Микроконтроллерге негізделген ақылды батарея зарядтаушысы: 9 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Сіз көргіңіз келетін схема - бұл ATMEGA8A негізіндегі ақылды батарея зарядтағыш, автоматты түрде ажыратылады, әр түрлі зарядтау күйлерінде әр түрлі параметрлер СКД арқылы көрсетіледі.

Мен зарядтағышты 11.1v/4400mAh Li-ion аккумуляторын зарядтау үшін жасадым. Микробағдарлама негізінен осы аккумулятор түрін зарядтау үшін жазылған, сіз батареяның басқа түрлерін зарядтау қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін өзіңіздің зарядтау хаттамаңызды жүктей аласыз.

Сіз білетіндей, аккумуляторлық зарядтағыштар нарықта оңай қол жетімді, бірақ электронды энтузиаст болғандықтан, мен статикалық/өзгермейтін функциялары бар біреуді сатып алудан гөрі өзімнің жеке құрылғанымды қалаймын. Бұл модульде менің жоспарларым бар. болашақта жаңартыңыз, сондықтан мен бұл туралы бос орын қалдырдым.

Алдыңғы 11.1v/2200мАч литий-иондық аккумуляторды алғаш рет сатып алған кезде, мен интернеттен ақылды басқаруымен DIY аккумуляторлық зарядтағыштарын іздедім, бірақ мен өте шектеулі ресурстарды таптым. Мен үшін өте жақсы. Бірақ менің бұрынғы аккумуляторым уақыт өте келе (себепсіз) 11.1v/4400mah басқа литий-иондық аккумулятор сатып алдым, бірақ бұл жолы алдыңғы батарея жаңа батареяны зарядтауға жеткіліксіз болды. Талап бойынша мен желіде біраз оқыдым және өзімнің ақылды зарядтағышымды жасай алдым.

Мен мұны бөлісіп отырмын, менің ойымша, көптеген әуесқойлар/энтузиастар электр қуаты мен микроконтроллерде жұмыс істеуге шынымен құмар, сонымен қатар өздерінің ақылды зарядтағышын жасауды қажет етеді.

Ли-ионды аккумуляторды қалай зарядтауға болатынын тез қарастырайық.

1-қадам: литий-ионды батареяны зарядтау хаттамасы

Ли-ионды батареяны зарядтау үшін белгілі бір шарттарды орындау қажет, егер біз шарттарды сақтамасақ, батарея зарядталмайды немесе олар өртеледі (зарядталған болса) немесе біржола зақымдалады.

Әр түрлі аккумуляторлар туралы қажет нәрсені білу үшін өте жақсы веб -сайт бар және, әрине, егер сіз батареямен жұмыс жасауды білсеңіз, веб -сайттың атын білесіз … Иә, мен batteryuniversity.com туралы айтып отырмын.

Ли-ионды аккумуляторды зарядтауға қажетті мәліметтерді білуге сілтеме.

Егер сіз осы теориялардың барлығын оқуға жалқау болсаңыз, онда мәні келесідей.

1. 3.7в литий-ионды аккумулятордың толық заряды-4.2в. Ал біздің жағдайда, 11.1в литий-ионды аккумулятор 3х 3.7в аккумуляторды білдіреді. оны 12,5 В дейін зарядтайды.

2. Батарея толық зарядталатын кезде, батарея зарядтағыштан алатын ток батареяның сыйымдылығының 3% -ына дейін төмендейді. Батарея толық зарядталған кезде, аккумулятор шығаратын ток 4400маның шамамен 3% -5% -ына жетеді, яғни 132-ден 220мА-ға дейін. Зарядтауды қауіпсіз тоқтату үшін зарядтау тоқтатылған ток төмен түскенде тоқтатылады. 190ма (номиналды қуаттылықтың шамамен 4%).

