Микроконтроллерге негизделген Smart Battery Charger: 9 Steps (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:43

Сиз көрө турган схема - бул ATMEGA8Aнын негизинде автоматтык түрдө өчүрүлгөн акылдуу батарейка заряддагычы. Ар кандай көрсөткүчтөр ар кандай заряд абалында LCD аркылуу көрсөтүлөт.

Мен заряддагычты негизинен 11.1v/4400maH Li-ion аккумуляторумду заряддоо үчүн кургам. Программалык камсыздоо негизинен ушул батарейканын түрүн толтуруу үчүн жазылган. Сиз өзүңүздүн заряд протоколун жүктөп, башка батарейкаларды заряддоо үчүн керектөөлөрүңүздү канааттандыра аласыз.

Белгилүү болгондой, акылдуу батарея заряддагыч түзүлүштөрү рыноктордо жеткиликтүү. Бирок, электрондук энтузиаст болгондуктан, статикалык/өзгөрүлбөс функциялары бар бирин сатып алуунун ордуна, өзүмдүкүн куруу мага артыкчылык берет. келечекте жаңыртуу, ошондуктан мен бул боюнча орун калтырдым.

Мен биринчи жолу мурунку 11.1v/2200mah Li-ion батарейканы сатып алганда, интернеттен акылдуу көзөмөл менен DIY батарейкаларын издедим. Бирок мен абдан чектелген ресурстарды таптым. Ошондуктан, мен LM317ге негизделген батареяны заряддагычты жасадым жана ал иштеди Мен үчүн чынында эле жакшы. Бирок мурунку батарейкам убакыттын өтүшү менен (себепсиз) өлгөндүктөн, мен 11.1v/4400mah башка Li-ion батарейкасын сатып алдым, бирок бул жолу мурунку орнотуу жаңы батарейканы заряддоого жетишсиз болду. талабы боюнча, мен интернетте бир аз окудум жана өзүмдүн акылдуу заряддагычымды жасай алдым.

Мен муну бөлүшүп жатам, менин оюмча, көптөгөн хоббисттер/энтузиасттар электр энергиясында жана микроконтроллерде иштөө үчүн чындап күйүп -бышкан, ошондой эле өздөрүнүн акылдуу заряддоо түзүлүшүн курууга муктаж.

Келгиле, Li-ion батарейкасын кантип заряддоону карап көрөлү.

1-кадам: Li-Ion батареясынын заряддоо протоколу

Li-ion батарейкасын заряддоо үчүн, белгилүү бир шарттар аткарылышы керек, эгерде биз шарттарды сактабасак, анда батарейка заряддалбайт же өрттөлөт (эгер ашыкча кубатталса) же биротоло бузулат.

Батареялардын ар кандай түрлөрү жөнүндө керектүү нерселерди билүү үчүн абдан жакшы веб -сайт бар жана албетте, эгер сиз батарейкаларда иштөө менен тааныш болсоңуз, анда веб -сайттын атын билесиз … Ооба, мен batteryuniversity.com жөнүндө айтып жатам.

Бул жерде Li-ion батареясын заряддоо үчүн керектүү деталдарды билүү үчүн шилтеме бар.

Эгерде сиз бул теориялардын бардыгын окууга жалкоо болсоңуз, анда анын маңызы төмөндөгүдөй.

3.7v Li-ion батарейканын 1. Full заряды 4.2v. In биздин учурда, 11.1v Li-ion батарейкасы 3 x 3.7v battery. For толук заряддоо үчүн, батарея 12.6v жетиши керек, бирок коопсуздук үчүн, биз аны 12.5В чейин кубаттайт.

2. Батарея толук зарядга жетүү алдында турганда, заряддагычтан алынган батареянын кубаттуулугу 3% га чейин төмөндөйт. Экс үчүн, менин уюлдук пакеттин батарея сыйымдуулугу 4400мах. Ошентип, батарейка толугу менен заряддалганда, аккумулятор тарткан ток 4400мадан 3% -5% га чейин жетет, башкача айтканда 132ден 220мага чейин. Зарядды коопсуз токтотуу үчүн заряд токтоп калат 190ma (номиналдык кубаттуулуктун дээрлик 4%).

