Universal microcontroller charger

The author has set a goal to create a simple universal device to charge any small batteries and their battery type, capacity and nominal voltage.

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.

Charger circuit shown in Fig. 1.

Figure. 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”.

ADC works with an exemplary voltage of 2.56 V from internal source to the MCU. To be able to measure higher voltage, resistive voltage divider R9R10 reduces it before the input of the ADC0 of the microcontroller.

The charging current sensor is a resistor R11. Falling on it when the flow of this current the voltage at the input of op-amp DA2.1, which amplifies it about 30 times. The gain depends on the ratio of resistances of resistors R8 and R6. The output of op amp voltage proportional to the charging current, via a repeater on OU DA2.2 is input to ADC1 of the microcontroller.

On the transistors VT1-VT4 assembled an electronic key running microcontroller that generates the output OC2 pulses at a frequency of 32 kHz. The fill factor of these pulses depends on the required output voltage and charging current. The VD1 diode, the inductor L1 and the capacitors C7, C8 convert the pulse voltage is constant, is proportional to its duty cycle.

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.

Selection of resistor R7 set the optimum contrast of the image on the display LCD.

Current sensor R11 is possible to make the length of high resistance wire from the spiral heater wire or from the powerful resistor. The author used a pigtail with a diameter of 0.5 mm with a length of about 20 mm from the rheostat.

Microcontroller ATmega8L-8PU can be replaced by any from the ATmega8 with a clock frequency of 8 MHz and above. A field-effect transistor BUZ172 must be installed on a heat sink with a cooling surface area of not less than 4 cm². This transistor can be replaced by another p-channel with an acceptable drain current exceeding 1 A and a low resistance of open channel.

Instead of transistors КТ3102Б and КТ3107Д suit and the other complementary pair of transistors with a current transfer ratio of not less than 200. Proper functioning of the transistors VT1-VT3 signal at the gate of the transistor must be the same as shown in Fig. 2.

Fig. 2

Inductor L1 extracted from computer power supply (it is a wound wire with a diameter of 0.6 mm).

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.

Fig. 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.

Turn the power off, connect the LCD and install the microcontroller. To the output device connect the resistor or filament lamp 12 V for a current of about 0.5 A. the device is switched on and the LCD will display the voltage on the output U and the charging current I and the voltage limit Uz and maximum charging current Iz. Compare the values of current and voltage on the LCD with the exemplary readings of the ammeter and voltmeter. Probably, they will vary.

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.

Turn off the power to the charger, reinstall the VT4 transistor and to the output device, connect in-car lamp 12 V. Turn the device on and set Uz=12 V. When changing the Iz should smoothly vary the brightness of the lamp. The device is ready for operation.

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.

Download the program of the microcontroller

Author: V. Nefedov, Bryansk
Source: Radio No. 9/2016