу PB2 создает отрицательное напряжение где то -4V для питания ОУ.
Для того чтобы цепочка на выводе PB2 заработала и генерировала -4V, на нее необходимо подать ШИМ сигнал со скважностью 50%. Таким образом на выводе PB2 всегда присутствует ШИМ с частотой 62.5 кГц.
На выводе PB3 так же всегда присутствует ШИМ, но скважность сигнала в данном случае от 0 до 100% уже регулируется вращением энкодера. Резистор R18 и конденсатор С11 составляют интегрирующую цепочку сглаживают ШИМ в постоянное напряжение.
Резисторы R19 и подстроечный R20 являются делителем напряжения. Как настроить R20? Подключаем мультиметр к выводу PB3 и вращаем энкодер до тех пор, пока прибор не покажет 2.5 Вольта. Далее вращаем подстроечный резистор R20 так чтобы на неинвертирующем выводе ОУ было напряжение 0.
25 вольта. На этом настройка R20 закончена.
Как работает регулировка и управление транзистором? Предположим что на неинвертирующем выводе ОУ (+) 0.5 вольт. Одно из свойств ОУ это то, что он стремиться к тому, чтоб уровнять разность потенциалов между его двумя входами.
Делает это он используя свой выход, повышая или понижая на нем напряжение. Итак на выводе (+) 0.5 вольт, а на выводе (-) 0 вольт. Что дальше? ОУ сразу же начнет повышать напряжение на выходе, который подключен к затвору транзистора IRF540. Транзистор начинает открываться.
Через батарею, транзистор и шунт начинает течь ток. Текущий ток вызывает падение напряжение на шунте R18. ОУ будет открывать транзистор до тех пор пока на шунте не будет напряжение 0.5 вольт. Напряжение с шунта подается через R13 на вывод (-). Как только на выводе (-) будет 0.
5 вольта (такое же как и на выводе (+)), ОУ перестанет открывать транзистор. При этом ток заряда будет равен 5А.
Если энкодером уменьшить напряжение на выводе (+) до 0.25 вольта, ОУ уменьшит напряжение на затворе транзистора до такой величины, чтоб на выводе (-), так же стало 0.25 вольта, данное значение соответствует току заряда в 2.5А. Получается что регулировка тока заряда осуществляется аппаратным способом с помощью ОУ.
А это очень хорошо, так как ОУ никогда не зависнет и скорость раекции мгновенная. Данная схема регулировки является обычным линейным источником тока.
Удобство данной схемы в том что она является простой, но минус в том, что вся разность напряжения между импульсным блоком питания и напряжением на батарее выделяется в виде тепла на транзисторе.
К примеру ИПБ выдает 20 вольт, напряжение на батарее в начале ее заряда 12 вольт, а ток заряда 5А. Какая мощность выделиться на трназисторе? (20-12)*5=40 Вт. 40Вт это очень много!!! Нужен здоровенный радиатор и пять вентиляторов. Так никуда не годиться.
Хотя транзистор IRF540 выдержит и 150 ватт, разогревать транзистором зарядник нет смысла. Как уменьшить выделение тепла? Можно понизить напряжение ИПБ например до 16 вольт. Тогда (16-12)*5 =20 Вт в два раза меньше уже лучше.
Но нагрев можно сделать еще меньше до 5 ватт и менее. Каким образом?
В ИПБ подобного типа как MEAN WELL RS-75-15 всегда есть подстроечный резистор, которым можно регулировать напряжение на выходе в пределах 10%. Это значит от 13.5 до 16.5, в моем случае получилось от 13 до 17 вольт.
Можно выпаять из ИПБ подстроечник, а вместо него впаять вывод МК, таким образом мы сможем с помощью МК регулировать напряжение на выходе ИПБ, это позволит снизить выделение тепла на транзисторе до минимума.
К примеру если на батарее 12 вольт, понижаем напряжение до 13 вольт и получаем (13-12)*5=5 Вт тепла на транзисторе, лучше чем 40. Итак модернезируем схему
В выводу PB1 подключаем оптрон PC123 или подобный ему. На выводе PB1 так же всегда дежурит шим сигнал который интегрируется цепочкой R22 и C13. В ИБП выпаиваем подстроечный резистор и вместо него впаиваем обычный на 1.2 кОм.