3. Жалпы заряддоо процесси эки негизги бөлүккө бөлүнөт: 1-Туруктуу ток (CC режими), 2-Туруктуу чыңалуу (CV режими). толук кубатталаарын колдонуучуга сигнал берүү менен кабарлайт, андан кийин батареяны заряддагычтан ажыратуу керек)

CC режими -

CC режиминде, заряддагыч батарейканы 0,5c же 1c заряддоо менен заряддайт. Эми тозок 0.5c/1c деген эмне? 2200ma жана 1c болот 4400ma кубаттоочу ток.'c 'заряд/разряддын маанисин билдирет. Кээ бир батареялар 2c б.а. CC режиминде колдойт, сиз заряддын агымын 2хбатератордук кубаттуулукка чейин орнотсоңуз болот, бирок бул акылга сыйбайт !!!!!

Бирок коопсуз болуу үчүн, мен 4400mAh батарея үчүн 1000ma заряддуу токту тандайм, башкача айтканда 0.22c. Бул режимде, заряддагыч батареянын заряддоо чыңалуусуна көз карандысыздыгын көзөмөлдөйт. /батареянын заряды 12.4в чейин жеткенге чейин чыгуу чыңалуусун азайтуу.

CV режими -

Эми батареянын чыңалуусу 12.4в чейин жетет, заряддагыч 12,6 вольтту (батарея тарткан токтон көз карандысыз) сактап калат. Эми заряддагыч заряддын циклин эки нерсеге жараша токтотот. жана ошондой эле эгерде заряддын агымы 190манын астына түшсө (мурда түшүндүрүлгөндөй батареянын сыйымдуулугунун 4% ы), анда заряддын цикли токтотулат жана ызылдаган үн угулат.

2 -кадам: Схема жана түшүндүрүү

Эми схеманын иштешин карап көрөлү. Схема BIN.pdf файлында pdf форматында тиркелет.

Райондун кирүү чыңалуусу 19/20v болушу мүмкүн. 19v алуу үчүн эски ноутбуктун заряддагычын колдондум.

J1 - бул схеманы киргизүү чыңалуу булагына туташтыруу үчүн терминалдык туташтыргыч которгучтун, у милдети циклди өзгөртүү менен каалаган чыгуу чыңалууга жетүү мүмкүн. Эгер сиз Бак конвертерлери жөнүндө көбүрөөк билгиңиз келсе, анда бул баракчаны караңыз, бирок ачык айтканда, алар теориядан таптакыр айырмаланат. C9 менин талаптарым үчүн, 3 күн сыноо жана ката кетти. Эгер сиз ар кандай батареяларды кубаттай турган болсоңуз, анда бул баалуулуктар өзгөрүшү мүмкүн.

Q2 бийлик mosfet үчүн драйвер транзистору Q1. R1 Q1 үчүн бир жактуу каршылык болуп саналат. Биз Q2 базасында PWM сигналын азыктандырабыз.

Эми өндүрүш Q3кө берилип жатат. "Бул жерде Q3түн эмне кереги бар?" Деген суроо берилиши мүмкүн. Жооп абдан жөнөкөй, ал жөнөкөй которгуч сыяктуу иштейт. Батарейканын чыңалуусун качан өлчөйбүз, биз Бак конвертеринен Заряддоо чыңалуусун ажыратуу үчүн Q3тү өчүрөбүз. Q4 бир жактуу каршылыгы R3 менен Q3 үчүн драйвер.

Жолдо диод D1 бар экенин эске алыңыз. Бул жерде диод эмне кылып жатат? Бул жооп дагы абдан жөнөкөй. Батареяны чыгарууда туташтырылганда, схема кирүү кубатынан ажыратылганда, батареядан ток келет. MOSFET Q3 & Q1 дене диоддору аркылуу тескери жолдо агуу, демек U1 жана U2 батарейканын чыңалуусун алат жана схеманы батареянын чыңалуусунан кубаттайт. Мунун алдын алуу үчүн D1 колдонулат.