3. Толық зарядтау процесі екі негізгі бөлікке бөлінеді: 1-Тұрақты ток (CC режимі), 2-Тұрақты кернеу (CV режимі). толық зарядталған кезде дабыл арқылы пайдаланушыға хабарлайды, содан кейін батареяны зарядтағыштан ажырату қажет)

CC режимі -

CC режимінде зарядтағыш аккумуляторды 0,5c немесе 1c зарядтау жылдамдығымен зарядтайды, енді 0,5c/1c деген не? ??? 2200ма болады, ал 1с - 4400м.

Бірақ қауіпсіз болу үшін мен 4400мАч батарея үшін 1000мА зарядтау тогын таңдаймын, яғни 0,22. Осы жағдайда, зарядтағыш зарядтау кернеуіне тәуелсіз аккумулятор алатын токты бақылайды. /аккумулятор заряды 12,4В дейін жеткенше шығыс кернеуін төмендету.

CV режимі -

Енді аккумулятордың кернеуі 12,4 в -қа жеткенде, зарядтағыш 12,6 вольтты (аккумулятор шығаратын токқа тәуелсіз) сақтайды, енді зарядтағыш зарядтау циклін екі нәрсеге байланысты тоқтатады. сонымен қатар егер зарядтау тогы 190мадан төмен түссе (аккумулятордың номиналды сыйымдылығының 4% бұрын түсіндірілгендей), онда зарядтау циклы тоқтатылады және дыбыстық сигнал естіледі.

2 -қадам: схема және түсіндіру

Енді схеманың жұмысына назар аударайық. Схема pdf форматында BIN.pdf файлында бекітілген.

Тізбектің кіріс кернеуі 19/20в болуы мүмкін, мен 19в алу үшін ескі ноутбуктің зарядтағышын қолдандым.

J1 - бұл тізбекті кіріс кернеу көзіне қосатын терминал коннекторы. Q1, D2, L1, C9 доллары түрлендіргішті қалыптастырады. Енді бұл не? ??? Конвертер, сіз жұмыс циклын өзгерту арқылы қажетті шығыс кернеуіне қол жеткізе аласыз. Егер сіз конвертерлер туралы көбірек білгіңіз келсе, мына бетке кіріңіз, бірақ шынын айтқанда, олар теориядан мүлдем өзгеше. C9 менің талаптарым үшін 3 күндік сынақ пен қателікті алды. Егер сіз әр түрлі батареяларды зарядтайтын болсаңыз, онда бұл мәндер өзгеруі мүмкін.

Q2 - қуатты мосфет үшін драйвер транзисторы Q1. R1 - Q1 үшін теріс қарсылық. Біз шығыс кернеуін бақылау үшін Q2 базасында pwm сигналын береміз. C13 - ажырату қақпағы.

Енді шығыс Q3 -ке жіберіледі. «Мұнда Q3 -тің не пайдасы бар?» Деген сұрақ қоюға болады. Жауап өте қарапайым, ол қарапайым қосқыш сияқты әрекет етеді. Біз батареяның кернеуін өлшейтін боламыз., Q3 токты түрлендіргіштен зарядтау кернеуін ажырату үшін өшіреміз.

Жолда D1 диоды бар екенін ескеріңіз. Бұл жолда бұл диод не істейді? Бұл жауап өте қарапайым. Батарея шығысқа қосылған кезде тізбек кіріс қуатынан ажыратылады. MOSFET Q3 & Q1 корпусының диодтары арқылы кері бағытта жүреді, осылайша U1 және U2 аккумулятор кернеуін алады және аккумулятор кернеуінен тізбекті қосады. Бұған жол бермеу үшін D1 қолданылады.

Содан кейін D1 шығысы ағымдағы сенсордың кірісіне беріледі (IP+). Бұл ток эффектісінің негізгі әсері, яғни токты сезетін бөлігі мен шығыс бөлігі оқшауланған. Бұл жерде R5, RV1, R6 аккумулятор кернеуін/шығыс кернеуін өлшеу үшін кернеу бөлгіш тізбегін құрайды.

