Микроконтроллеры в домашних условиях
 

Зарядное устройство.

Общее описание

Схема устройства

Прошивка

Режимы работы

Фото

Общее описание

По мере того, как в нашу жизнь входят все больше портативных устройств, требуется организация их электропитания. Линейка предлагаемых аккумуляторов, как и разнообразных зарядных устройств к ним, растет.

Хотелось бы иметь одно зарядное устройство для основных типов существующих аккумуляторов. В предлагаемой статье рассказано о попытке создания подобного блока.

Итак, приведу основные характеристики рассматриваемого зарядного:

Наверх

Схема устройства

Зарядное устройство схема

Рис. 1. Принципиальная схема

Основой устройства является контроллер PIC16F876A.

На вход подается выпрямленное напряжение порядка 14 - 24 вольт (можно и меньше), получаемое от различных источников (трансформатор с выпрямителем, готовый блок стабилизированного питания, либо питание от автомобильного прикуривателя). Здесь главным условием является достаточное напряжение и мощность источника, необходимые для заряда нужного типа и емкости аккумулятора (батареи).

Напряжение (ток) заряда регулируется в ШИМ режиме транзистором IRF5305. Для сглаживания частотных пульсаций применен LC - фильтр.

Разряд производится двумя транзисторами IPB10N03L на мощные резисторы Rн 3,9 Ом, также, в ШИМ режиме.

Реле Р включается непосредственно в режиме работы модуля и при разомкнутых контактах (через резистор 39 Ом) позволяет контролировать полярность подключения аккумуляторов.

Измерение напряжения производится при помощи резистивного делителя.

Для измерения тока используется шунт Rш и усилитель напряжения на микросхеме LM358p.

Для отображения информации используется 2-строчный знакосинтезирующий ЖК дисплей LCM1602K.

Монтажную плату устройства в формате Sprint-Layout 5.0 скачиваем здесь.

Наверх

Прошивка

Файлы проекта в среде MPLab IDE можно скачать здесь.

Описание исходного кода приведено ниже.

Микроконтроллер PIC16F876A использует внешний кварцевый резонатор 20 МГц. Сторожевой таймер включен на максимальный предделитель.

На таймере 1 с использованием прерываний построен основной цикл программы (13 мсек), а также осуществляется подсчет времени.

На таймере 0 без предделителя с использованием прерываний выполнен цикл измерений с помощью АЦП. При каждом срабатывании происходит поочередный выбор одного из трех каналов (напряжение, ток заряда и разряда). Таким образом, период одного измерения 307 мксек. Также, к этому периоду привязаны импульсы управления пьезодинамиком (пищалка).

Измеренные АЦП значения в каждом цикле основной программы (подпрограмма COMPUTE_PARAMETERS) обрабатываются с учетом калибровочных данных. Обработанные данные используются для индикации и для логики управления ШИМ.

Навигация по пунктам меню осуществляется при помощи кнопок "+", "-" и "МЕНЮ". После нажатия и отпускания одной из кнопок в подпрограмме MENU_SURFING выбирается определенное действие.

После того как действие выполнено, в подпрограмме SET_DISPLAY осуществляется подготовка данных для смены отображения на ЖК дисплее.

Отсылка данных в контроллер дисплея происходит в подпрограмме LCD_DRIVER.

При отсутствии нажатий кнопок обновление данных на дисплее производится каждую секунду (в прерывании таймера 1). Это необходимо для отображения текущих напряжения и тока, а также, времени.

В подпрограмме CH_WRONG_POLARITY в нерабочем режиме (реле Р обесточено) производится проверка наличия тока зарядки, который возникает только при неправильной полярности подключения аккумулятора.

В подпрограмме PWM_DRIVER осуществляется управление скважностью ШИМ в зависимости от установленного режима. Скважность увеличивается или уменьшается на одну единицу за каждый проход основного цикла пограммы (13 мсек). При этом происходит плавное начальное нарастание напряжения (тока). Однако, имеются заметные пульсации напряжения (тока), которые не критичны в применении к зарядке аккумуляторов.

