Зарядное своими руками для авто на микроконтроллере
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 8.
Автор: nbo
Опубликовано 26.01.2018
Создано при помощи КотоРед.
Хочу представить вниманию зарядное устройство (ЗУ) для автомобильных аккумуляторов на Atmega 8. Данное устройство является моим вариантом ЗУ описание которого выложено в [1]. Очень рекомендую сначала прочитать описание оригинального ЗУ для снятия многих вопросов. К достоинствам ЗУ можно отнести использование силового трансформатора от бесперебойников, защиту от короткого замыкания и переполюсовки. ЗУ можно собрать в корпусе бесперебойника что снимает проблему всех устройств радиолюбителя – корпус.
После изготовления нескольких штук по оригинальному описанию я пришел к заключению что использование Atmega16 является избыточным, как по обьему памяти так и по количеству портов вводавывода. Поэтому было решено перевести проект на Atmega 8, тем более что исходники Автором были любезно выложены.
После тщательного курения даташита, а особенно замечательной книги [2] получилось переделать прошивку для Atmega 8. Также мною были внесены некоторые изменения в схему устройства для придания некоторой универсальности в части возможности использования различных компонентов. Схема того что получилось представлена ниже:
Как видно устройство разделено на две части: микроконтроллера (МК) и силовую.
Некоторые обьяснения по схеме контроллера. К разьему pow-in подключается маломощный внешний трансформатор с напряжением вторичной обмотки порядка 10-15 вольт, после выпрямления напряжение подается через развязывающий диод D9 на стабилизатор 78l12, который используется для питания операционного усилителя цепи измерения тока, и стабилизатора 7805 который питает микроконтроллер. Резисторы R32, R1 и стабилитрон D10 с напряжением стабилизации 5.1 вольт формируют сигнал прерывания МК для определения момента перехода сетевого напряжения через ноль.
Диодные сборки D6, D7, D11 служат для защиты портов МК от перенапряжения и напряжения обратной полярности. В оригинальной схеме для этой цели используются стабилитроны на 5.1 вольт, но при сборке устройства выяснилось что они вносят погрешность при измерении тока и напряжения, т.к. начинают приоткрываться при напряжении порядка 4.8 вольта. В устройстве АЦП МК использует в качестве опорного напряжения напряжение питания +5 вольт, а следовательно АЦП охватывает весь диапазон от 0 до 5 вольт. Установка D11 обязательна.
Разьем ISP1 служит для внутрисхемного программирования МК, распиновка его стандартна для варианта 6 контактов. Реле RL1 служит для включения силового трансформатора. Транзистор управления реле любой средней мощности типа npn, ставил КТ817. Реле выпаивается из платы бесперебойника, также в зависимости от типа платы можно выпаять кварцевый резонатор на 8 Мгц, стабилизатор 7805, стабилизатор 7812 для силового модуля. Переменным резистором RV1 устанавливаем контрастность дисплея. Дисплей используется типа 0802 с кирилицей. Типоразмер всех используемых SMD резисторов и конденсаторов 1206. Конденсатор C16 танталовый SMD 10мкф 16 вольт.
В силовом модуле стабилизатор 7812 служит для питания вентилятора обдува радиатора на котором устанавливается силовой диодный мост типа KBPC5010 или аналогичный, а также тиристор 40TPS12. В данной версии прошивки обдув включается при токе зарядки 2А, выключается при 1А. В качестве радиатора идеально подходят так называемые «процессорные». Предохранитель FU1 автомобильный на 30А, впаивается прямо в плату. Такие попарно установлены на плате бесперебойника. Резисторы R1-R7, R12, R13, R16 типоразмера 1206 на 0.1 Ом впаяны параллельно и образуют шунт для измерения тока. Транзисторы ключей для управления вентилятором и тиристором использовал типа КТ816Б, можно использовать любые средней мощности типа pnp.
К точкам BATT припаиваются провода с крокодилами для подключения к батарее, к точкам BRIDGE провода с наконечниками для подключения к диодному мосту. Провода с наконечниками также из бесперебойника. К разьему FAN подключают вентилятор охлаждения.
Силовая плата и плата МК соединяются 2-мя шлейфами с 3-мя проводами: сигнал измерения напряжения – общий – сигнал измерения тока и сигнал управления тиристором – общий силовой – сигнал управления вентилятором. ВНИМАНИЕ: общий и общий силовой не долны соединятся в шлейфах они впаиваются в соответствующие места платы и никак между собой не связаны.
