Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 8.
РадиоКот >Схемы >Питание >Зарядные устройства >Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 8.
Хочу представить вниманию зарядное устройство (ЗУ) для автомобильных аккумуляторов на Atmega 8. Данное устройство является моим вариантом ЗУ описание которого выложено в [1]. Очень рекомендую сначала прочитать описание оригинального ЗУ для снятия многих вопросов. К достоинствам ЗУ можно отнести использование силового трансформатора от бесперебойников, защиту от короткого замыкания и переполюсовки. ЗУ можно собрать в корпусе бесперебойника что снимает проблему всех устройств радиолюбителя – корпус.
После изготовления нескольких штук по оригинальному описанию я пришел к заключению что использование Atmega16 является избыточным, как по обьему памяти так и по количеству портов вводавывода. Поэтому было решено перевести проект на Atmega 8, тем более что исходники Автором были любезно выложены.
Как видно устройство разделено на две части: микроконтроллера (МК) и силовую.
Некоторые обьяснения по схеме контроллера. К разьему pow-in подключается маломощный внешний трансформатор с напряжением вторичной обмотки порядка 10-15 вольт, после выпрямления напряжение подается через развязывающий диод D9 на стабилизатор 78l12, который используется для питания операционного усилителя цепи измерения тока, и стабилизатора 7805 который питает микроконтроллер. Резисторы R32, R1 и стабилитрон D10 с напряжением стабилизации 5.1 вольт формируют сигнал прерывания МК для определения момента перехода сетевого напряжения через ноль.
На операционном усилителе (ОУ) U5 типа LM358 собраны усилитель сигнала с шунта для измерения зарядного тока и усилитель сигнала с шунта для определения перегрузки. Питание ОУ осуществляется напряжением 12 вольт и напряжением -5 вольт, которое преобразуется при помощи ICL7660 из напряжения +5 вольт. Использование ICL7660 позволяет отказаться от применения трансформатора с двумя вторичными обмотками, как в оригинальном устройстве. Кроме того предусмотрен вариант использования Rail-to-Rail ОУ, что позволяет вообще отказаться от источника питания +12 вольт, преобразователя ICL7660, а также защитных диодных сборок D6, D7. Был испытан образец на ОУ MCP6002 который себя неплохо зарекомендовал. При использовании Rail-to-Rail ОУ не устанавливается стабилизатор 78l12 и конденсатор C15. Впаивается нулевая перемычка R13 для питания ОУ от +5 вольт, а вместо конденсатора C13 впаивается нулевая перемычка на корпус. Таким образом организуется питание +5 вольт для ОУ. При сборке нужно внимательно следить какой вариант собираете дабы не повредить ОУ и МК при несоответствии типа применяемого ОУ напряжению питания.
Диодные сборки D6, D7, D11 служат для защиты портов МК от перенапряжения и напряжения обратной полярности. В оригинальной схеме для этой цели используются стабилитроны на 5.1 вольт, но при сборке устройства выяснилось что они вносят погрешность при измерении тока и напряжения, т.к. начинают приоткрываться при напряжении порядка 4.8 вольта. В устройстве АЦП МК использует в качестве опорного напряжения напряжение питания +5 вольт, а следовательно АЦП охватывает весь диапазон от 0 до 5 вольт. Установка D11 обязательна.
Разьем ISP1 служит для внутрисхемного программирования МК, распиновка его стандартна для варианта 6 контактов. Реле RL1 служит для включения силового трансформатора. Транзистор управления реле любой средней мощности типа npn, ставил КТ817. Реле выпаивается из платы бесперебойника, также в зависимости от типа платы можно выпаять кварцевый резонатор на 8 Мгц, стабилизатор 7805, стабилизатор 7812 для силового модуля. Переменным резистором RV1 устанавливаем контрастность дисплея. Дисплей используется типа 0802 с кирилицей. Типоразмер всех используемых SMD резисторов и конденсаторов 1206. Конденсатор C16 танталовый SMD 10мкф 16 вольт.
