1

Автоматичний зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Зарядний пристрій контролює процес зарядки акумулятора і встановлює його оптимальні параметри. Весь цикл ділиться на 4 етапу, автоматично перемикаються в залежності від ступеня заряду акумулятора. Коли акумулятор досягне потрібного напруги, зарядка автоматично припиниться. Три світлодіода показують стан батареї і рівень зарядки. Зарядний пристрій дозволяє регулювати зарядний струм, тому воно захищає від пошкодження акумулятора (занадто великий струм) і економить час (занадто низький струм).

фото 1. Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Характеристика

  • зарядка 12 У свинцевих акумуляторів ємністю 10 … 100 А·немає
  • регулювання зарядного струму в діапазоні близько 1 … 10 А
  • захист від перезарядки акумулятора
  • багатоступінчастий процес зарядки
  • джерело живлення: трансформатор 17 В

опис схеми

Класичний випрямляч для зарядки акумуляторів має два основних недоліки. Насамперед: він не має захисту від перезарядки, і навіть якщо ми спостерігаємо за ним під час зарядки, після свідчень самого амперметра можна чітко вказати, що пора припиняти зарядку. І тільки зарядка до моменту виділення газу електроліту є свідомою перезарядженням. другий недолік: немає регулювання зарядного струму. Струм зарядки не повинен перевищувати допустиме значення для даного акумулятора, яке залежить від його ємності. Зарядка за допомогою надмірного струму може необоротно пошкодити пластини (елементи), з яких складається акумулятор. Перевищення допустимого напруги або струму негативно впливає на продуктивність і термін служби акумулятора. Представлена ​​схема зарядного пристрою дозволяє усунути обидва перерахованих дефекту.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Рис. 1

На базі представленої схеми можна зібрати окремий зарядний пристрій , як зразок, показаний на фотографіях, або ж цей модуль може бути доповненням до простого класичного випрямителю. В обох випадках виходить автоматичний зарядний пристрій. Схема зарядного пристрою показана на малюнку 1, її можна розбити на кілька блоків.

  1. Блок вимірювання струму – побудований на базі мікросхеми LM358 (IC3A, Ic3b). Позитивний вихідний сигнал випрямляча підключається до клеми POW і подається на вимірювальний шунт R16, що складається з двох потужних резисторів з низьким опором. Операційний підсилювач IC3B разом з транзистором T4 і сусідніми елементами утворює перетворювач струму в напругу. На його виході присутні фільтр з компонентів R20, C13 і підсилювач IC3A. Вихідний сигнал калибруется за допомогою прецизійного потенціометра R24 і надходить на мікроконтролер – сигнал позначається CV.
  2. силовий каскад – побудований на транзисторах T3 і T5. Транзистор T3 використовується для контролю напруги / струму, подається на акумулятор. Транзистор Т5 з сусідніми елементами дозволяє управляти МОП-транзистором безпосередньо з виходу мікроконтролера.
  3. Блок перетворювача напруги – компоненти L1, T1, D4. Це класичний підвищує перетворювач, вихід (сигнал, позначений PVCC) отримує напругу близько 29 В, що необхідно для правильної роботи блоку вимірювання струму. Сусідні елементи використовуються для стабілізації і фільтрації вихідного напруги.
  4. Блок живлення – стабілізатор IC2 і сусідні елементи. Завдання блоку полягає в тому, щоб отримати і відфільтрувати напруга від 10 В до максимального значення 26 В, яке подається через діоди D1 та D2 від акумулятора або випрямляча. Потім через стабілізатор IC2 для живлення мікроконтролера необхідно 5 В. Прецизійний потенціометр R3 і резистор R2 утворюють дільник для зчитування напруги батареї. Потенціометр дозволяє калібрувати свідчення.
  5. Блок датчика змінної напруги – виконаний за допомогою транзистора Т2 і сусідніх елементів. Його завдання полягає в тому, щоб виявити половину синусоїдальних хвиль, накладаються на постійну напругу акумулятора – цей процес буде описаний більш детально нижче.
  6. Блок керування – потенціометр R12 використовується для установки струму зарядки, світлодіоди показують стан системи, а мікроконтролер контролює весь процес.

