Заряд свинцовых аккумуляторов avr

Заряд свинцовых аккумуляторов avr

AVR450: Зарядное устройство аккумуляторных батарей SLA, NiCd, NiMH и Li-Ion на микроконтроллере AT90S4433 или ATtiny15

Отличительные особенности:

• Завершенная разработка зарядного устройства
• Модульный исходный Си-код и высокая компактность откомпилированного кода
• Низкая стоимость
• Поддержка всех популярных типов аккумуляторов
• Алгоритм быстрой зарядки
• Высокая точность измерения с помощью 10-разрядного АЦП
• Опциональный последовательный интерфейс
• Простое измерение параметров зарядки
• ЭСППЗУ для хранения характеристик аккумулятора

Описание

В данных рекомендациях описывается реализация зарядного устройства, которое учитывает последние достижения в области технологий заряда аккумуляторов и доступно в виде опорной разработки. Зарядное устройство может заряжать все популярные типы аккумуляторов, не требуя при этом каких-либо аппаратных изменений. Это позволяет на основе одной и той же аппаратной платформе реализовать различные типы зарядных устройств. Для этого необходимо всего лишь перепрограммировать микроконтроллер программой с нужным алгоритмом зарядки во внутрисистемно-программируемую флэш-память. Этим обеспечиваются минимальные сроки вывода нескольких готовых изделий на рынок, и исключается необходимость выпуска нескольких исполнений аппаратной части. В состав рекомендаций входят библиотеки для заряда аккумуляторов SLA, NiCd, NiMH и Li-Ion.

Рисунок 1 – Внешний вид платы опорной разработки зарядного устройства

В состав опорной разработки зарядного устройства входят два зарядных устройства, выполненных на разных микроконтроллерах: AT90S4433 и недорогом 8-выводном ATtiny15. Однако зарядное устройство может быть реализовано на любом AVR-микроконтроллере, у которого есть АЦП, ШИМ-выход и достаточный для хранения необходимого алгоритма зарядки размер памяти программ.

Введение

Все больше и больше электронного оборудования становится портативным, что нацеливает на создание более емких, компактных и легких аккумуляторов. Непрерывное улучшение аккумуляторных технологий отражается на появлении новых интеллектуальных алгоритмов зарядки, которые гарантируют быстроту и безопасность заряда. Высокая точность контроля над процессом зарядки требуется для минимизации времени зарядки и максимально полного использования емкости аккумулятора, при этом, исключая возможность его повреждения.

AVR-микроконтроллер в настоящее время является одним из самых эффективных 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, который содержит флэш-память, ЭСППЗУ и 10-разрядный АЦП в одном кристалле. Флэш-память программ исключает необходимость зашивать в микроконтроллер несколько программных версий. Ее программирование может выполняться на стадии производства перед отправкой готового изделия. После установки микроконтроллера на плату программирование выполняется с помощью скоростного внутрисистемного программирования (ISP), обеспечивающего обновление памяти программ за минуту.

Память данных на ЭСППЗУ может использоваться для хранения калибровочных данных и характеристик батареи, а также для хранения хронологии зарядки, что позволяет оптимизировать использование емкости аккумулятора. Встроенный 10-разрядный АЦП обеспечивает превосходную разрешающую способность по управлению батарейным источником по сравнению с другими микроконтроллерными решениями. Высокая разрешающая способность позволяет продолжать зарядку максимально близко к емкости аккумулятора. Улучшенная разрешающая способность исключает необходимость применения внешних операционных усилителей для построения оконного компаратора. В результате уменьшается размер платы и снижается системная стоимость.

AVR – единственный 8-разрядный микроконтроллер, набор команд которого оптимизирован под языки высокого уровня, например, Си. Опорная разработка на основе AT90S4433 написана на Си и демонстрирует превосходную простоту разработки программы на языках высокого уровня. Си-код делает данную опорную разработку легко адаптируемой и модифицируемой под текущие и будущие типы аккумуляторов. Опорная разработка на основе ATtiny15 написана на Ассемблере для достижения максимальной плотности кода.