В силовом модуле стабилизатор 7812 служит для питания вентилятора обдува радиатора на котором устанавливается силовой диодный мост типа KBPC5010 или аналогичный, а также тиристор 40TPS12. В данной версии прошивки обдув включается при токе зарядки 2А, выключается при 1А. В качестве радиатора идеально подходят так называемые «процессорные». Предохранитель FU1 автомобильный на 30А, впаивается прямо в плату. Такие попарно установлены на плате бесперебойника. Резисторы R1-R7, R12, R13, R16 типоразмера 1206 на 0.1 Ом впаяны параллельно и образуют шунт для измерения тока. Транзисторы ключей для управления вентилятором и тиристором использовал типа КТ816Б, можно использовать любые средней мощности типа pnp.
К точкам BATT припаиваются провода с крокодилами для подключения к батарее, к точкам BRIDGE провода с наконечниками для подключения к диодному мосту. Провода с наконечниками также из бесперебойника. К разьему FAN подключают вентилятор охлаждения.
Силовая плата и плата МК соединяются 2-мя шлейфами с 3-мя проводами: сигнал измерения напряжения – общий – сигнал измерения тока и сигнал управления тиристором – общий силовой – сигнал управления вентилятором. ВНИМАНИЕ: общий и общий силовой не долны соединятся в шлейфах они впаиваются в соответствующие места платы и никак между собой не связаны.
После сборки и проверки монтажа подключается ЗУ к сети, если все правильно собрано после экранов приветствия появится надпись «Подключи батарею». Подключаем аккумулятор или внешний источник напряжением 12 вольт к крокодилам и подстроечным резистором RV6 выставляем напряжение на экране ЗУ соответствующее напряжению аккумулятора или источника питания по контрольному вольтметру. Далее подключаем ЗУ к аккумулятору через амперметр, вращаем энкодер по часовой стрелке выставляя зарядный ток 1А и нажимаем ручку энкодера, на экране появляется надпись «Заряд начат» и зарядный ток начинает плавно увеличиваться от нуля до утановленного значения. Подстроечным резистором RV3 выставляем правильные показания тока на экране ЗУ по контрольному амперметру. Выставлять следует при установившемся значении на экране. Подстроечным резистором RV4 выставляем напряжение на входе 24 МК равным 0.09в при зарядном токе 1А.
Для справки: для входов измерения тока и напряжения АЦП МК максимальные значения в +5 вольт соответствуют 15 амперам и 15 вольтам. Для входа измерения перегрузки по току напряжение отключения тока зарядки – 1 вольт.
Подключаем ЗУ к сети, подключаем батарею, устанавливаем требуемый ток заряда в диапазоне 0-10А вращением энкодера, нажимаем энкодер. Ток заряда плавно растет до установленного значения. При достижении на батарее 14.4 вольта ток плавно падает при условии неизменности напряжения на батарее в 14.4 вольта. При падении тока зарядки ниже 0.5А и напряжении 14.4 вольта считается что батарея заряжена и зарядка прекращается — выводится надпись «Батарея заряжена». При невозможности достижения напряжения на батарее в 14.4 вольта при токе 0.5 А в течении 4 часов выводится надпись «Проверь батарею не берет заряд» и заряд отключается. Если при включении зарядки ток не растет появляется надпись «Плохой контакт с батареей» и заряд отключается. При пробое тиристора и неконтроллируемом увеличении напряжения выше 15 вольт заряд отключается и появляется надпись «ERROR VOLTAGE». При чрезмерном увеличении тока заряда или КЗ также заряд отключается и выводится надпись «Ошибка по току». Чтобы досрочно прервать заряд энкодером уменьшаем ток до нуля и нажимаем энкодер или просто снимаем клемму с батареи. Для изменения тока заряда в процессе зарядки вращаем энкодер и нажимаем, появляется надпись «Ток изменен».
Фьюзы для прошивки:
Плата МК односторонняя, 11 перемычек.
Плата силовая односторонняя, 1 перемычка:
Несколько фотографий готового ЗУ:
Список литературы:
- https://we.easyelectronics.ru/power-electronics/zaryadnoe-ustroystvo-dlya-avtomobilnyh-akkumulyatorov-na-atmega-16.html
- Евстифеева А.В. «Микроконтроллеры AVR семейства Mega».
Ниже в архиве проект в Протеус 8 платы МК и силовой платы, а также прошивка.
Файлы:
Протеус, прошивка
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 16.