Вот теперь МК может управлять напряжением на выходе ИБП через оптрон. Когда оптрон выключен напряжение на выходе ИБП минимально, когда включен, резистор R23 шунтируется на землю, напряжение поднимается.
Плавно закрывая/открывая оптрон с помощью ШИМ сигнала на выводе РВ1, плавно регулируем напряжение на выходе ИБП.
Чтабы знать когда и на сколько регулировать напряжение на выходе ИБП, надо знать сколько вольт вообще на силовом транзисторе.
Нам то надо напряжение на выходе ИБП понизить настолько, чтоб разница между напряжением на батарее и напряжением на выходе ИБП была допустимо минимально. Для этого выводом РС2 используя АЦП МК измеряем напряжение на стоке транзистора.
Это делается с помощью делителя R9 и R10. Теперь зная необходимые параметры, программа в МК будет сама контролировать скважность ШИМ на выводе РВ1.
Теперь осталось совсем немного. Это измерять ток в цепи заряда и выводить его на дисплей. И еще осталось измерить напряжение на батарее и так же вывести его на дисплей.
Напряжение на батарее измеряем дифференциальным способом. Значение снимаем с вывода РС5. Резисторы R5 и R6 должны быть ровно по 3кОм, а резисторы R2 и R4 по 1кОм, желательно точность не менее 1%, у меня таких не было поэтому R4 установил подстроечным.
Суть в том, что при таких номиналах резисторов отношение напряжений на входах ОУ и на его выходе составляет 3:1. При изменении напряжения от 0 до 15 вольт на батарее, на выходе ОУ напряжение будет меняться от 0 до 5 вольт. Для настройки данной цепочки необходимо вместо батареи подключить 14.4 вольта например с лабораторного блока питания.
Далее вращаем подстроечник R4 чтоб на дисплее LCD тоже было 14.4 вольта. Настройка цепи измерения напряжения на этом закончена.
Ток измеряется через падение напряжения на шунте, роль которого играет обычный цементный резистор. Ток у нас от 0 до 5А. Напряжение на шунте соответсвенно изменяется от 0 до 0.5 вольт. Значения резисторов R16 и R17 подобраны так, чтоб на выходе ОУ значение напряжения было от 0 до 5 вольт. Отображение тока заряда настраиваем по следующей цепочке. Подключаем батарею и делаем ток в 2.
5 А. Параллельно батарее подключаем лампочку на 12 вольт. Батарею отключаем, а лампочку оставляем. Убеждаемся что ток равен 2.5 ампера. Если на шунте напряжение будет 0.25 вольт, значит ток равен 2.5А. если это не так, вращаем энкодер пока на шунте не будет 0.25 вольт. Теперь вращаем подстроечник R17 чтоб на дисплее отображался ток в 2.5А. Настройка отображения тока на этом закончена.
Что можно было бы упростить? Например если нет желания возиться с делителем напряжения в ИБП, то все что припаяно к ноге МК РВ1, можно выкинуть из схемы. Но все остальное должно быть на своих местах. Но в таком случае вся разница напряжения между батареей и на выходе ИБП высадится в виде тепла на силовом транзисторе. В таком случае радиатор берем побольше не жалеем.
Если нужен ток заряда до 10А, параллельно шунту припаиваем такой же шунт значением 0.1 Ом. Реле берем с контактами выдерживающем до 10А и параллельно транзистору IRF540 припаиваем еще один такой же.
Транзисторы прикручиваем на здоровенный радиатор и вперед, делаем тест. Единственное, значение тока на диспле надо в уме умножать на 2. Если дисплей покажет 5А, на самом деле это уже будет 10А.
Лично я сам так не делал, но в теории должно работать.
В конце концов итоговая схема будет иметь следующий вид:
Ничего не видно согласен, поэтому скачиваем схему отсюда.
Пару фрагментов прошивки.
#include “define.h”
#include “init_mcu.h”
#include “lcd.h”
#include “text.h”
#include “bits_macros.h”
#include “fun.h”
#include “encoder.h”
#include “servise.h”
#include “main.h” #include
#include
#include
#include #include
Вопросы задаем сюда dmalash@gmail com
Если кому то нужен прошитый микроконтроллер, то его можно заказать отсюда. Все остальное естественно собираем и делаем сами.