Всі основні режими, які задають і контролюють процес заряду прописані програмно в пам'яті мікроконтролера TINY24 (IC1). завдання, які він виконує: управління роботою підвищуючого перетворювача – підтримання постійного значення вихідної напруги, зчитування всіх аналогових значень, регулювання значення струму зарядки і перемикання ступенів процесу зарядки. Регулювання зарядного струму здійснюється методом фазового регулювання, використовуваним для тиристорів і триаків, з тією різницею, що без тиристора або симистора з транзистором MOSFET з каналом P. Це рішення спростило схему і зменшило втрати енергії. Сигнали утворені в схемі при зарядці показані на малюнку 2.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Рис. 2

Сигнал форма А – це вихід випрямляча, В – це накладений вихід випрямляча і постійна напруга акумулятора (VIN на діаграмі). Форма хвилі C – це форма хвилі на виході датчика змінної напруги (VIP на діаграмі) – вона точно визначає час, коли форма сигналу напруги від випрямляча перевищує напруга батареї, і можна отримати струм зарядки, падаючий фронт вказує початок періоду регулювання фази. Форма D є сигналом управління рівнем потужності (MDR на діаграмі), чим вище рівень заповнення, тим більша частина сигналу B буде подаватися на акумулятор – сигнал E (AKUP на діаграмі).

Форма хвилі F – це вихідний сигнал з блоку перетворювача струму в напругу (CV на діаграмі).

Процес зарядки ділиться на кілька етапів, обраних в залежності від ступеня заряду акумулятора, тобто значення напруги на його клемах. На малюнку 3 показаний весь процес.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Рис. 3

Значення в точці A є стадії зарядки, графік B являє собою значення зарядного струму, графік C демонструє криву напруги на батареї, а символи в точці D є спосіб сигналізації на світлодіодах. рівень 0 – без батареї. Якщо випрямляч включений, схема сигналізує про це етапі постійним світінням червоного світлодіода. Ланцюг живлення вимкнена, на вихідних клемах немає напруги, тому немає ризику випадкового короткого замикання, це стан зберігається до тих пір, поки на виході не з'явиться напруга не менше 8 В.

I етап – попередня зарядка. Якщо до вихідних клем підключена батарея з напругою не більше 11 В, це означає, що вона знаходиться в стані глибокого розряду. така батарея, підключена до звичайного зарядного пристрою, може викликати дуже великий струм через значну різницю напруг. В цьому випадку представлена ​​схема зменшує зарядний струм до 1/3 встановленого значення діапазону і очікує часткової регенерації батареї – напруга перевищує 11 В.

фаза II – основна зарядка. На цьому етапі ток зарядки досягає повного встановленого значення, але, на відміну від класичного випрямляча, він не зменшується зі збільшенням заряду, а підтримується постійним, що скорочує час зарядки. Етап триває до досягнення 14V. Тут варто звернути увагу на спосіб вимірювання напруги, який відрізняється від інших етапів – зарядка відбувається циклічно, кожен цикл займає близько півхвилини зарядки, потім слід коротку перерву, припинення зарядки – і в цей момент вимірюється напруга акумулятора. Завдяки цьому вимір необтяжене помилкою, викликаної падінням

фаза III – фінальна зарядка. Після перевищення напруги 14 У ток зарядки зменшується до 1/3 від встановленого значення. Зарядка з більш низьким струмом дозволяє батареї «насичуватися» зарядом і дозволяє більш точно визначати час закінчення. Спочатку акумулятор реагує раптовим падінням напруги, як показано на малюнку 3, але потім повільно досягає максимального значення 14,4 В.

етап IV – зарядка завершена. Зелений світлодіод вказує на завершення процесу зарядки, акумулятор повністю заряджений і готовий до роботи. Напруга на батареї швидко падає приблизно до 13 В, а потім знижується приблизно до 12,6 В, тому не слід очікувати, що після зарядки батареї ми виміряємо 14,4 В. Якщо акумулятор залишається підключеним до представленого зарядного пристрою, його напруга буде постійно контролюватися, а коли воно падає до приблизно 12,8 В., запускається наступний етап зарядки.

Стадія В. – збереження заряду. Що стосується остаточного заряду, то зарядний струм складає 1/3 від встановленого значення, а кінцева напруга становить 14,4 В. Цей етап роботи зарядного пристрою спрямований на підтримку заряду батареї, якщо вона залишається підключеною, навіть після того, як зарядка завершена протягом тривалого часу. Коли батарея підключена до схеми і джерело живлення відключений (зарядний пристрій вимкнений), світлодіоди будуть відображати стан батареї так само, як і під час зарядки, тільки світлодіоди будуть мигати. Схема вимірює зарядний струм і, якщо він не досягає мінімального значення, сигналізує про це таким чином. Те ж саме станеться, якщо, наприклад, під час зарядки напруга мережі 220 У впаде, миготливі світлодіоди будуть сигналізувати про це аварійному стані. Зверніть увагу, що пристрій потім споживає енергію від батареї і розряджає її невеликим струмом.