Как то проходил я мимо аккумуляторной комнаты на работе. Проходя возле двери, почувствовал запах тухлых яиц. Так было несколько раз. Я спросил у мужиков, что за ядерная вонь? Они сказали, что сероводород из батарей так пованивает. Заглянул я туда и увидел что стоят пару батарей на зарядке и кипят как суп в кастрюле. Оказывается некоторые пользователи автомобилей оставляют свои батареи на ночь на зарядку и идут баиньки. А там пусть все огнем горит.С одной стороны откуда пользователь знает, что там за зарядное и как оно работает? К тому же эти зарядники общественные, ну то есть колхозные. А колхозное, часто качественным не бывает. Разобрал я один зарядник и увидел, что там стоит трансформатор и диодный мост. Это все что там было. Конечно при такой схеме батарея будет кипеть. Ну вот и решили я грохнуть эти зарядные и сделать что то получше.
Начал рыть интернет, скачал пару книг. Посмотрел теорию. Схем зарядных устройств валом. Но большинство из них 70х годов. Сделаны как правило на транзисторах. В более продвинутых еще тиристоры есть. Все это очень скучно, серо и уныло. Есть так же схемы на микроконтроллерах, это уже интересней. Можно данные на LCD дисплей вывести, разные органы управления замутить. Но мне захотелось изобрести свой велосипед. Творчество как никак. Вот я и склепал с десяток зарядников по такой схеме. 8 ампер выжимают. Этого хватит за глаза. Схема в нормальном качестве лежит в архиве в конце статьи.
Это было правда года 4 назад. Этими зарядниками до сих пор пользуются.
Одна из целей, собрать из того что было под рукой. Корпуса использовал из под старых зарядников.
Вот его внутренности:
Силовой трансформатор УПСа оказался идеальным по всем параметрам. Вторичная обмотка толстая с «мизинец». Сам трансформатор мощный, сделан качественно, с креплениями. Выходное напряжение 16 — 17 V AC. То что надо. В упсе есть еще второй трансформатор, маленький такой. Я его использовал для питания самой управляющей платы. Причем в нем есть две вторичные обмотки соединенные последовательно. Двухполярное питание для операционников считай уже готово. Прелесть. Диодный силовой мост, тоже был использован из старых зарядников. Охлаждение для тиристора взял из старых материнок для компьютеров. Вентилятор для охлаждения тоже снял со сгоревших китайских импульсных блоков питания, для тех же материнок. Остальную мелочевку, аккуратно выпаял из плат со старых мониторов. Купить только пришлось LCD дисплеи для индикации, энкодеры, ну и парочку мелочевок. Так что большинство деталей наколупал в загашниках. Atmega16 тоже лежали в загашнике. Ее и использовал.
Задачи перед зарядником были поставлены такие:
1. Автоматическое поддержание тока зарядки, изначально выставленным пользователем.
2. Простота в управлении. Один энкодер. Повернул и нажал. Это все.
3. При неправильно подключенной батарее (ошибка полярности), заряд невозможен.
4. Защита от к.з. Если при заряде, вдруг упал ломик на клеммы батареи, зарядник должен вырубится. А батарея, ну уж как получится.
5. Если батарея дохлая, и не может достичь порога 14.4 вольт при зарядке, то программный таймер должен вырубить заряд с соответствующим выводом сообщения не дисплей. Иначе батарея просто выкипит.
6. Зарядник невозможно запустить, пока не будет подключена батарея к клеммам зарядника с соблюдением полярности.
7. Зарядник не должен выходить из строя если к нему подключили батарею не соблюдая полярность.
8. Должен иметься режим «хранение батареи». Предположим ты не планируешь пользоваться батареей в течении пол года. Можно просто подключить батарею к заряднику, поставить на полку и забыть. Зарядник время от времени проверяет напряжение на батарее. И ели оно упало ниже чем например 12.5 вольт, автоматически врубается зарядка малым током 0.5 А.
Пин ADC0 — измеряет ток заряда батареи.
Пин ADC1 — фиксирует скачек тока при к.з.
Пин ADC2 — измеряет напряжение батареи.
Пин AIN1 — фиксирует отсутствие/присутствие батареи.
Пин PB4 — если что не так пошло, врубает защитное реле, которое отключает силовой трансформатор.
К пинам PD0, PD1, PD3 подключен энкодер.