Принцип действия

Заряд аккумулятора возможен за счет обратимой химической реакции, которая восстанавливает энергию в химической системе. В зависимости от используемого химического вещества аккумулятор обладает специфическими характеристиками. При разработке зарядного устройства необходимо в деталях знать данные характеристики, чтобы избежать повреждения аккумулятора при чрезмерном заряде.

8-разрядный микроконтроллер AVR

Опорная разработка состоит из двух раздельных зарядных устройств. В одной используется AVR-микроконтроллер AT90S4433, а в другой используется AVR-микроконтроллер ATtiny15. Разработка на основе AT90S4433 демонстрирует, как реализовать зарядное устройство на Си. Разработка на основе ATtiny15 является самой высокоинтегрированным и недорогим зарядным устройством среди доступных в настоящее время. AT90S4433 может использоваться совместно с ПК для передачи через УАПП и регистрации измеренных значений температуры и напряжения. В таблице 1 представлены отличия в разработках.

Источник

Заряд свинцовых аккумуляторов avr

Отличительные особенности:

• Завершенная разработка зарядного устройства
• Модульный исходный Си-код и высокая компактность откомпилированного кода
• Низкая стоимость
• Поддержка всех популярных типов аккумуляторов
• Алгоритм быстрой зарядки
• Высокая точность измерения с помощью 10-разрядного АЦП
• Опциональный последовательный интерфейс
• Простое измерение параметров зарядки
• ЭСППЗУ для хранения характеристик аккумулятора

Описание

В данных рекомендациях описывается реализация зарядного устройства, которое учитывает последние достижения в области технологий заряда аккумуляторов и доступно в виде опорной разработки. Зарядное устройство может заряжать все популярные типы аккумуляторов, не требуя при этом каких-либо аппаратных изменений. Это позволяет на основе одной и той же аппаратной платформе реализовать различные типы зарядных устройств. Для этого необходимо всего лишь перепрограммировать микроконтроллер программой с нужным алгоритмом зарядки во внутрисистемно-программируемую флэш-память. Этим обеспечиваются минимальные сроки вывода нескольких готовых изделий на рынок, и исключается необходимость выпуска нескольких исполнений аппаратной части. В состав рекомендаций входят библиотеки для заряда аккумуляторов SLA, NiCd, NiMH и Li-Ion.

Рисунок 1 – Внешний вид платы опорной разработки зарядного устройства

В состав опорной разработки зарядного устройства входят два зарядных устройства, выполненных на разных микроконтроллерах: AT90S4433 и недорогом 8-выводном ATtiny15. Однако зарядное устройство может быть реализовано на любом AVR-микроконтроллере, у которого есть АЦП, ШИМ-выход и достаточный для хранения необходимого алгоритма зарядки размер памяти программ.

Введение

Все больше и больше электронного оборудования становится портативным, что нацеливает на создание более емких, компактных и легких аккумуляторов. Непрерывное улучшение аккумуляторных технологий отражается на появлении новых интеллектуальных алгоритмов зарядки, которые гарантируют быстроту и безопасность заряда. Высокая точность контроля над процессом зарядки требуется для минимизации времени зарядки и максимально полного использования емкости аккумулятора, при этом, исключая возможность его повреждения.

AVR-микроконтроллер в настоящее время является одним из самых эффективных 8-разрядных RISC-микроконтроллеров, который содержит флэш-память, ЭСППЗУ и 10-разрядный АЦП в одном кристалле. Флэш-память программ исключает необходимость зашивать в микроконтроллер несколько программных версий. Ее программирование может выполняться на стадии производства перед отправкой готового изделия. После установки микроконтроллера на плату программирование выполняется с помощью скоростного внутрисистемного программирования (ISP), обеспечивающего обновление памяти программ за минуту.

Память данных на ЭСППЗУ может использоваться для хранения калибровочных данных и характеристик батареи, а также для хранения хронологии зарядки, что позволяет оптимизировать использование емкости аккумулятора. Встроенный 10-разрядный АЦП обеспечивает превосходную разрешающую способность по управлению батарейным источником по сравнению с другими микроконтроллерными решениями. Высокая разрешающая способность позволяет продолжать зарядку максимально близко к емкости аккумулятора. Улучшенная разрешающая способность исключает необходимость применения внешних операционных усилителей для построения оконного компаратора. В результате уменьшается размер платы и снижается системная стоимость.