Сейчас немного видео и фотографий. Вот так выглядел самый первый прототип.
Вот так выглядела первая плата.
В последствии была сделана более цивильная плата .
Потом был придуман корпус.
Потом все это было собрано.
В итоге получилось вот что.
Скачать схему зарядного устройства можно здесь.
Заказать прошитый микроконтроллер можно здесь.
Дополнительная информация., печатная плата здесь.
Вопросы и пожелания dmalash@gmail.com
Источник: http://geegrow.ru/articles/misc/zarjadnoe-ustrojjstvo-dlja-avtomobilnykh-akkumuljatorov-na-atmega8.html
Зарядное устройство c 2 USB (3.1A)
Подписка
- Магазины Китая
- TVC-MALL.COM
- Зарядные устройства
Обозреваемый адаптер с двумя USB разъемами (2.1 A и 1.1 А) необходим для зарядки от розетки различной требовательной техники от именитых производителей, и прочей техники от безымянных производителей.
Полезный прибор, нужный и универсальный был заказан в китайском магазине с платной доставкой — TVC-Mall.
Упаковка: Небольшая коробка из белого глянцевого картона с иллюстрациями и надписями, заключенная в прочный прозрачный пластик.
Хорошая упаковка — крепкая, обеспечила достаточно надежную защиту для устройства от воздействия вредных внешних факторов.Практически вся коробка украшена красочными картинками и содержит полезную информацию о характеристиках устройства и преимуществах его использования.
Кроме того, производитель снабдил свою продукцию голограммой, несомненно, свидетельствующей о его серьезном отношении к качеству изделия.
Внешний вид: Мной был выбран адаптер белого цвета, так как этот цвет вызывает положительные эмоции и является символом совершенства и чистоты.
Корпус выполнен в виде небольшого «кирпичика» с округлыми формами и размерами: 5,5*5,5*2,5 смАккуратный внешний вид, глянцевая поверхность, с двух сторон имеются защитные прозрачные наклейки.Ровные и четкие надписи, содержат полезную информацию.
С целью обеспечения удобства, при хранении или транспортировке, имеется подвижная вилка для соединения с электрической розеткой.В целом адаптер хорошего качества изготовления, ничего не скрипит и не хрустит.
Технические характеристики (информация магазина):
3.1A двойной USB 2 порта стены AC зарядное устройство для IPad iPhone Samsung HTC LG Sony и др.- ЕС разъем • Противопожарный, высокое качество 3.1A Dual USB 2 порта • AC зарядное устройство адаптер для IPad IPhone IPod Samsung HTC LG Sony • Двойной выход дизайн USB позволяет заряжать два USB устройств одновременно, например, Iphone, Ipod, мобильные телефоны, GPS, цифровые камеры, MP3, MP4 и другие цифровые электронные устройства • Двойной выход USB порты, 3.1A макс, один 2.1A порт и один 1.0A порт, можете зарядить свой телефон и планшет в то же время • Управление Встроенный источник интегральная схема для защиты многократного замыкания петли, защита от перегрева и перегрузки • Отличное зарядное для путешествий
Технические характеристики:
• Вход: AC 100-240V ~ 50/60 Гц • Выход 1: DC 5V — 2.1A • Выход 2: DC 5V — 1.0A
Совместимо с:
• iPhone • Ipad • Прочие • Samsung, HTC, LG и других смартфонов
В комплект поставки входят:
• 1 х 3.1A двойной USB 2 порта зарядное устройство — ЕС разъем
Принцип действия: Устройство достаточно просто в обращении. 1. Взять в руки адаптер, перевести вилку в рабочее положение 2. Подключить адаптер к розетке дома/на работе/в гостях. Загорится синий диод-индикатор, оповещая о готовности устройства к работе 3. Подсоединить к адаптеру, в соответствующий разъем, через USB-кабель устройство, которое необходимо зарядить. Начнется процесс зарядки. Например:Адаптер позволяет одновременно заряжать несколько устройств4. Об окончании зарядки сообщит диод-индикатор, необходимо подойти и отключить заряженное устройство от адаптера.