После сборки и проверки монтажа подключается ЗУ к сети, если все правильно собрано после экранов приветствия появится надпись «Подключи батарею». Подключаем аккумулятор или внешний источник напряжением 12 вольт к крокодилам и подстроечным резистором RV6 выставляем напряжение на экране ЗУ соответствующее напряжению аккумулятора или источника питания по контрольному вольтметру. Далее подключаем ЗУ к аккумулятору через амперметр, вращаем энкодер по часовой стрелке выставляя зарядный ток 1А и нажимаем ручку энкодера, на экране появляется надпись «Заряд начат» и зарядный ток начинает плавно увеличиваться от нуля до утановленного значения. Подстроечным резистором RV3 выставляем правильные показания тока на экране ЗУ по контрольному амперметру. Выставлять следует при установившемся значении на экране. Подстроечным резистором RV4 выставляем напряжение на входе 24 МК равным 0.09в при зарядном токе 1А.
Для справки: для входов измерения тока и напряжения АЦП МК максимальные значения в +5 вольт соответствуют 15 амперам и 15 вольтам. Для входа измерения перегрузки по току напряжение отключения тока зарядки – 1 вольт.
ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО НА КОНТРОЛЛЕРЕ
Обычные зарядные устройства к автоаккумуляторам, продающиеся по цене от 2000 рублей, представляют из себя простейший блок питания с диодным мостом и амперметром для контроля тока. Можно ли долго пользоваться таким ЗУ, если цена нового свинцового аккумулятора Bosch достигает 5000 руб? Каждый сам решает для себя. Вот автор и решил немного потратиться и создать зарядку, имеющую все необходимые режимы по быстрому и безопасному восстановлению ёмкости АКБ.
Описание зарядного устройства
Схема и печатные платы ЗУ
Схема управляющего блока
Схема источника питания
Работа зарядного устройства
1. Программа запускается/останавливается нажатием на кнопку старт из любого окна программы. Если кнопка нажата, когда программа запущена, устройство переходит в режим финиш (окончание работы программы). Следующее нажатие переводит устройство в первоначальное состояние (основное окно индикатора).
2. Если напряжение на аккумуляторе ниже, чем Umax/4, считается, что аккумулятор не подключен или неисправен. На дисплей выводится надпись No Bat. В режиме START название выбранного режима мигает.
Режим Зарядка
Программа контролирует напряжение и ток на АБ. Если напряжение ниже заданного в настройках Umax – работает стабилизатор зарядного тока с заданием Is. Если напряжение достигло Umax – остановка программы. Индикация заряд выкл.
Если напряжение стало выше Umax на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке напряжение, при котором произошло отключение.
Если ток заряда I превысил ток Is на 0.2 на время более 5 сек – остановка программы, индикация ERROR.
Если истекло время заряда (параметр H, часы) – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке надпись Time out.
Режим Разряд
Если при старте программы напряжение на АБ ниже Umax, включается дозаряд АБ с током Is. После достижения напряжения Umax начинается разряд АБ с током Ii. Ведется подсчет емкости АБ.
Когда напряжение на АБ достигнет Umin разряд прекращается, на индикатор выводится индикация разряд выкл и емкость на АБ-. AH Vm 11.0 – минимальное напряжение на АБ.
Если истекло время дозаряда или разряда (для дозаряда и заряда устанавливается время H) – остановка программы, индикация ERROR.
Если ток заряда или разряда превысил установленные на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке ток, при котором произошло отключение.
Режим КТЦ АКБ
При старте программы включается заряд АБ с током Is. Через 1 сек АБ переключается на разряд с током Ii. Еще через 1 сек АБ снова переключается на заряд. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не достигнет Umax – программа останавливается. Индикация КТЦ выкл. Если напряжение стало выше Umax на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR. Если ток заряда или разряда превысил установленные на 0.2 – остановка программы, индикация ERROR.
Если истекло время заряда (параметр H) – остановка программы, индикация ERROR в верхней строке. В нижней строке надпись Time out.
Выбранный режим после отключения от сети не запоминается. При включении всегда режим зарядка.
Обозначение символов на дисплее
1.При подключении к сети устройства вывести на дисплей информацию-если АБ подключена
1.1.Напряжение до какого будет произведен заряд. По умолчанию Vs=14.2 (Диапазон выбора в меню 1-30 вольт.)