Бұл жерде atmega8's ADC аккумулятордың кернеуі мен тогын өлшеу үшін қолданылады. ADC максимум 5 вольтты өлшей алады, бірақ біз максимум 20 в (кейбір бос орынмен) өлшейміз. ADC диапазонына кернеуді төмендету үшін 4: 1 кернеу бөлгіш қолданылады. Кәстрөл (RV1) дәл реттеу/калибрлеу үшін пайдаланылады, мен оны кейінірек талқылаймын. C6 - қақпақты ажырату.

ACS714 ток датчигінің шығысы atmega8 -дің ADC0 түйреуішіне беріледі, осы ACS714 сенсоры арқылы біз токты өлшейміз. Менде 5А нұсқасының пололуынан жасалған сыну тақтасы бар және ол өте жақсы жұмыс істейді. Мен келесі кезеңде сөйлесетін боламын. ток күшін қалай өлшеуге болады.

СКД - қалыпты 16x2, мұнда қолданылатын LCD 4 биттік режимде конфигурацияланған, себебі atmega8 -дің түйреуіш саны шектеулі.

Atmega8 16мГц жиілігінде сыртқы кристалл X1 бар екі ажыратқыш қақпақтары бар C10/11. Атмега8 ADC қондырғысы 10ccH индукторы арқылы Avcc түйреуіші арқылы қуатталады. PCB жасау кезінде сәйкесінше Avcc және Aref -ке жақын болыңыз. Agnd түйреуішінің тізбекте көрсетілмегенін ескеріңіз. Agnd түйреуіші жерге қосылады.

Мен atmega8 ADC -ті сыртқы Vref -ті қолдана алатын етіп конфигурацияладым, яғни біз кернеуді Aref түйреуіші арқылы жеткіземіз, мұның негізгі себебі оқу мүмкіндігінің максималды дәлдігіне жету үшін. 2.56В ішкі анықтамалық кернеу аврларда соншалықты үлкен емес. 7805 (U2) тек ACS714 сенсоры мен atmega8 -дің Aref түйреуішін қамтамасыз етеді, бұл оңтайлы дәлдікті сақтау үшін. ол арқылы ток ағыны жоқ, бірақ, айталық, егер ACS714 -тің қоректену кернеуі төмендесе (айталық 4.7в), онда ток шығысының кернеуі де (2.5в) төмендейді және ол сәйкес емес/қате ток көрсеткішін тудырады.. Врефке қатысты кернеуді өлшейтін болсақ, онда Aref -тегі эталондық кернеу қатесіз және тұрақты болуы керек, сондықтан бізге тұрақты 5в қажет.

Егер біз ACS714 & Aref -ді U1 -ден atmega8 мен lcd қамтамасыз ететін U1 -ден қуаттандыратын болсақ, онда U1 шығысында субстанциялық кернеудің төмендеуі болады, ал ампер мен кернеудің көрсеткіші қате болар еді. тек Aref пен ACS714 -ке тұрақты 5в жеткізу арқылы.

S1 кернеуді оқуды калибрлеу үшін басылады, ал болашақта пайдалану үшін резервтеледі. Сіз бұл түймені өз қалауыңыз бойынша қоса аласыз/қоспайсыз.

3 -қадам: жұмыс істеу …

Қосылғаннан кейін, atmega8 тоқсанның екінші тоқсанында 25% айнымалы ток шығара отырып, конвертерді қосады, ал екінші тоқсанда Q1 қозғалады, ал түрлендіргіш іске қосылады, Q3 - конвертер шығысын ажырату үшін өшіріледі. atmega8 батареяның кернеуін резисторлық бөлгіш арқылы оқиды, егер батарея қосылмаған болса, онда atmega8 16x2 лкд арқылы «батареяны салыңыз» деген хабарламаны көрсетеді және батареяны күтеді. atmega8 кернеуді тексереді. Егер кернеу 9в -тан төмен болса, онда atmega8 16x2 дисплейде «Ақаулы батареяны» көрсетеді.