Пин INT0 — ловит прохождение синусоиды после диодного моста, через нулевую точку. Зная когда эта точка появляется, можно легко вычислить когда надо включить тиристор. А вырубается тиристор сам, в точке указанной ниже на схеме.
Немного о теории заряда автомобильных аккумуляторов:
1. Батарея считается заряженной на 100% когда на ней 12.9 вольт.
2. Если на батарее 10.8 вольт, то она разряжена на 100%. Дальнейшее хранение или эксплуатация приведет с сульфатации пластин. Этот процесс фактически необратим. Если пластины засульфатированы, то такая батарея уже мусор. Существуют конечно такие спец зарядники, которые специальной импульсной формой тока как бы десульфатируют пластины. Но сами понимаете батарея уже будет не та. Так что если на батарее 12 вольт или ниже, то бегом ноги в руки и заряжать.
3. Зарядник в процессе заряда должен довести батарею до 14.4 вольта. Это так называемая точка закипания электролита. Когда эта точка достигнута, заряд еще не закончен. Далее надо плавно убавлять ток заряда. Убавили, подождали, пока опять не будет 14.4 вольта. Потом снова убавили. И так пока ток заряда не достигнет меньше 0.5 ампера. Ну а там уже можно вырубить.
4. Для батареи всегда более эффективна зарядка малым током. Это дольше по времени, но зато батарея целее будет. И при таком заряде она зарядится максимально. Так что гнаться за большими токами заряда не стоит. Большие токи оправданы в том случае, если вам надо срочно ехать, а батарея сдохла. Тогда можно конечно влупить 20А но не на слишком большой срок. Это реанимирует батарею и стартер она провернет. Опять таки, для батареи с большой емкостью этот ток еще ничего, с малой уже чего. Ток заряда выбирается делением емкости батареи на 10. Если у вас емкость 65 А/ч, значит начальный ток заряда можно установить 6.5А.
Наблюдал такую картину:
Утро, мороз -30. У мужика за ночь батарея при таком минусе, чета емкость потеряла. Он подключил к ней пуско-зарядное устройство. Нажал «пуск», батарея треснула. Так что с такими реанимирующими режимами поосторожнее. Фактически батарея это мощный резистор с малым сопротивлением. Если батарея новая, то ее внутреннее сопротивление может быть меньше ома. Когда стареет, то сопротивление увеличивается. Если в такой резистор пытаться впихнуть 70А, последствия могут быть необратимы.
Вот график заряда батареи моим зарядником для батареи 65 А/ч.
Если посмотреть на оциллограмму работы тиристора, то увидим такую картину.
Красная зона, это и есть та временная часть, когда осуществляется заряд батареи.Получается когда открывается тиристор, батарея подкорачивает вторичную обмотку на себя. И напруга на обмотке падает до напряжения на батарее. Из-за этого трансформатор в красном диапазоне может входить в насыщение. И начинать нехило греться. Поэтому лучше брать транс по мощнее. Если нет такого, тоже можно выкрутиться из ситуации. Тиристор надо открывать попозже. Тогда красная зона заряда будет поменьше. Нагрев уменьшится, но и токи заряда будут меньше. Как раз таки двигая точку открытия тиристора по синусоиде, регулируем ток заряда батареи. Драйвер работы с дисплеем писал с нуля.
Вообще ничего не мешает, перекроить схему по желанию, что нибудь выкинуть или добавить. Ну и прошивку самому написать. Творчество великое дело.
Прошивку накатал на ассемблере в AvrStudio 4.19. Весь проект на асме и схема в нормальном качестве лежит в топике.
Недостатки:
1. Тяжелый. Можно вместо гантелей использовать. Если долбанет по ноге, ногти сразу отлетят. На импульсной схеме полегче был бы.
2. Если покупать детали с нуля, то дорого выйдет. Дешевле купить готовый. С другой стороны когда делаешь сам, то сделаешь то, что тебе самому надо. + творчество и + кайф пусконаладочных работ.
3. Из-за конденсатора(интегрирующая цепочка) на ноге ADC0 есть некоторая инерционность работы зарядника. Но без него никак. Но по сути работе это не мешает.
4.… остальные пункты сами добавите.
Достатки:
1. Творчество.
