Владимир Глуша

Зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов на МК.

Данное зарядное устройство предназначено для независимой автоматической зарядки трёх малогабаритных АКБ, размера ААА, АА. Весь процесс зарядки индицируется светодиодами. Если аккумулятор не разряжен до 1-го вольта, то ЗУ проведёт его разрядку и только потом начнётся зарядка, по окончании которой ЗУ проверит работоспособность аккумулятора, и если он будет неисправен, то подаст соответствующий сигнал.
За основу своей конструкции, я взял схему из журнала «Радио» № 10 за 2007 год - «Зарядное устройство на микроконтроллере PIC12F675», стр. 33-35.

Схема зарядного устройства и схема блока питания, приведены ниже на рисунках 1 и 2. В оригинальном зарядном устройстве, был использован импульсный блок питания на микросхеме TNY264, который подробно описан в журнале "Радио" за 2006 год, стр. 33-34, и в качестве которого можно использовать любой подходящий блок питания, с выходным напряжением 9 - 12 вольт, и током нагрузки от 1,5 ампера.

Рисунок 1.
Схема электрическая принципиальная.

Рисунок 2.
Схема электрическая принципиальная блока питания.

Программа для применённого в схеме микроконтроллера PIC12F675, постоянно дорабатывается. На данное время есть версия прошивки ZU_12F675_V_6.5.1. Я прошил версией ZU_12F675_V_6.4. Работает нормально. В прикреплённом архиве имеются все эти прошивки.
Данное зарядное устройство так же можно собрать и на микроконтроллере PIC12F683, программа для него написана пользователем kpmic с форума, ссылка на который приведена ниже и основательно отличается от версий для МК 12F675.
На данном микроконтроллере я работу устройства не проверял, а прошивка для него также имеется в прикреплении.
Да, схема и плата при применении данного микроконтроллера переделки не требует, отличие от версий для МК 12F675
измерение напряжения производится по прерыванию АЦП..

Работа схемы.

После подачи питающего напряжения, МК DD1 последовательно проверяет наличие подключенных к ячейкам аккумуляторов. При отсутствии напряжения на гнезде XS1 - МК DD1 "делает вывод”, что аккумулятор не установлен и переходит к анализу состояния следующей ячейки. Когда аккумулятор подключен, MK DD1 измеряет его напряжение, и если оно более 1 В. ячейка включается на режим разрядки.
На выводе 5 регистра DD2 появляется высокий уровень напряжения, открывается транзистор 1VT3, и через него и резистор 1R8 протекает ток разрядки около 100 мА, а светодиод 1HL2 начинает светить, индицируя этот режим.
Как только напряжение аккумулятора станет менее 1 В, МК DD1 выключит режим разрядки и светодиод 1HL2 погаснет. Высокий уровень появится на выводе 6 регистра DD2, откроются транзисторы 1VT1 и 1VT2, начнется зарядка аккумулятора и загорится светодиод 1HL1.
В этом режиме МК DD1 периодически измеряет напряжение на аккумуляторе, и когда оно достигнет значения 1,45 В, он начинает проверять возрастает напряжение или нет. Когда напряжение перестает увеличиваться, режим зарядки прекращается и кратковременно включается режим разрядки (загорается светодиод 1HL2) и измеряется напряжение на аккумуляторе. Если оно будет 1,1 В и менее, что свидетельствует о неудовлетворительном состоянии аккумулятора, светодиод 1HL2 станет мигать.

При подключении к ЗУ аккумулятора, напряжение на котором менее 1 В, режим зарядки включается сразу.
Для охлаждения элементов ЗУ применен вентилятор М1, который начинает работать при включении режима зарядки любого из аккумуляторов. Так как на него поступает напряжение питания меньше номинального (примерно 8,5 В), вращается он медленно, но производительности достаточно для охлаждения устройства. После окончания зарядки всех аккумуляторов вентилятор прекращает работу, а светодиод HL1 зеленого цвета свечения начинает мигать, показывая, что ЗУ можно отключить от сети.

ЗУ собрал на печатке, которую сделал по размерам имеющегося корпуса

Рисунок 3.
Печатная плата ЗУ.

При изготовлении ЗУ обратил внимание, что в схеме есть неточности: вывод 4 (GP3/MCLR) DD1 подключить к плюсу питания через резистор 1 к; перепутаны ноги DD1 5, 7 – это 1-й и 3-й канал (просто поменять местами при изготовлении платы).

При номиналах 1R2 24Ома - ток заряда около 0,22А и 1R8 10 Ом - ток разряда – 0,1А. Если нужны другие токи (под конкретный АКБ), то необходимо подбирать эти резисторы.
 