Егер 9 вольттан жоғары аккумулятор табылса, онда зарядтағыш алдымен CC режиміне өтеді және Q3 шығысын қосады. Зарядтағыш режимі (СК) дереу көрсету үшін жаңартылады. mega8 бірден CC режимінен шығады және резюме режиміне өтеді, егер батареяның кернеуі 12,4 в -тан төмен болса, онда мега8 конвейердің шығыс кернеуін көбейту/азайту арқылы 1А зарядты токты сақтайды. Зарядтау тогын ACS714 ток сенсоры оқиды, шығыс кернеуі, заряд тогы, PWM жұмыс циклі LCD -де мезгіл -мезгіл жаңартылып отырады.

Батареяның кернеуі Q3 әр 500ms интервалынан кейін өшіріліп тексеріледі.

Егер зарядтау кезінде аккумулятордың кернеуі 12,4 вольттан жоғары болса, онда mega8 CC режимінен шығып, түйіндеме режиміне өтеді, режим күйі дереу LCD -ге жаңартылады.

Содан кейін мега8 12,6 вольт шығыс кернеуін сақтайды, бұл жерде жұмыс циклінің өзгеруі байқалады, мұнда батареяның кернеуі әр 1 секунд сайын тексеріледі. Батареяның кернеуі 12,5 в -тан жоғары болғаннан кейін ол тексеріледі. егер тартылған ток 190мм -ден төмен болса. Егер екі шарт орындалса, онда зарядтау циклы Q3 -ті біржола өшіру арқылы тоқтатылады, ал Q5 -ті қосу арқылы дыбыстық сигнал естіледі.

4 -қадам: қажет бөлшектер

Төменде жобаны аяқтау үшін қажетті бөліктер берілген. Пинуттау үшін мәліметтер кестесін қараңыз.

1) ATMEGA8A x 1. (мәліметтер кестесі)

2) Pololu x 1 ACS714 5A ток датчигі (мен сенсорды Pololu -дан қолдануды ұсынамын, себебі олар мен қолданған басқа сенсорлардың ішінде ең дәл болып табылады. Оны мына жерден табуға болады). Pinout суретте сипатталған.

3) IRF9540 x 2. (мәліметтер парағы)

4) 7805 x 2 (Toshiba түпнұсқалық бөлшектерінен ұсынылады, себебі олар ең тұрақты 5в шығысын береді). (Деректер кестесі)

5) 2n3904 x 3. (мәліметтер парағы)

6) 1n5820 schottky x 2. (мәліметтер парағы)

7) 16x2 СКД x 1. (мәліметтер парағы)

8) 330uH/2A қуат индукторы x 1 (катушкадан ұсынылады)

9) 10uH индуктор x 1 (шағын)

10) Резисторлар -(Барлық резисторлар 1% MFR түрі)

150R x 3

680R x 2

1k x 1

2k2 x 1

10кх2

22k x 1

5k кастрюль x 2 (ДК бекіту түрі)

11) Конденсаторлар

Ескерту: Мен C4 қолданған жоқпын, егер ноутбуктің қуат көзін/реттелетін қуат көзін 19в қуат көзі ретінде пайдалансаңыз, оны пайдаланудың қажеті жоқ.

100uF/25v x 3

470uF/25v x 1

1000uF/25v x 1

100n x 8

22p x 2

12) ПХД монтаждау х 2

13) 20В дыбыстық сигнал 1

14) 2 істікшелі терминал блогының қосқышы x 2

15) Шкаф (мен осындай шкафты қолдандым.) Сіз өзіңізге ұнайтын нәрсені қолдана аласыз.

16) ноутбуктің 19В қуат көзі (мен ноутбуктің қуат көзін өзгерттім, сіз кез келген қуат көзін қалағаныңызша қолдана аласыз. Егер сіз оны құрғыңыз келсе, онда осы нұсқаулыққа кіріңіз.)