2. Развитие умственных способностей.
3. Повышения уровня знаний в том как работают те или иные электронные приборы. В частности тиристор, LCD дисплей, аппаратные узлы микроконтроллера и др. Если просто купить готовый, то этого никогда не узнаешь. Ну только если из книг, но это сухая теория. А здесь тебе и практика и польза колхозу.
4. Как выше говорилось, кайф пусконаладочных работ.
5.… остальные пункты сами добавите.
Вот две книженции выкладываю.
Зарядно пусковые устройства.zip — 2005г.
Зарядные устройства.zip — 2005г.
Но судя ниже из комментария clawham ни в коем случае их не скачивайте. Потому что там все схемы тупо кипятильные. Ну и моя схема в статье тоже тупо кипятильная. Только то зарядное которое он спроектировал, является самым правильным, но он с ним не хочет делиться.
Или вот такое на 24 вольта 15А.
А недавно я собрал вот такое зарядное на импульсном блоке питания
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКИ
Зарядное устройство такая вещь, которая необходима каждому владельцу автомобиля. Можно купить готовое ЗУ в магазине, можно собрать его самому по многим известным схемам, а можно использовать промежуточный вариант — приобрести конструктор для самостоятельной сборки. В этом случае вам понадобится только силовой трансформатор и корпус. Недавно заказал такое ЗУ и теперь поделюсь информацией о нём с вами, уважаемые посетители сайта «Радиосхемы».
Технические характеристики ЗУ:
Вольтметр …………………………………………………………………….. 0 до 29,9 Вольт
Амперметр …………………………………………………………… до 9,9 Ампер
Стабилизатор тока зарядки …………………………………….…… от 0,5 до 9,9 Ампер
Таймер отключения заряда ………………………………………….. от 1 до 30 часов
Заданное напряжение на аккумуляторе, при котором будет отключен заряд …………………………………………………………………………………. от 5,1 до 30,0 Вольт
Защита от короткого замыкания
Защита от переполюсовки при подключении аккумулятора
Комплект поставки:
З/У SPARK -3 ………………………….…. 1 шт.
Диодный мост 50 Ампер ………….. 1 шт.
Тиристор 12 Ампер …………………. 1 шт.
Диод 1N4007 …………………………….. 2 шт.
Рамка для индикатора ..……….…… 1 шт.
Инструкция ……………………………..… 1 шт.
Назначение прибора
Зарядное устройство SPARK-3 предназначено для заряда аккумуляторов с напряжением 6, 12, 24 вольт током от 0,5 до 9,9 ампер до заданного напряжения или заданное время. В состав прибора входят: Вольтметр, Амперметр, стабилизатор тока, автомат отключения при достижении на аккумуляторе заданного напряжения, таймер. В комплект входит собранная и отлаженная плата, диодный мост, симистор, два диода и рамка для монтажа индикатора в корпус. Управление производится с помощью трех кнопок:
верхняя кнопка — «Верх”
средняя кнопка — «Меню”
нижняя кнопка — «Вниз”
Для включения режим зарядки нажать «Верх” при этом засветится светодиод «зарядка” инициируя включенный режим зарядки. Последующие нажатия на кнопку «Верх” будут переключать индикацию напряжения или тока. Если включен амперметр, на индикаторе показана буква «А” (например «0,0А”). Для отключения режима заряда нажать кнопку «Вниз”, светодиод » зарядка” гаснет, последующие нажатия этой кнопки так же поочередно показывают на индикаторе напряжение или ток. Для изменения параметров заряда служит кнопка «Меню”.
При первом нажатии и удержании будет показан символ вольтметра «— U” после отпускания показано напряжение от 5,1 до 30,0 вольт. Последняя цифра мигает. С помощью кнопок «Верх” и «Вниз” установить требуемое напряжение, при достижении которого будет отключен режим заряда.
При втором нажатии и удержании будет показан символ ампер » — A” после отпускания показано задание тока заряда от 0,5А до 9,9А в амперах с помощью кнопок «Верх” и «Вниз” установить требуемый ток заряда.
При третьем нажатии и удержании будет показан символ часов » — h” при отпускании показано задание таймера отключения от 1h до 30h (от 1 до 30 часов) с помощью кнопок «Верх” и «Вниз” установить требуемое значение таймера отключения.