Впечатления от использования:
В процессе эксплуатации мной не было выявлено каких-либо недостатков. Во время зарядки (через выход 2.1А) требовательных устройств, к которым я отношу: планшет и Xiaomi Powerbank, адаптер не нагревался, фантомных нажатий не зафиксировано.
Во время зарядки менее требовательных устройств типа телефона, с помощью подручных средств, мной были произведены замеры потребляемого ими тока:
Данный эксперимент свидетельствует о соблюдении разработчиками адаптера основополагающего закона в производстве электрических приборов – закона Ома: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи». К счастью, мне не удалось разобрать обозреваемое устройство, поэтому до сих пор остаются неизученными его внутренности, и оно продолжает прекрасно работать.
Вывод:
+ красивый внешний вид + хорошее качество изготовления + возможность одновременной зарядки нескольких устройств + защита от перегрузок -+ подвижная вилка, с одной стороны — удобно, с другой стороны – непрактично. Компактный и удобный адаптер хорошего качества, на мой взгляд.
Спасибо всем кто читал.
Планирую купить +17 Добавить в избранное Обзор понравился +1 +26
Источник: https://mysku.ru/blog/china-stores/25617.html
Зарядное устройство на микроконтроллере
Источник: http://el-shema.ru/publ/pitanie/zarjadnoe_ustrojstvo_na_mikrokontrollere/5-1-0-113
Зарядное устройство для аккумуляторов на микроконтроллере STM8 | Блог программиcта-электроника
Зарядка на базе современного микроконтроллера STM8S003f3p6, индикацией параметров и измеряемых значений на символьном индикаторе и управлением через энкодер.
Внешний вид:
Схема зарядки:
Зарядное устройство работает на принципе СИФУ(система импульсно фазового управления). Сетевое напряжение понижается трансформатором до уровня 11В, диодный мост выпрямляет переменное напряжение.В результате получается пульсирующее напряжение с амплитудой 15В.
Микроконтроллер фиксирует снижения напряжения почти до нуля.Это мгновение является отправным для отсчета фазы.Чем больше время(фаза) до следующего момента, тем меньше напряжения поступит в нагрузку(аккумулятор).
С помощью встроенного АЦП контроллер измеряет выходной ток в режиме True RMS. Действительное значение среднеквадратического тока вычисляется по итогу ста выборок за 10 мс. Напряжение меряется в обычном режиме т.к. аккумулятор является большой емкостью, что сглаживает форму напряжения.
Алгоритм зарядки CCCV постоянный ток,постоянное напряжение.Вначале зарядка работает в режиме стабилизатора тока.По мере зарядки напряжение аккумулятора продолжает расти , при достижении заданного напряжения, зарядка переходит в режим стабилизатора напряжения.При этом тока зарядки падает.При достижении тока зарядки до 0,01 от емкости зарядка считается завершенной.
Регулировка параметров производится с помощью энкодера. Он имеет встроенную кнопку.При нажатии на кнопку происходит изменение состояния устройства.
1 нажатие — режим регулирования тока зарядки.
2 нажатие — режим регулирование напряжения, до которого будет включен режим стабилизации тока.
3 нажатие — выбор режима выхода устройства.Можно включить сразу стабилизацию напряжения. Но при этом стабильность его не высока(около 200 мВ пульсации) .
4 нажатие на 8 символе второй строки мигает курсор, в этом состоянии , при повороте ручки энкодера вправо микроконтроллер STM8s003f3p6 дает разрешение на подачу управляющих импульсов на тиристор. При этом на месте курсора появляется символ молнии.
В процессе зарядки идет отображения заданных значений тока/напряжения и действительных.Так же отображается нынешняя фаза зарядки. F1 -первая фаза(постоянный ток). F2 — вторая фаза(постоянное напряжение). При падении тока зарядки ниже 0,01 от емкости аккумулятора на экране отображается сообщение о окончании процесса зарядки.
Прикрепляю архив с проектом в IAR:
Источник: http://mkdeveloper.ru/2016/12/02/zarjadnoe-ustrojstvo-dlja-akkumuljator/
(нет голосов)
Загрузка...
detector