D1дин чыгышы учурдагы сенсордун киришине берилет (IP+). Бул эффект базалык ток сенсору, башкача айтканда учурдагы сезүү бөлүгү жана чыгаруу бөлүгү изоляцияланган. Учурдагы сенсордун чыгышы (IP-) анда battery. Here R5, RV1, R6 батареянын чыңалуусун/чыгуу чыңалуусун өлчөө үчүн чыңалуу бөлүштүргүч схемасын түзүүдө.

Atmega8 анын ADC батарейканын чыңалуусун жана current. The ADC өлчөө үчүн бул жерде колдонулат.: 1 чыңалуу бөлүштүргүч колдонулат. Казан (RV1) тууралоо/калибрлөө үчүн колдонулат. Мен аны кийинчерээк талкуулайм. C6 капкакты ажыратуу.

ACS714 учурдагы сенсорунун чыгышы, ошондой эле atmega8дин ADC0 пинине берилет. Бул ACS714 сенсорунун жардамы менен биз агымды өлчөйбүз. Менде 5A версиясынын пололунун сынык тактасы бар жана чындыгында сонун иштейт. Мен кийинки этапта сүйлөшөм токту кантип өлчөө керек.

ЖК - бул нормалдуу 16x2 lcd. Бул жерде колдонулган LCD 4 бит режиминде конфигурацияланган, анткени atmega8дин пин саны чектелген. RV2 - ЖК үчүн жарыкты тууралоочу идиш.

Atmega8 16мГцте тышкы кристалл X1 менен эки ажыратуучу капкак C10/11. менен иштейт. ATME8дин ADC бирдиги 10uH индуктору аркылуу Avcc пини аркылуу иштелип чыгат. мүмкүн болушунча тыгыз Avcc жана Aref PCB жасоодо. Агнд пин чынжырда көрсөтүлбөгөнүн байкаңыз. Agnd пин жерге туташтырылат.

Мен тышкы Vrefти колдонуу үчүн atmega8дин АДКсын конфигурацияладык, башкача айтканда, биз Aref пин аркылуу шилтеме чыңалуусун камсыздайбыз. Мунун мүмкүн болгон негизги себеби окуу мүмкүн болгон тактыкка жетүү үчүн. 2.56v ички шилтеме чыңалуусу avrs анча чоң эмес. Мына ошондуктан мен аны сырттан конфигурацияладым. Эми бул жерде байкай турган нерсе. 7805 (U2) ACS714 сенсорун жана атмега8дин Aref төөнөгүчүн гана камсыздап турат. ал аркылуу эч кандай учурдагы агым жок. Бирок, айталы, эгер ACS714тын камсыздоо чыңалуусу төмөндөйт (4.7v дейли), анда эч кандай токтун чыңалуусу (2.5v) дагы төмөндөйт жана ал орунсуз/ката токтун окуусун жаратат. Бирок биз Vrefке карата чыңалууну өлчөп жаткандыктан, Arefтин чыңалуусу катасыз жана стабилдүү болушу керек. Мына ошондуктан бизге туруктуу 5v керек.

Эгерде биз ACS714 & Arefти U1ден атмега8 жана лкд менен камсыз кылсак, анда U1дин чыгышында субстанциялык чыңалуу болот жана ампер менен чыңалуу көрсөткүчү жаңылыш болмок. туруктуу 5v менен камсыз кылуу менен Aref жана ACS714 гана.

S1 чыңалуу көрсөткүчүн калибрлөө үчүн басылат. S2 келечекте колдонуу үчүн корголгон. Сиз бул баскычты каалаганыңызга жараша кошо/кошпой аласыз.