При прошивке МК особое внимание об­ратить на калибровочный байт, прошитый на заводе. Перед программированием необходимо прочитать содержимое его памяти. В конце последней строки вместо 3FFF будет 34ХХ это и есть байт, после загрузки hex в буфер программы эту константу нужно вернуть на место вручную! Ели затереть калибровочный байт, ЗУ не будет работать.

Ниже на рисунке 4, он обведён красным квадратом.

Рисунок 4.
Скрин с калибровочным байтом.

Если собрано все правильно, детали исправные, МК прошит как говорилось раньше, то ЗУ начинает работать сразу.
В процессе прогонки (проверки работоспособности, проверка max тока потребления, чтобы определиться с блоком питания) проводил заряд-разряд АКБ на всех каналах по раздельно и вместе.

У применённой мной версии прошивки, после включения устройства - кратковременно мигают светодиоды разряда.
Если напряжение больше 1 V - включается разряд, загораются светодиоды разряда и светодиод индикации включения.
Желтый (1HL2) – разряд до 0,9 V, красный (1HL1) – заряд, напряжение зависит от состояния аккумулятора, чем хуже аккумулятор, тем выше напряжение, может доходить до 2,5 V (зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора).
После окончания заряда, на 10 сек. включается желтый (разряд) и измеряется напряжение на аккумуляторе, и если оно упало до 1,1 вольта (и ниже), то мигает желтый светодиод. Аккумулятор в таком случае можно выкинуть или использовать в пультах управления. Хватает на пару месяцев.
При тестировании использовал свой лабораторный БП:

Рисунок 5.
Лабораторный БП.

Зеленый (HL1) включается при отсчете минутных интервалов, вспыхивает каждую минуту.
Так как устройство предназначенного для длительной работы (полный цикл заряд-разряд АКБ 2,8 А/ч занял около 15 часов), то желательно проконтролировать температурный режим силовых элементов (1DA1, 1VT2 во всех каналах) в подготовленном Вами корпусе.
Я сначала установил 1VT2 такие, как по схеме - КТ973, но в процессе работы «уж больно сильно они грелись» – до 70С. Пришлось поставить по мощнее – TIP146 (по схеме Дарлингтона, составные, аналог КТ825). Можно было в принципе оставить и КТ973, только желательно предусмотреть для них теплоотвод.
7805 тоже порядочно греются, если есть возможность, то их тоже лучше ставить на радиатор (все три на общую пластину через изолятор).

После всех тестов определился с параметрами необходимого БП, который должен иметь напряжение 9,5 V, и с током нагрузки 1,5 А.
Сначала пытался использовать и «китайские» малогабаритные БП, потом принял решение собирать ИБП по подобию в оригинале, на основе микрух TNY267PN (имеются в наличии). При проектировании использовал программу PIExpertSuite. Данная прога очень упрощает изготовление ИБП.
Вот скрин рабочего проекта:

Рисунок 6.
Скрин рабочего проекта схемы БП.

Рисунок 7.
Спецификация (список элементов).

Схема электрическая принципиальная, применённого мной в устройстве блока питания.

Рисунок 8.
Схема блока питания.

Программа PIExpertSuite очень удобная для проектирования импульсных блоков питания (правда, только на основе подобных микрух) и дает все рекомендации в использовании и применении компонентов, а также и изготовлении импульсного трансформатора.

Рисунок 9.
Рекомендации по изготовлению импульсного трансформатора.

Изготовил плату ИБП

Рисунок 10.
Печатная плата ИБП.

Собрал, проверил в работе.

Рисунок 11.
Собранная конструкция блока питания.

При изготовлении ЗУ обратил внимание, что в схеме есть неточности: вывод 4 (GP3/MCLR) DD1 подключить к плюсу питания через резистор 1 к; перепутаны ноги DD1 5, 7 – это 1-й и 3-й канал (просто поменять местами при изготовлении платы).

Рисунок 12.
Плата БП в корпусе.

Рисунок 13.
Плата ЗУ в крышке корпуса.

Рисунок 14.
Компоновка устройства.

По данному ЗУ есть форум журнала "Радио", где обсуждаются некоторые вопросы по повторению данной конструкции…

Если кто-то заинтересуется данной конструкцией, и в процессе сборки, или настройки возникнут какие либо вопросы, то задавайте их здесь на форуме. Чем смогу - обязательно помогу и отвечу на вопросы.

В прикреплённом вложении содержатся все необходимые файлы для сборки ЗУ.

Архив для статьи.