При четвертом нажатии на индикаторе будут три черточки «— — —”. при отпускании прибор выйдет из режима Меню, на индикаторе не будет мигать последняя цифра.
Как заряжать аккумулятор
Подсоедините крокодилы, на клеммы аккумулятора нажимая кнопку «Вниз” переключите прибор в индикацию напряжения. Вольтметр покажет напряжение на аккумуляторе. Нажмите кнопку «Верх”. Включится светодиод » зарядка”. Ток будет плавно подниматься до заданного значения. Каждые две минуты ток выключается на 4 секунды и при отключенном токе напряжение сравнивается с заданным максимальным напряжением, если напряжение на аккумуляторе достигнет заданного значения, то зарядка отключится и светодиод » зарядка” погаснет. Если напряжение на аккумуляторе не достигнет максимального значения, то отключение произойдет по истечении задания таймера (от 1 до 30 часов).
— Для ручного отключения зарядки нажать кнопку «Вниз”
—
Аккумулятор с напряжение меньше 5 вольт заряжаться не будет.
—
При переполюсовке клемм ток зарядки так же не будет включен.
—
При выключенном заряде или отсутствии сети 220 вольт прибор не разряжает аккумулятор.
Сборка зарядного устройства
Собираем зарядное устройство с МК согласно принципиальной схемы — клик для увеличения картинки:
Для сборки зарядного устройства SPARK-3 потребуется трансформатор мощностью от 100Вт до 250Вт с напряжением на вторичной обмотке 18 — 22 Вольт, корпус и радиатор (пластина размером 100*150*3 мм). Если необходимо собрать зарядное устройство для аккумуляторов 24 вольта, то трансформатор должен иметь напряжение на вторичной обмотке 30 вольт.
Выпрямитель и симистор закрепить на радиаторе. Радиатор закрепить в корпусе через изоляторы. Кнопки на плате служат только для проверки устройства при установке в корпус рекомендуеся припаять другие кнопки установленные на передней панели.
При первом включении не подключая аккумулятор, нажимая кнопку «Вниз” переключить в Вольтметр. Вольтметр должен показывать «00,0» если вольтметр показывает напряжение, значит, пробит симистор, подключать аккумулятор недопустимо. Для замены подойдет любой импортный симистор на ток 12-20 ампер. Не подключать отечественные симисторы — для них требуется большой ток включения. Цена данного набора может колебаться в пределах 12-20уе — уточняйте в интернет магазинах. В дальнейшем устройство будет собрано, подключено к электронному трансформатору и размещено в корпусе. Следите за публикациями!
Форум по ЗУ
Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С МИКРОКОНТРОЛЛЕРОМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКИ
Автоматическое зарядное устройство на МК для свинцово-кислотных АКБ
Описание
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.
Рассмотрим основные режимы работы устройства для заложенных в программу предустановок (профилей).
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.
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 ниже.
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.
Алгоритм заряда — IUoU
Алгоритм заряда — IUIoU
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).
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, 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. 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
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.
СХЕМЫ:
Открыть первую часть схемы — (Переделка БП)
Открыть вторую часть схемы — (Микроконтроллерная часть)
Ниже в архиве имеется проект в протеусе, точнее его микроконтроллерная часть.
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%. 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 – Wh2602 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 экземпляр
Печатная плата
Файлы печатных плат лежат ниже в архиве, есть два варианта ПП: для DIP элементов и вариант в SMD.
Программа
Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1
все остальные — незапрограммированы (установлены в 1).
Наладка
Итак, 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 «<» и «>». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» 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. И в заключение. 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.
Прошивка и проект в Протеусе: [hidepost] Скачать файлы проекта (прошивки и проект в протеусе). [/hidepost]
Печатные платы: [hidepost] Скачать файлы печатных плат и схемы. [/hidepost]
Все вопросы задаем на форуме
ectronics-lab.ru
Возможно, вам это будет интересно:
Зарядное устройство
Устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника
Зарядка телефона от одной батарейки
Простое устройство, которое поможет зарядить телефон вдали от розетки. Легкое и простое в исполнении. Данное устройство питается от одной пальчиковой батарейки, и может заряжать маломощные гаджеты: телефон, GPS, фонарик, фотоаппарат и т.д.