1.3.Реальное напряжение на АБ. Например-V=13.7
РЕЖИМ 1.заряд
Пример 1.0. батарея не подключена
Vs=14.2 Is=0.5A
? АКБ Заряд
Пример 1.1. батарея подключена.
Vs=14.2 Is=0.5A
V=13.7 Заряд
При запущенном режиме вместо установленного напряжения до которого будет произведен заряд отображать реальный ток заряда. Пример I = 3.6 A
Пример 1.2. идет заряд.
I=3.6A Is=0.5A
V=13.7 заряд
После окончания заряда (по таймеру или по достижению установленного напряжения на АБ или ток заряда снизится до I=min) отключить заряд и вывести – заряд выкл.
РЕЖИМ 2. разряд
2.При выборе режима- разряд (при запуске этого режима автоматически зарядить АБ до установленного напряжения и затем начать разряд.
Пример 2.0. Индикация в основном окне режима. Если режим не запущен-название режима (разряд) не мигает. При запущенном режиме, название режима используемого в данный момент (заряд или разряд) мигает.
Если режим запущен. АБ не заряжена. Идет автоматический заряд, после которого начнется разряд.
I=0.5A заряд
P=0Ah
2.1 Ток разряда по умолчанию A. Диапазон выбора в меню 0.5-10 А. дискретность 0.5 А.
2.3. Измеренная емкость батареи P=. Ah (пример Р = 45.4Ah).
Пример 2.1. окно в процессе разряда
Id=0.5A Hi=10
P=45.4Ah разряд
Пример 2.2. разряд окончен
P=100.3Ah Vm=11.0
Разряд выкл
РЕЖИМ 3. Ктц акб. Десульфатация.
3.1. Ток заряда по умолчанию Is = 5А. Диапазон 0.5-10 А
3.2. Ток разряда Диапазон 0.5-10 А.
3.3. Напряжение на АБ. Частота 1 Гц.
Пример 3.0. идет десульфатация.
I=5.0A Id=0,5A
V=14.2 КТЦ-АКБ
Пример 3.1.конец работы.
V=14.7
КТЦ ВЫКЛ
Остальные настройки в меню. Все файлы находятся в архиве. За подробностями обращайтесь на форум. Автор: Александрович.
Форум по обсуждению материала ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО НА КОНТРОЛЛЕРЕ
Изучение принципа действия и параметров кварцевого генератора, выбор КГ для различных устройств.
Мощный самодельный светодиодный фонарик на литиевых аккумуляторах. Используемые модули и фото сборки.
Волновое управление, двухфазное и способ регулирования тока в обмотках шаговых двигателей.
Принципиальная схема гальванической развязки для 8-канального логического анализатора. Скорость передачи данных до 10 Мбит.
Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega 16.
С одной стороны откуда пользователь знает, что там за зарядное и как оно работает? К тому же эти зарядники общественные, ну то есть колхозные. А колхозное, часто качественным не бывает. Разобрал я один зарядник и увидел, что там стоит трансформатор и диодный мост. Это все что там было. Конечно при такой схеме батарея будет кипеть. Ну вот и решили я грохнуть эти зарядные и сделать что то получше.
Начал рыть интернет, скачал пару книг. Посмотрел теорию. Схем зарядных устройств валом. Но большинство из них 70х годов. Сделаны как правило на транзисторах. В более продвинутых еще тиристоры есть. Все это очень скучно, серо и уныло. Есть так же схемы на микроконтроллерах, это уже интересней. Можно данные на LCD дисплей вывести, разные органы управления замутить. Но мне захотелось изобрести свой велосипед. Творчество как никак. Вот я и склепал с десяток зарядников по такой схеме. 8 ампер выжимают. Этого хватит за глаза. Схема в нормальном качестве лежит в архиве в конце статьи.
Это было правда года 4 назад. Этими зарядниками до сих пор пользуются.
Одна из целей, собрать из того что было под рукой. Корпуса использовал из под старых зарядников.
Трансформатор использовал от списанных, сгоревших бесперебойников для компьютеров. Так называемых УПСов. Вот он.