3 -кадам: Иштетүү …

Кубатталгандан кийин, atmega8 Q2 базасында 25% pwm өндүрүшүн берүү менен бак конвертерин күйгүзөт, өз кезегинде, Q2 андан кийин Q1ди айдайт жана buck converter башталат. atmega8 анда резистор бөлүштүргүч аркылуу батареянын чыңалуусун окуйт. Эч кандай батарея туташтырылбаса, анда atmega8 16x2 лкд аркылуу "Батарея салыңыз" деген кабарды көрсөтөт жана батарейканы күтүп турат. atmega8 чыңалуусун текшерет. Эгерде чыңалуу 9vдан төмөн болсо, анда atmega8 16x2 лкд "Бузулган батареяны" көрсөтөт.

Эгерде 9vдан ашык батарейка табылса, анда заряддагыч биринчи CC режимине кирип, Q3. Charger заряддагыч режимин күйгүзөт (CC) дароо көрсөтүү үчүн жаңыртылат. mega8 дароо CC режиминен чыгат жана резюме режимине кирет. Эгер батареянын чыңалуусу 12.4vдан аз болсо, анда мега8 кубаттуулуктун өзгөрүү милдети циклинин өзгөрүшү менен Бак конвертеринин чыгуу чыңалуусун жогорулатуу/азайтуу аркылуу 1А заряддуу токту сактап калат. Заряддын агымын ACS714 учурдагы сенсору окуйт. Бактын чыңалуусу, заряддын агымы, PWM милдетинин цикли мезгил -мезгили менен LCDде жаңыртылып турат.

. Батареянын чыңалуусу Q3 өчүрүү менен текшерилет, ар бир 500ms interval. The батареянын чыңалуусу дароо LCDге жаңыртылып турат.

Эгерде кубаттоо учурунда батареянын чыңалуусу 12,4 вольттон ашса, анда mega8 CC режиминен чыгып, резюме режимине кирет.

Андан кийин mega8, 12.6 вольттун чыгыш чыңалуусун бактын милдети циклин өзгөртүү менен сактап калат. Бул жерде батареянын чыңалуусу ар бир 1с интервалынан кийин текшерилет. Батарея чыңалуусу 12,5Вдан чоң болгондо, ал текшерилет. Эгерде тартылган ток 190мадан төмөн болсо. Эгер эки шарт тең аткарылса, анда заряддоо цикли Q3тү биротоло өчүрүү менен токтотулат жана Q5ти күйгүзүү менен коңгуроо угулат.

4 -кадам: Тетиктер талап кылынат

Төмөндө долбоорду аягына чыгаруу үчүн керектүү бөлүктөр келтирилген. Pinout үчүн маалымат баракчаларына кайрылыңыз.

1) ATMEGA8A x 1. (маалымат жадыбалы)

2) ACS714 5A Pololu x 1 учурдагы сенсору (мен колдонгон бардык башка сенсорлордун ичинен эң так болгон Pololu сенсорун колдонууну сунуштайм. Бул жерден таба аласыз). Pinout сүрөттө сүрөттөлгөн.

3) IRF9540 x 2. (маалымат жадыбалы)

4) 7805 x 2 (алар эң туруктуу 5v өндүрүшүн бергендиктен, Toshiba genuinespareден сунушталат). (Маалыматтык бет)

5) 2n3904 x 3. (маалымат жадыбалы)

6) 1n5820 schottky x 2. (маалымат жадыбалы)

7) 16x2 LCD x 1. (маалымат жадыбалы)

8) 330uH/2A кубат индуктору x 1 (coilmasterдан сунушталат)

9) 10uH индуктору x 1 (кичине)

10) Резисторлор -(Бардык резисторлор 1% MFR түрү)

150R x 3

680R x 2

1k x 1

2k2 x 1

10k x 2

22k x 1

5k pot x 2 (pcb mount type)

11) Конденсаторлор

Эскертүү: Мен C4 колдонбогом

100uF/25v x 3

470uF/25v x 1

1000uF/25v x 1

100n x 8

22p x 2

12) PCB монтаждоочу мүнөттүк түрткүч х 2

13) 20v Buzzer x 1

14) 2 пин Терминал блогунун туташтыргычы x 2

15) Кабинет (мен ушундай шкафты колдоном.). Сиз каалаган нерсеңизди колдонсоңуз болот.