 

Наверх

Режимы работы

Рассмотрим в отдельности доступные режимы работы устройства.

Доступны следующие режимы: заряд, разряд, тренировка и источник питания. После выбора одного из режимов (кроме источника питания) становится доступным выбор типа аккумулятора: Pb - свинцовые, NiCd - никель-кадмиевые (никель-металлгидридные), LiPo - литий-ионные (литий-полимерные), SLA - герметичные свинцовые.

Выбрав тип, переходим к установке количества включенных последовательно аккумуляторов. Эта опция актуальна для свинцовых батарей, а также, при работе с несколькими аккумуляторами сразу (например, батарея шуруповерта). Указанная информация используется при подсчете пороговых значений напряжения в логике работы.

Далее следует установка емкости. При последовательном включении указывается емкость одного аккумулятора. Если необходимо работать с параллельным включением, то емкость одного аккумулятора умножается на количество включенных в параллель. Этот параметр используется для расчета значений тока в логике работы. Следует заметить, что в силу аппаратных ограничений значение зарядного тока не может превышать 5 ампер (контролируется программно).

После сделанных настроек отображается вся выбранная информация с предложением включить выбранный режим, либо сбросить (меняется кнопками "+", "-").

При настройке источника питания выбирается режим (стабильное напряжение или стабильный ток), и значение выбранной величины.

Наверх

После включения в работу (включается реле и вентилятор охлаждения) на дисплее отображается выбранный режим, тип аккумулятора, количество банок, текущее время (с момента включения), напряжение и ток.

Режим разряда одинаков для всех типов аккумуляторов. При установленной емкости до 1000 мАч ток разряда составляет 500 мА, свыше 1000 мАч - 1000 мА. Окончание разряда происходит по достижению порога напряжения: свинцовые - 1,75 В/банку, NiCd - 1 В/банку, LiPo - 3 В/банку.

Методика заряда свинцовых аккумуляторов следующая. Сначала заряд постоянным током С/10 (С - емкость аккумулятора). После достижения значения напряжения 2,55 В/банку происходит переключение на заряд постоянным напряжением 2,45 В/банку. Окончание заряда происходит при снижении тока до значения С/30.

Заряд NiCd аккумуляторов происходит током С/10 в течении 12 часов (перед этим желательно разрядить по указанной выше методике во избежание эффекта памяти). Если за это время напряжение достигает 1,47 В/банку, то по истечении 120 минут после этого заряд прекращается досрочно.

Заряд LiPo аккумуляторов осуществляется током 1С до достижения напряжения 4,2 В/банку. После этого происходит переключение на заряд постоянным напряжением 4,2 В/банку до снижения тока до значения С/30.

Для свинцовых аккумуляторов (Pb и SLA) в режиме "Тренировка" доступен заряд в импульсном режиме по методике, описанной выше (заряд постоянным током, затем постоянным напряжением). Считается, что такой режим предотвращает начавшийся процесс сульфатации пластин и, соответственно, увеличивает срок службы батареи.

После окончания заряда (разряда) отображается соответствующая информация на дисплее с указанием времени работы, также подается звуковой сигнал.

В режиме работы возможна остановка устройства путем выбора кнопками "+" или "-" пункта "Отключение" и нажатия кнопки "Меню".

При недостаточном токе или напряжении источника выводится сообщение "Мало мощности". При этом следует выбрать другой источник постоянного напряжения, либо изменить настройки параметров подключаемого аккумулятора (уменьшить емкость, уменьшить количество банок, если это возможно фактически).

Кроме этого, есть возможность заряда вручную, используя режим "Источник питания". Однако, здесь следует соблюдать осторожность, во избежание перегрева и выхода аккумулятора из строя. По этой же причине следует внимательно относиться к настройке емкости и количества банок при использовании автоматических режимов.

Наверх

Фото

Фото 1

 

Фото 2

 

Фото 3

Наверх

Фото 4

Неправильное подключение

Фото 5

 

Фото 6

Наверх

Фото 7

 

Фото 8

Использование в режиме источника питания

Фото 9

Наверх

Фото 10

Установка тока

Фото 11

 

Наверх

Наверх