Збирання та налагодження

Схема була спроектована і виготовлена ​​на двосторонній друкованої платі показаної на малюнку 4.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Рис. 4

Транзистори T1 і T3 кріпляться до радіатора за допомогою шайб і ізолюючих втулок і припаиваются до плати. Якщо пристрій буде працювати як адаптер для випрямляча, то діодний міст не потрібен. Схема повинна бути поміщена в добре провітрюваних корпус.
Радіатор не повинен бути занадто теплим під час роботи, в той час як резистор R16 і мостовий випрямляч можуть бути навіть гарячими.

Для пристрою була розроблена наклейка на передню панель корпусу – малюнок 5.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

Рис. 5

Для першого запуску і налаштування пристрою знадобляться: регульований блок живлення, мультиметр і акумулятор. Спочатку не вставляйте інтегральні мікросхеми в панельки і підключіть приблизно 10 В джерела живлення до клем AKUP і GND. Тепер необхідно виміряти, чи є напруга 5 В на контактах 1 і 14 посадкової бази мікроконтролера. Потім відключіть подачу живлення, встановіть мікроконтролер в підставку і знову підключіть джерело живлення. Тепер необхідно виміряти, чи є напруга близько 29 … 30 В на контактах 4 і 8 роз'єму IC3. Якщо напруги вірні, можна переходити до наступного етапу.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

фото 2.

Вставляємо інтегральні мікросхеми в роз'єми і підключаємо джерело живлення з встановленим напругою близько 7 В, червоний світлодіод повинен горіти, потім збільшуємо напругу до 8 В і регулюємо потенціометр R3, поки не загоряться червоний і жовтий світлодіоди. Тепер варто перевірити, відбувається перемикання наступних ступенів при 11 В, 14 В, 14,4 В, і при необхідності скоригувати настройку R3 (найбільш важливим є 14,4 В). важливе зауваження – напруга слід збільшувати повільно, тому що вимір напруги є дискретним, а не безперервним, а пороги напруги перемикання ступенів мають великий гістерезис в напрямку падіння напруги – перемикання з рівня I на II відбувається при перевищенні 11 В, а з рівня II на I відбувається при 10 , 8V. Точні значення напруги зберігаються в програмі у файлі analog.h. Наступним кроком є ​​підключення цільового трансформатора (через діодний міст випрямляча) або випрямляча до клем POW і GND. Однак перед цим необхідно переконатися, що вторинна напруга трансформатора / випрямляча не перевищує 18 В змінного струму (26 В постійного струму). Подача більш високої напруги зашкодить резистор R1. Напруга також не повинно бути занадто низьким, оскільки воно не дозволить отримати повний діапазон регулювання, оптимальне значення становить 17 В змінного струму і потужність близько 150 … 200 Вт. Якщо немає необхідності використовувати повний діапазон зарядного струму до 10 А, трансформатор може споживати менше енергії. На виході не повинно бути фільтруючого конденсатора, тому що схема не буде формувати синхронізуючі імпульси (сигнал VIP – Рис. 2, сигнал С).

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

фото 3

нарешті, калібруємо блок вимірювання струму. Встановлюємо ручку регулювання на мінімум, підключаємо «мінус» батареї до клеми GND, а плюс через амперметр до клеми AKUP і підключаємо трансформатор / випрямляч. Тепер калібруємо ручку потенціометра, дивлячись на свідчення амперметра. Встановивши невеликий струм, наприклад, 2А (схема повинна знаходитися на основній стадії зарядки). Встановлюємо потенціометр R24 так, щоб індикація ручки на позначки відповідала амперметрі (за умови, що, наприклад, 20% становить 2А). Можуть бути розбіжності – ток зарядки має сильно спотворену форму хвилі, і амперметр може вказувати неправильно, блок вимірювання струму також вносить невеликі спотворення. Найкраще встановити правильний струм в середньому положенні регулятора (ток прибл. 5 А), що дозволяє екстремальним налаштувань трохи відрізнятися від припущень.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

фото 4

Як безпечно підключати схему? Зарядний пристрій стійкий до зворотного підключення акумулятора і короткого замикання вихідних клем, але слід дотримуватися такого порядку. Насамперед, зарядний пристрій повинен бути відключено від мережі 220 В змінного струму. Потім підключіть акумулятор і спостерігайте за світлодіодами – якщо світлодіоди згасають, акумулятор підключений неправильно або сильно розряджений / пошкоджений. Якщо блимає червоний і / або жовтий, акумулятор підключений правильно, то ви можете встановити зарядний струм і підключити джерело живлення (трансформатор або випрямляч) до мережі 220 В.

Зарядний пристрій на мікроконтролері ATTINY24

фото 5

деталі

Архів до проекту






один коментар

Залишити коментар

Ваша електронна адреса не буде опублікований.