Универсальное микроконтроллерное зарядное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Автор поставил перед собой задачу создать простое универсальное устройство для зарядки любых малогабаритных аккумуляторов и их батарей различных типов, емкости и номинального напряжения.

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 ее ходом.

Реализован комбинированный метод зарядки, состоящий из двух этапов. На первом этапе батарею заряжают неизменным током. По мере зарядки напряжение на ней растет. 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 упадет ниже заданного, автоматически вновь начнется зарядка неизменным током.

Схема зарядного устройства изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема зарядного устройства (нажмите для увеличения)

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".

АЦП работает с образцовым напряжением 2,56 В от внутреннего источника микроконтроллера. Чтобы иметь возможность измерять большее напряжение, резистивный делитель напряжения R9R10 уменьшает его перед подачей на вход ADC0 микроконтроллера.

Датчиком зарядного тока служит резистор R11. Падающее на нем при протекании этого тока напряжение поступает на вход ОУ DA2.1, который усиливает его приблизительно в 30 раз. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R8 и R6. С выхода ОУ напряжение, пропорциональное зарядному току, через повторитель на ОУ DA2.2 поступает на вход ADC1 микроконтроллера.

На транзисторах VT1-VT4 собран электронный ключ, работающий под управлением микроконтроллера, формирующего на выходе ОС2 импульсы, следующие с частотой 32 кГц. Коэффициент заполнения этих импульсов зависит от требуемых выходного напряжения и зарядного тока. Диод VD1, дроссель L1 и конденсаторы С7, С8 преобразуют импульсное напряжение в постоянное, пропорциональное его коэффициенту заполнения.

Светодиоды HL1 и HL2 - индикаторы состояния зарядного устройства. Включенный светодиод HL1 означает, что наступило ограничение выходного напряжения. Светодиод HL2 включен, когда идет нарастание зарядного тока, и выключен, когда ток не изменяется или падает. В ходе зарядки исправной разряженной батареи сначала будет включен светодиод HL2. Затем светодиоды станут поочередно мигать. О завершении зарядки можно судить по свечению только светодиода HL1.

Подборкой резистора R7 устанавливают оптимальную контрастность изображения на табло ЖКИ.

Датчик тока R11 можно сделать из отрезка высокоомного провода от спирали нагревателя или от мощного проволочного резистора. Автор использовал отрезок провода диаметром 0,5 мм длиной около 20 мм от реостата.

Микроконтроллер ATmega8L-8PU можно заменить любым из серии ATmega8 с тактовой частотой 8 МГц и выше. Полевой транзистор BUZ172 следует установить на теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 4 см². Этот транзистор можно заменить другим p-канальным с допустимым током стока более 1 А и малым сопротивлением открытого канала.

Вместо транзисторов КТ3102Б и КТ3107Д подойдет и другая комплементарная пара транзисторов с коэффициентом передачи тока не менее 200. При правильной работе транзисторов VT1-VT3 сигнал на затворе транзистора должен быть аналогичен показанному на рис. 2.

Рис. 2. График сигнала на затворе

Дроссель L1 извлечен из компьютерного блока питания (он намотан проводом диаметром 0,6 мм).

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.

Рис. 3. Программирование микроконтроллера

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 нем находилось в пределах 1,9...2 В. Можно составить этот резистор из двух, соединенных 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 нее 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.

Отключите питание, подключите ЖКИ и установите микроконтроллер. К выходу устройства присоедините резистор или лампу накаливания 12 В на ток около 0,5 А. При включении устройства на ЖКИ будут выведены напряжение на его выходе U и ток зарядки I, а также напряжение ограничения Uz и максимальный ток зарядки Iz. Сравните значения тока и напряжения на ЖКИ с показаниями образцовых амперметра и вольтметра. Вероятно, они будут различаться.

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.

Выключите питание зарядного устройства, установите на место транзистор VT4, а к выходу устройства подключите автомобильную лампу на 12 В. Включите устройство и установите Uz=12 В. При изменении Iz должна плавно меняться яркость свечения лампы. Устройство готово к работе.

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.

Программу микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/v-a-256_16.zip.

Автор: В. Нефедов

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Экономичный катализатор для водорода 04.05.2025 Водородное топливо уже давно рассматривается как одно из ключевых решений на пути к углеродно-нейтральной энергетике. Его применение может кардинально изменить энергетический баланс и снизить глобальные выбросы парниковых газов. Однако до сих пор существовали серьезные препятствия на пути массового внедрения водородных технологий. Главным среди них остается высокая стоимость эффективных катализаторов, необходимых для промышленного производства водорода методом электролиза. Новое исследование, проведенное учеными из Университета Тохоку, может стать поворотным моментом в этом направлении. Исследовательская группа под руководством Хенга Лю сосредоточила свои усилия на улучшении эффективности катодов, использующих так называемые фосфиды переходных металлов. В качестве основы был взят фосфид кобальта (CoP), который модифицировали с помощью фтора. В результате на его поверхности появились вакансии фосфора - структурные дефекты, превращающиеся в активные центры, ускоряющие реакцию высвобождения водорода. Такой подход значительно повысил каталитическую активность материала, особенно в кислой среде, и позволил системе стабильно функционировать на протяжении более 300 часов. Авторы исследования отметили, что созданный катализатор демонстрировал выдающиеся показатели в реальных условиях эксплуатации. Он поддерживал мощность на уровне 76 Вт и был протестирован не только в лаборатории, но и в условиях, приближенных к промышленным. Разработанный CoP F-20 показал себя надежным и стабильным компонентом в составе полноценных водородных электролизеров с протонообменной мембраной (PEM), которые уже сейчас рассматриваются как ведущая технология для масштабного получения водорода из воды. Особое внимание было уделено изучению механизмов, лежащих в основе эффективности нового катализатора. Ученые применили спектроскопию рентгеновского поглощения и комбинационное рассеяние света, чтобы проанализировать процессы, происходящие в материале во время его работы. Эти методы позволили детально проследить, как структурные изменения и взаимодействия с фтором повышают каталитическую активность и устойчивость. Важно, что новый катализатор разработан на базе дешевых и доступных материалов, в отличие от традиционных решений, где используются дорогостоящие благородные металлы. Благодаря этому себестоимость производства одного килограмма водорода с использованием новой технологии составляет всего $2,17, что почти достигает целевого показателя Министерства энергетики США - $2,00 за килограмм к 2026 году. С точки зрения устойчивости и энергетической безопасности, подобный технологический прорыв имеет далеко идущие последствия. Возможность производить водородное топливо эффективно и дешево, используя устойчивые катализаторы из неблагородных материалов, открывает путь к масштабному внедрению водородной энергетики. Как подчеркивает Хенг Лю, конечная цель команды - не просто разработать технологию, а сделать ее применимой в реальной жизни. Новый катализатор приближает человечество к тому моменту, когда водород действительно сможет стать экологически чистым и повседневным источником энергии, способным изменить наш подход к производству и потреблению топлива.

Другие интересные новости:

▪ КМОП-регулятор напряжения LP3883

▪ Робот-телефон

▪ Трость с эхолокатором

▪ Компаратор Texas Instruments TLV3691IDCKR

▪ Температура мирового океана поднимается четыре года подряд

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Освещение. Подборка статей

▪ статья Чернышевский Николай Гаврилович. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое полнота? Подробный ответ

▪ статья Расчет выпрямителя. Справочник

▪ статья Светодиодный маячок. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы приемо-сдаточных испытаний. Конденсаторы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025