17) U1 және Q1 үшін орташа өлшемді жылу қабылдағыш. Сіз бұл түрді қолдана аласыз. Немесе менің суреттеріме сілтеме жасай аласыз. Бірақ олардың екеуіне де жылу қабылдағышты пайдалануды ұмытпаңыз.

18) банан қосқышы - әйел (қара және қызыл) x 1 + ер (қара және қызыл) (қосқыштардың қажеттілігіне байланысты)

5 -қадам: Есептеу уақыты ……

Кернеуді өлшеу есебі:

Біз максималды кернеуді atmega8 adc көмегімен өлшейміз - бұл 20v, бірақ atmega8 -дің заряды максимум 5в -ты өлшей алады, сондықтан 5в диапазонында 20в жасау үшін мұнда 4: 1 кернеу бөлгіш қолданылады (20v/4 = 5v ретінде). Сондықтан біз мұны екі резисторды қолдана отырып жүзеге асыра аламыз, бірақ біздің жағдайда мен екі тұрақты резистордың арасына кастрюльді қостым, осылайша біз кастрюльді бұру арқылы дәлдікті қолмен реттей аламыз. 0 -ден 5 -ке дейін 0 -ден 1023 -ке дейінгі ондық сандар немесе 00h -ден 3FFh -ге дейін болады. ('h' - он алтылық сандарды білдіреді). Сілтеме Aref түйреуіші арқылы 5v -ге сыртқы күйде орнатылады.

Осылайша өлшенетін кернеу = (adc оқу) x (Vref = 5v) x (резистордың бөліну коэффициенті, яғни бұл жағдайда 4) / (максималды adc көрсеткіші, яғни 10bit adc үшін 1023)

Мысалы, біз 512 -дің қосымша көрсеткішін аламыз, содан кейін өлшенген кернеу -

(512 x 5 x 4) / 1023 = 10в

Ағымдағы өлшеуді есептеу:

ACS714 шығыс түйреуіштен 2,5 В тұрақты шығыс береді, егер IP+ IP-тен ешқандай ток өтпесе, ол 2,5 В-тан 185 мВ/А береді, яғни 3А ток тізбек арқылы өтсе, acs714 береді 2,5v+(0,185 x 3) v = 3,055в істікшеде.

Осылайша, ағымдағы өлшеу формуласы келесідей:

Өлшенген ток = (((қосымша оқу)*(Vref = 5v)/1023) -2,5) /0,185.

айталық, адк көрсеткіші - 700, онда өлшенетін ток - (((700 x 5)/1023) - 2,5) /0,185 = 4,98А болады.

6 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету

Бағдарламалық қамтамасыз ету Winavr -де GCC көмегімен кодталған. Мен кодты модульдендірдім, яғни adc кітапханасы, LCD кітапханасы және т.б. сияқты әртүрлі кітапханалар жасадым. ADC кітапханасында adc. -мен орнатуға және өзара әрекеттесуге қажетті пәрмендер бар. lcd_updated _library.c пайдалануға болады, себебі бұл кітапханада lcd іске қосу реттілігі өзгертілген, егер жаңартылған кітапхананы қолданғыңыз келсе, оны lcd.c деп өзгертіңіз.

Main.c файлында негізгі функциялар бар. Ли-ионды зарядтау хаттамасы осында жазылған. Есептеулер ретінде дәл көрсеткіштерді алу үшін U2 (7805) шығысын дәл мультиметрмен өлшеу арқылы main.c ішіндегі ref_volt мәнін анықтаңыз. соған негізделген.

Қиындықты айналып өту үшін.hex файлын тікелей mega8 -ге жазуға болады.

Басқа зарядтау хаттамасын жазғысы келетіндер үшін мен жеткілікті түсініктеме бердім, оған тіпті әрбір жолдың орындалуы үшін не болып жатқанын бала да түсінуі мүмкін, тек батареяның әр түріне өз хаттамасын жазу керек. Әр түрлі кернеудегі ион, тек параметрлерді өзгертуге тура келеді.