16) 19v ноутбуктун электр менен камсыздоосу (мен HP ноутбукунун энергия булагын өзгөрттүм, сиз каалаган түрдөгү электр менен камсыздоону колдонсоңуз болот. Эгер сиз курууну кааласаңыз, анда менин бул көрсөтмөлөрүмө баш багыңыз.)

17) U1 & Q1. You үчүн орто өлчөмдөгү жылыткыч. Сиз бул типти колдоно аласыз. Же болбосо менин схемаларымдын сүрөттөрүнө кайрылсаңыз болот.

18) Банан туташтыргычы - Аял (Кара жана Кызыл) x 1 + Эркек (Кара жана Кызыл) (туташтыргычтарыңыздын муктаждыгына жараша)

5 -кадам: эсептөө убактысы ……

Voltage өлчөө эсептөө:

Максималдуу чыңалуу, биз atmega8 adc аркылуу 20v болот, бирок atmega8дин adc 5v максимумун өлчөй алат, ошондуктан 5v диапазонунда 20v кылуу үчүн, бул жерде 4: 1 чыңалуу бөлүштүргүч колдонулат (20v/4 = 5v катары). Ошентип, биз муну эки резисторду колдонуу менен ишке ашыра алмакпыз, бирок биздин учурда, мен казанды буруп тактыкты кол менен тууралоо үчүн эки туруктуу резистордун ортосуна идиш коштум. 0vдан 5vга чейин 0ден 1023ка чейин ондук сандарды же 00hтан 3FFhке чейин көрсөтөт. ('h' он алтылык сандарды билдирет). Шилтеме Aref пини аркылуу сырттан 5vге коюлган.

Ошентип, чыңалган чыңалуу = (adc окуу) x (Vref = 5v) x (бул учурда резистордун бөлүнүүчү фактору, б.а. 4) / (max ADC окуу, башкача айтканда 10bit ADC үчүн 1023).

Биз 512. Adc окууну алабыз дейли, анда ченелген чыңалуу болот -

(512 x 5 x 4) / 1023 = 10v

Учурдагы өлчөө эсептөө:

ACS714 эч кандай ток IP+ тараптан IP-ге карай агып чыкпаганда, 2.5V туруктуу өндүрүштү берет. Бул 2,5v үстүнөн 185mv/A берет, башкача айтканда, эгер 3A ток чынжыр аркылуу өтүп жатса, acs714 берет 2.5v+(0.185 x 3) v = 3.055v, анын төөнөгүчүндө.

Ошентип, учурдагы өлчөө формуласы төмөнкүдөй:

Ченелген ток = (((адк окуу)*(Vref = 5v)/1023) -2.5) /0.185.

айталы, адк окуу 700, анда өлчөнүүчү ток болот - (((700 x 5)/1023) - 2.5) /0.185 = 4.98A.

6 -кадам: Программалык камсыздоо

Программалык камсыздоо Winavrда GCC аркылуу коддолгон. Мен кодду модулдаштырдым, башкача айтканда, мен adc китепканасы, LCD китепканасы ж.б ар кандай китепканаларды түздүм. 16x2 lcd дисктерин иштетүү функциялары. Сиз ошондой эле lcd_updated _library.c колдоно аласыз, анткени бул китепканада lcdдин баштоо ырааттуулугу өзгөртүлөт.

Main.c файлы негизги функцияларды камтыйт. Li-ion үчүн заряддоо протоколу ушул жерде жазылган ага негизделген.

Сиз жөн гана башыңызды айланып өтүү үчүн.hex файлын mega8 түз күйгүзө аласыз.

Башка заряд протоколун жазгысы келгендер үчүн, мен ар бир саптын аткарылышы үчүн эмне болуп жатканын бала да түшүнө ала турган жетиштүү комментарийлерди жаздым. ар кандай чыңалуудагы ион, сиз параметрлерди гана өзгөртүшүңүз керек.