AVR – единственный 8-разрядный микроконтроллер, набор команд которого оптимизирован под языки высокого уровня, например, Си. Опорная разработка на основе AT90S4433 написана на Си и демонстрирует превосходную простоту разработки программы на языках высокого уровня. Си-код делает данную опорную разработку легко адаптируемой и модифицируемой под текущие и будущие типы аккумуляторов. Опорная разработка на основе ATtiny15 написана на Ассемблере для достижения максимальной плотности кода.

Принцип действия

Заряд аккумулятора возможен за счет обратимой химической реакции, которая восстанавливает энергию в химической системе. В зависимости от используемого химического вещества аккумулятор обладает специфическими характеристиками. При разработке зарядного устройства необходимо в деталях знать данные характеристики, чтобы избежать повреждения аккумулятора при чрезмерном заряде.

8-разрядный микроконтроллер AVR

Опорная разработка состоит из двух раздельных зарядных устройств. В одной используется AVR-микроконтроллер AT90S4433, а в другой используется AVR-микроконтроллер ATtiny15. Разработка на основе AT90S4433 демонстрирует, как реализовать зарядное устройство на Си. Разработка на основе ATtiny15 является самой высокоинтегрированным и недорогим зарядным устройством среди доступных в настоящее время. AT90S4433 может использоваться совместно с ПК для передачи через УАПП и регистрации измеренных значений температуры и напряжения. В таблице 1 представлены отличия в разработках.

Источник

Заряд свинцовых аккумуляторов avr

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.

На операционном усилителе (ОУ) U5 типа LM358 собраны усилитель сигнала с шунта для измерения зарядного тока и усилитель сигнала с шунта для определения перегрузки. Питание ОУ осуществляется напряжением 12 вольт и напряжением -5 вольт, которое преобразуется при помощи ICL7660 из напряжения +5 вольт. Использование ICL7660 позволяет отказаться от применения трансформатора с двумя вторичными обмотками, как в оригинальном устройстве. Кроме того предусмотрен вариант использования Rail-to-Rail ОУ, что позволяет вообще отказаться от источника питания +12 вольт, преобразователя ICL7660, а также защитных диодных сборок D6, D7. Был испытан образец на ОУ MCP6002 который себя неплохо зарекомендовал. При использовании Rail-to-Rail ОУ не устанавливается стабилизатор 78l12 и конденсатор C15. Впаивается нулевая перемычка R13 для питания ОУ от +5 вольт, а вместо конденсатора C13 впаивается нулевая перемычка на корпус. Таким образом организуется питание +5 вольт для ОУ. При сборке нужно внимательно следить какой вариант собираете дабы не повредить ОУ и МК при несоответствии типа применяемого ОУ напряжению питания.

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.

Подключаем ЗУ к сети, подключаем батарею, устанавливаем требуемый ток заряда в диапазоне 0-10А вращением энкодера, нажимаем энкодер. Ток заряда плавно растет до установленного значения. При достижении на батарее 14.4 вольта ток плавно падает при условии неизменности напряжения на батарее в 14.4 вольта. При падении тока зарядки ниже 0.5А и напряжении 14.4 вольта считается что батарея заряжена и зарядка прекращается — выводится надпись «Батарея заряжена». При невозможности достижения напряжения на батарее в 14.4 вольта при токе 0.5 А в течении 4 часов выводится надпись «Проверь батарею не берет заряд» и заряд отключается. Если при включении зарядки ток не растет появляется надпись «Плохой контакт с батареей» и заряд отключается. При пробое тиристора и неконтроллируемом увеличении напряжения выше 15 вольт заряд отключается и появляется надпись «ERROR VOLTAGE». При чрезмерном увеличении тока заряда или КЗ также заряд отключается и выводится надпись «Ошибка по току». Чтобы досрочно прервать заряд энкодером уменьшаем ток до нуля и нажимаем энкодер или просто снимаем клемму с батареи. Для изменения тока заряда в процессе зарядки вращаем энкодер и нажимаем, появляется надпись «Ток изменен».

Источник