Мен бұл схеманы құрмауға кеңес беремін, егер бұл сіздің бірінші жобаңыз немесе сіз микроконтроллер/қуат электроникасында жаңадан болсаңыз.

Мен әр файлды түпнұсқалық форматта жүктедім, себебі ол Makefile файлын қоспағанда, ол ашуға қиындық туғызады. Мен оны.txt форматында жүктедім. Тек мазмұнды көшіріп, оны жаңа Makefile -ге қойыңыз және бүкіл жобаны құрыңыз. Сіз он алтылық файлды жазуға дайынсыз.

7 -қадам: Теория жеткілікті …

Міне, менің прототипімнің суреттері.

8 -қадам: Бірінші зарядтау циклінің алдында ……. Калибрлеу !!

Батареяны зарядтағышпен зарядтамас бұрын, алдымен оны калибрлеу қажет, әйтпесе ол батареяны зарядтай алмайды/қайта зарядтай алмайды.

Калибрлеудің екі түрі бар 1) Кернеуді калибрлеу. 2) Ағымдағы калибрлеу. Калибрлеу үшін қадамдар келесідей.

Алдымен U2 шығыс кернеуін өлшеңіз, содан кейін оны main.c деп анықтаңыз ref_volt. Mine 5.01 болды. Оны сіздің өлшеміңізге сәйкес өзгертіңіз. Бұл кернеу мен токты калибрлеуге қажетті негізгі қадам. Ағымдағы калибрлеу үшін ештеңе жоқ. басқасы қажет. Барлығын бағдарламалық қамтамасыз етудің өзі шешеді

Енді main.c -де реф -вольтты анықтағаннан кейін он алтылық файлды күйдірген кезде, құрылғының қуатын өшіріңіз.

Енді мультиметр көмегімен зарядталатын батарея кернеуін өлшеп, батареяны құрылғыға қосыңыз.

Енді S1 түймесін басып тұрыңыз және түймені басып тұрғанда тізбекті қуаттандырыңыз. 1 секунд шамасында қысқа кідірістен кейін S1 түймешігін босатыңыз. Егер тізбекті бірінші рет қуаттандыратын болсаңыз, құрылғы калибрлеу режиміне кірмейді. S1.

Енді дисплейде схема калибрлеу режиміне енгізілгенін көруге болады. «Cal режимі» LCD -де аккумулятор кернеуімен бірге көрсетіледі, енді кастрюльді бұру арқылы мультиметрдің көрсеткішімен LCD -де көрсетілген батарея кернеуіне сәйкес келеді. Аяқтағаннан кейін S1 қосқышын қайтадан басыңыз, оны бір секундтай басып тұрыңыз, содан кейін калибрлеу режимінен шығасыз. Зарядтағышты өшіріп, қосу арқылы қайтадан қалпына келтіріңіз.

Жоғарыда көрсетілген процесті батарея қосылмай -ақ жасауға болады. Сыртқы қуат көзін шығыс терминалына (J2) қосу керек. Калибрлеу режиміне өткеннен кейін, кастрюльді қолданып калибрлеңіз. Бірақ бұл кезде алдымен сыртқы қуат көзін ажыратыңыз, содан кейін түймесін басыңыз. S1 калибрлеу режимінен шығу үшін кез келген қондырғының ақаулығын болдырмау үшін алдымен сыртқы қуат көзін ажырату қажет.

9 -қадам: Калибрлегеннен кейін қосу ….. енді сіз рокқа дайынсыз

Енді калибрлеу аяқталғаннан кейін сіз зарядтау процесін бастай аласыз, алдымен батареяны салыңыз, содан кейін құрылғыны қосыңыз, демалысты зарядтаушы қамтамасыз етеді.

Менің схемам 100% жұмыс істейді және тексерілген. Бірақ егер сіз бірдеңе байқасаңыз, маған хабарлаңыз. Сондай -ақ кез келген сұрақтар бойынша хабарласыңыз.

Бақытты ғимарат.

Ргдс // Шарания