Вот его внутренности: 
Силовой трансформатор УПСа оказался идеальным по всем параметрам. Вторичная обмотка толстая с «мизинец». Сам трансформатор мощный, сделан качественно, с креплениями. Выходное напряжение 16 — 17 V AC. То что надо. В упсе есть еще второй трансформатор, маленький такой. Я его использовал для питания самой управляющей платы. Причем в нем есть две вторичные обмотки соединенные последовательно. Двухполярное питание для операционников считай уже готово. Прелесть. Диодный силовой мост, тоже был использован из старых зарядников. Охлаждение для тиристора взял из старых материнок для компьютеров. Вентилятор для охлаждения тоже снял со сгоревших китайских импульсных блоков питания, для тех же материнок. Остальную мелочевку, аккуратно выпаял из плат со старых мониторов. Купить только пришлось LCD дисплеи для индикации, энкодеры, ну и парочку мелочевок. Так что большинство деталей наколупал в загашниках. Atmega16 тоже лежали в загашнике. Ее и использовал.
Задачи перед зарядником были поставлены такие:
1. Автоматическое поддержание тока зарядки, изначально выставленным пользователем.
2. Простота в управлении. Один энкодер. Повернул и нажал. Это все.
3. При неправильно подключенной батарее (ошибка полярности), заряд невозможен.
4. Защита от к.з. Если при заряде, вдруг упал ломик на клеммы батареи, зарядник должен вырубится. А батарея, ну уж как получится.
5. Если батарея дохлая, и не может достичь порога 14.4 вольт при зарядке, то программный таймер должен вырубить заряд с соответствующим выводом сообщения не дисплей. Иначе батарея просто выкипит.
6. Зарядник невозможно запустить, пока не будет подключена батарея к клеммам зарядника с соблюдением полярности.
7. Зарядник не должен выходить из строя если к нему подключили батарею не соблюдая полярность.
8. Должен иметься режим «хранение батареи». Предположим ты не планируешь пользоваться батареей в течении пол года. Можно просто подключить батарею к заряднику, поставить на полку и забыть. Зарядник время от времени проверяет напряжение на батарее. И ели оно упало ниже чем например 12.5 вольт, автоматически врубается зарядка малым током 0.5 А.
Пин ADC0 — измеряет ток заряда батареи.
Пин ADC1 — фиксирует скачек тока при к.з.
Пин ADC2 — измеряет напряжение батареи.
Пин AIN1 — фиксирует отсутствие/присутствие батареи.
Пин PB4 — если что не так пошло, врубает защитное реле, которое отключает силовой трансформатор.
К пинам PD0, PD1, PD3 подключен энкодер.
Пин INT0 — ловит прохождение синусоиды после диодного моста, через нулевую точку. Зная когда эта точка появляется, можно легко вычислить когда надо включить тиристор. А вырубается тиристор сам, в точке указанной ниже на схеме.
Немного о теории заряда автомобильных аккумуляторов:
1. Батарея считается заряженной на 100% когда на ней 12.9 вольт.
2. Если на батарее 10.8 вольт, то она разряжена на 100%. Дальнейшее хранение или эксплуатация приведет с сульфатации пластин. Этот процесс фактически необратим. Если пластины засульфатированы, то такая батарея уже мусор. Существуют конечно такие спец зарядники, которые специальной импульсной формой тока как бы десульфатируют пластины. Но сами понимаете батарея уже будет не та. Так что если на батарее 12 вольт или ниже, то бегом ноги в руки и заряжать.
3. Зарядник в процессе заряда должен довести батарею до 14.4 вольта. Это так называемая точка закипания электролита. Когда эта точка достигнута, заряд еще не закончен. Далее надо плавно убавлять ток заряда. Убавили, подождали, пока опять не будет 14.4 вольта. Потом снова убавили. И так пока ток заряда не достигнет меньше 0.5 ампера. Ну а там уже можно вырубить.
4. Для батареи всегда более эффективна зарядка малым током. Это дольше по времени, но зато батарея целее будет. И при таком заряде она зарядится максимально. Так что гнаться за большими токами заряда не стоит. Большие токи оправданы в том случае, если вам надо срочно ехать, а батарея сдохла. Тогда можно конечно влупить 20А но не на слишком большой срок. Это реанимирует батарею и стартер она провернет. Опять таки, для батареи с большой емкостью этот ток еще ничего, с малой уже чего. Ток заряда выбирается делением емкости батареи на 10. Если у вас емкость 65 А/ч, значит начальный ток заряда можно установить 6.5А.
Вот график заряда батареи моим зарядником для батареи 65 А/ч. 
Если посмотреть на оциллограмму работы тиристора, то увидим такую картину. 