Автор: Александр Найденов
30 
3 [4]Похожие статьи:
ЗУ от солнечной батареи
Простое устройство позволяющее зарядить любой маломощный гаджет. Также устройство снабжено солнечным элементом, который может зарядить аккумулятор в устройстве.
Автор: Александр Найденов
2 4.2 [3]Похожие статьи:
Контроллер заряда солнечной батареи на LTC4357
Если солнечная панель не выдает достаточной мощности (к примеру в темное время суток), то ток от аккумулятора начинает течь обратно в солнечную панель. Одним из простейших и популярных решений является использование диода, включенного последовательно, который предотвращает обратное протекание тока. Однако тут возникает проблема небольшого падения напряжения на диоде, тем самым уменьшается напряжение для зарядки аккумулятора. В представленной ниже схеме контроллера заряда солнечной батареи этот недостаток исключен, для этого используется микросхема LTC4357
Автор: noauthor
3 0 [0] Модернизация мощного фонаря на светодиод 5 Ватт
Электронная начинка фонаря должна включать в себя драйвер мощного светодиода и контроллер заряда/разряда аккумулятора. Задача драйвера — обеспечивать стабильный ток на светодиоде. Задача контроллера заряда — обеспечить правильный режим заряда аккумулятора. Задача контроллера разряда — отключить аккумулятор от нагрузки при снижении напряжения ниже установленного предела, для предотвращения глубокого разряда.
Автор: hax
18 5 [1] 2012 г.Ступенчатое зарядно-разрядное устройство
Аккумулятор в автомобиле или в стационарной установке со временем приходит в негодность и не в состоянии отдать стартовый ток. Сульфат свинца, создавая высокое внутреннее сопротивление, препятствует выходу тока из внутренних слоёв пластин.
Автор: Коновалов В.
8 0 [0]Похожие статьи: 2012 г.
Надежное ЗУ с тиристорным управлением
Представлена схема зарядного устройства с тиристорным управлением, которое осуществляется сдвигом фаз. Схема проста. Всю конструкцию я монтировал на обыкновенном оргалите включая и конденсатор (10мкф 100в).
Автор: Redxxx
24 0 [0]Похожие статьи: 2002 г.
Зарядно-десульфатирующий автомат для автомобильных аккумуляторов
Давно уже известен тот факт, что заряд электрохимических источников питания асимметричным током, при соотношении Iзар : Iразр = 10:1, в частности кислотных аккумуляторов, приводит к устранению сульфатации пластин в батарее, т.е. к восстановлению их емкости, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи.
Автор: Сорокин А.
23 0 [0]Похожие статьи: 2002 г.
Зарядное устройство для стартерных батарей аккумуляторов
Простейшее ЗУ для автомобильных и мотоциклетных аккумуляторных батарей, как правило, состоит из понижающего трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке двухполупериодного выпрямителя. Последовательно с батареей включают мощный реостат для установки необходимого зарядного тока. Однако такая конструкция получается очень громоздкой и излишне энергоемкой, а другое способы регулирования зарядного тока обычно ее существенно усложняют.
Автор: Таланов Н., Фомин В.
0 0 [0]Похожие статьи:
Универсальное микроконтроллерное зарядное устройство — Меандр — занимательная электроника
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
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
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
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.
Скачать программу микроконтроллера
Автор: В. Нефёдов, г. Брянск
Источник: Радио №9/2016
Возможно, вам это будет интересно:
Автоматическое ЗУ на МК ATmega16A / Блог им. Slon / Блоги по электронике
В этой статье я расскажу, как из компьютерного блока питания формата АТ/АТХ и самодельного блока управления изготовить довольно-таки «умное» зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. К ним относятся т.н. «УПС-овые», автомобильные и другие АКБ широкого применения.Описание
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.
]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.
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 , а переделка БП в зарядное устройство неплохо описана вот здесь.
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.
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.
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 – Wh2602 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 экземпляр
Программа
Управляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1
все остальные — незапрограммированы (установлены в 1).
Наладка
Итак, 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 «<» и «>». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» 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
И в заключение, несколько фото.
Расположение элементов в корпусе блока питания:
Готовая же конструкция может выглядеть так:
так:
или даже так:
Желаю всем удачи!»>