Мен бул схеманы курбоону сунуштайм, эгер бул сиздин биринчи долбооруңуз же сиз микроконтроллер/электр электроникасы үчүн жаңы болсоңуз.

Мен ар бир файлды түпнуска формат катары жүктөдүм, анткени ал Makefileден башка көйгөйдү жаратат. Мен аны.txt форматында жүктөдүм. Жөн гана мазмунду көчүрүп, жаңы Makefileге чаптаңыз жана бүт проектти куруңуз.. Сиз он алтылык файлды күйгүзүүгө даярсыз.

7 -кадам: Теория жетиштүү ….. Муну бүдөмүк кылалы

Бул жерде менин прототипимдин сүрөттөрү бар: pcbде такталганга чейин. Сураныч, сүрөттөрдүн жазууларын караңыз, көбүрөөк билүү үчүн.

8 -кадам: Биринчи кубаттоо циклине чейин ……. Калибрлөө !!

Батареяны заряддагычты колдонуудан мурун, сиз аны калибрлешиңиз керек, антпесе ал батарейканы кубаттай албайт/ашыкча заряддай албайт.

Калибрлөөнүн эки түрү бар 1) Чыңалуу калибрлөө. 2) Учурдагы калибрлөө. Кадамдар калибрлөө үчүн төмөнкүдөй.

Башында, U2 чыгаруу чыңалуусун өлчөө. Андан кийин ref_volt. Mine катары main.c аны аныктаңыз 5.01. Өзүңүздүн ченөөңүзгө жараша өзгөртүңүз. Бул Чыңалуу жана Учурдагы калибрлөө үчүн негизги зарыл кадам. башка программалык камсыздоонун өзү тарабынан чечилет

Эми сиз main.c реф вольтун аныктагандан кийин он алтылык файлды күйгүзгөнүңүздө, блоктун кубатын өлтүрүңүз.

. Эми батарейканын чыңалуусун мультиметр менен өлчөп, батареяны бирдикке туташтырыңыз.

Эми S1 кнопкасын басып, аны кармап туруңуз жана түйүн басылып жатканда схеманы иштетиңиз. 1s жөнүндө кыска убакытка кечиктирүүдөн кийин, S1 баскычын коё бериңиз, эгерде у биринчи схеманы иштетсе, анда аппарат калибрлөө режимине кирбейт. S1.

Эми сиз дисплейде схеманын калибрлөө режимине киргенин көрө аласыз. "Cal mode" lcdде батареянын чыңалуусу менен бирге көрсөтүлөт. Эми казанда айлантуу менен мультиметрди окуу менен lcdде көрсөтүлгөн батареянын чыңалуусу дал келет. Бүткөндөн кийин, S1 которуштургучун дагы бир жолу басып, бир секундга жакын кармап, кое бериңиз. Сиз калибрлөө режиминен чыгасыз. Заряддагычты өчүрүү жана күйгүзүү менен кайра орнотуңуз.

Жогорудагы процесс батарейкага туташпай эле жасалышы мүмкүн. Сырткы энергия булагын чыгыш терминалына (J2) туташтырышыңыз керек. Калибрлөө режимине киргенден кийин, идишти колдонуп калибрлеңиз. Бирок бул жолу тышкы энергия булагын ажыратып, анан S1 калибрлөө режиминен чыгуу үчүн. Бул биринчи кезекте кандайдыр бир бирдиктин бузулушуна жол бербөө үчүн тышкы энергия булагын ажыратуу керек.

9 -кадам: Калибрлөөдөн кийин күйгүзүү ….. Эми сиз рокко даярсыз

Эми калибрлөө аяктагандан кийин, сиз азыр заряддоо процессин баштай аласыз. Алгач батареяны тиркеңиз, андан кийин блокту күйгүзүңүз.

Менин схемам 100% иштеп жатат жана тестирленген. Бирок бир нерсе байкасаңыз, сураныч, мага билдириңиз.

Бактылуу курулуш.

Rgds // Sharanya