Красная зона, это и есть та временная часть, когда осуществляется заряд батареи.Получается когда открывается тиристор, батарея подкорачивает вторичную обмотку на себя. И напруга на обмотке падает до напряжения на батарее. Из-за этого трансформатор в красном диапазоне может входить в насыщение. И начинать нехило греться. Поэтому лучше брать транс по мощнее. Если нет такого, тоже можно выкрутиться из ситуации. Тиристор надо открывать попозже. Тогда красная зона заряда будет поменьше. Нагрев уменьшится, но и токи заряда будут меньше. Как раз таки двигая точку открытия тиристора по синусоиде, регулируем ток заряда батареи. Драйвер работы с дисплеем писал с нуля.
Вообще ничего не мешает, перекроить схему по желанию, что нибудь выкинуть или добавить. Ну и прошивку самому написать. Творчество великое дело.
Прошивку накатал на ассемблере в AvrStudio 4.19. Весь проект на асме и схема в нормальном качестве лежит в топике.
Вот две книженции выкладываю.
Зарядно пусковые устройства.zip — 2005г.
Зарядные устройства.zip — 2005г.
Но судя ниже из комментария clawham ни в коем случае их не скачивайте. Потому что там все схемы тупо кипятильные. Ну и моя схема в статье тоже тупо кипятильная. Только то зарядное которое он спроектировал, является самым правильным, но он с ним не хочет делиться.
Или вот такое на 24 вольта 15А.
А недавно я собрал вот такое зарядное на импульсном блоке питания
Автоматическое ЗУ на МК Atmega16
Стал обладателем автоматического зарядного устройства на микроконтроллере Atmega16.
Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости. ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки. Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A. Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ — его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей. Подробнее можно прочитать тут electronics-lab.ru/blog/123.html и тут radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=31187
1. Режим зарядки — меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:
— первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В
— второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С
— третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С — ёмкость батареи в Ач.
— четвёртый этап — «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала.
Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это- четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.
2. Режим тренировки (десульфатации) — меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл:
10 секунд — разряд током 0,01С, 5 секунд — заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее — обычный заряд.
3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.
4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим. При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С — 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).
Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.
Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля — П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).
Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.
Значения настроек:
1. «Алгоритм заряда». Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики на рис.1 и рис.2.
2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).
3. «Напряжение U1». Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.
4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию — 16В.
5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки. Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.
6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.
Выбор и переделка блока питания.
В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это — практически готовая силовая часть. Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес. И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито.
Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4). Можно также применить и БП формата AT, только придется изготовить еще маломощный блок дежурного питания (дежурку) на напряжение 12В и ток 150-200мА. Разница между AT и ATX – в схеме начального запуска. АТ запускается самостоятельно, питание микросхемы ШИМ–контроллера берётся с 12-вольтовой обмотки трансформатора. В ATX для начального питания микросхемы служит отдельный источник 5В, называемый «источник дежурного питания» или «дежурка». Более подробно о блоках питания можно прочитать, например, здесь electronics-lab.ru/blog/remont/119.html#comment743, а переделка БП в зарядное устройство неплохо описана вот здесь. www.aleksandrov.ru/fr/download.php?id=3736&sid
Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть. Блок питания АТ запускается сразу, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме — значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте.
Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению. Схема переделки показана на рис.3.
Схема и принцип работы.
Схема блока управления показана на рис.4.
Она довольно проста, так как все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4, C9, R7, C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера — встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом. Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока. Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине. Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения — на элементах VD1, EP1, R13. При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи. При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею. Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.
Детали и конструкция.
Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU. В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика. Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP.
Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5, R6, R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5%. Это очень важно! От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства.
Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А. Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В.
Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2, Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров. Буззер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.
Жидкокристаллический индикатор – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780, KS0066 или совместимых с ними. К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземпляр
Программа
Управляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1
все остальные — незапрограммированы (установлены в 1).
Наладка
Итак, блок питания переделан и выдает напряжение около 10В. При подключении к нему исправного блока управления с прошитым МК, напряжение должно упасть до 0,8…15В. Резистором R1 устанавливается контрастность индикатора. Наладка устройства заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками « ». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками « » нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5, R6, R10, R11, R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично — калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 сек. устройство перейдет в главное меню.
Калибровка окончена. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком — либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно применить (подобрать) другие резисторы делителя R5, R6, R10, R11, R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах (с допуском 0,1-0,5%) поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.
Весь материал одним архивом можно скачать здесь depositfiles.com/files/rehbdqu73
И в заключение, несколько фото.
Расположение элементов в корпусе блока питания:
Готовая же конструкция может выглядеть так: