РадиоКот :: Контроллер разряда батареи
Например TDA7294

РадиоКот >Конкурсы >пкпч2014 >

Теги статьи: Добавить тег

Контроллер разряда батареи

Автор: black27512
Опубликовано 25.08.2014
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2014"

В данной статье речь пойдет от том, как правильно разряжать аккумуляторы… Да-да, именно разряжать!
В настоящее время всё больше и больше различных приборов производятся в беспроводном варианте, что уж говорить, мода дошла уже до беспроводных утюгов… Не говоря уже о слесарном инструменте, измерительных приборах и прочих устройствах. Большая часть таких устройств питаются от аккумуляторов и в последнее время всё больше и больше от литиво-ионных (Li-ion) или литиво-полимерных (Li-pol) аккумуляторов. Данный тип аккумуляторов обладает рядом преимуществ по сравнению c применяемыми ранее никель-кадмиевыми (Ni-Cd) и никель-металлогидридными (Ni-MH). Но, несмотря на преимущества у них есть мощный недостаток – это боязнь глубокого разряда. При глубоком заряде литиво-ионные аккумуляторы необратимо разрушаются, вздуваются, увеличивают внутреннее сопротивление, ну и как следствие теряют нормальную работоспособность. В устройствах, выпускаемых промышленностью, для устранения этой проблемы используются специальные контроллеры и схемы защиты от переразряда, так же не маловажное внимание уделяется индикатору заряда.
В радиолюбительской же практике переход на литиво-ионные аккумуляторы несколько болезнен, если с их зарядом в настоящее время нет никаких проблем, т.к. существует уже масса микросхем “под ключ” и с минимум обвязки, способных в автоматическом режиме заряжать этот вид аккумуляторов, то для контроля разряда существует не так много вариантов.
Такие проблемы не возникают если вы делаете конструкцию на МК, там достаточно задействовать встроенный АЦП и контролировать уровень заряда АКБ, блокируя работу устройства при снижении напряжения ниже критического уровня. А вот в конструкциях без МК это значительно сложнее. Например, в аналоговых устройствах, фонарях и т.п. Также сейчас многие столкнулись с проблемой переделки электроинструмента (шуруповертов и т.п.) на Li-ion аккумуляторы. Всё бы хорошо, но не хватает защиты от переразряда и индикации уровня заряда.
Самыми народными сейчас считаются Li-ion аккумуляторы формата 18650. Они доступные, не дорогие и достаточно ёмкие. Их можно извлечь из батарей ноутбуков, батарей для другой аппаратуры, ну или просто приобрести в интернет-магазине.

 

Для решения выше описанной проблемы была придумана небольшая схема на МК. Не смотря на простоту, схема умеет делать следующее:
- автоматическое определение количества банок в батарее (1-3);
- 4 уровневая индикация уровня заряда;
- защита батареи от переразряда;
- электронное управление выходом;
- вольтметр с точностью до 0.1В;
- режим “во что б это не встало” (имитация отсутствия защиты от переразряда).
 
Ниже представлено 2 варианта схемы, отличаются они лишь наличием и отсутствием стабилизатора на 3 вольта. Это связано с тем, что при использовании одной банки с максимальным напряжением 4.2 вольта МК можно питать непосредственно от батареи. В случае питания от двух или трех банок уже требуется стабилизация напряжения, что бы не вывести из строя МК. Прошивка при этом одна и та же, она автоматические определит сколько банок было подключено.

В качестве примера использования в схему со стабилизатором добавлен еще понижающий стабилизатор на 5 вольт и выход на USB. Это вариант применения схемы в качестве мобильного зарядного устройства. Но вместо стабилизатора на 5 вольт можно подключить любую другую нагрузку.
В конструкции применен МК ATtyny13. Можно использовать совершенно в любом корпусе с любыми буквенными индексами, прошивка от этого не меняется. В качестве стабилизатора DA1 допускается применение любого стабилизатора на 3-3.3 вольта, но тут следует обратить внимание на его энергопотребление. Дело в том, что, например, микросхема LM1117-3.3 без нагрузки потребляет около 3 мА, что в случае длительного соединения с батареей довольно быстро может ее разрядить и даже переразрядить. Поэтому следует выбирать стабилизатор с наименьшим током потребления. Сам же МК потребляет менее 1 мА в дежурном режиме и чуть более 1 мА в активном. Прошивка написана таким образом, что бы максимально снизить потребление. Транзистор VT2 можно найти на плате контроллера отслужившей батареи ноутбука, либо заменить его другим P-канальным мосфетом с низким управляющим напряжением на затворе. Остальные детали не критичны.
 
Теперь небольшая инструкция по применению. Вариант прошивки 1:
Этот вариант больше подходит для мобильных ЗУ и т.п. стиля использования.
При подаче питания происходит индикация количества банок путем мигания светодиода желтым цветом (1 раз – 1 банка, 2 раза – 2 банки и т.д.). После индикации количества банок идет индикация уровня заряда (зеленый – полный, желтый – средний, красный – низкий, мигающий красный – ниже критического). Затем светодиод гаснет и происходит переход в режим ожидания, при этом выходной ключ закрыт. Если нажать на кнопку кратковременно, то запускается индикация напряжения батареи (количество вспышек зеленым цветом указывает на единицы вольта, красным – десятых долей вольта). При длительном нажатии происходит открывание выходного ключа, который сопровождается индикацией уровня заряда. Во включенном состоянии примерно с секундной периодичностью происходят кратковременные вспышки цветом, показывающим уровень заряда. Для удобства считывания можно так же кратковременно нажать на кнопку, что бы индикация произошла более длительной. При достижении критического уровня заряда происходит быстрое мерцание красным цветом и отключение (закрытие выходного ключа). Так же что бы закрыть выходной ключ достаточно так же длительно удерживать кнопку.
 
В прошивке предусмотрен режим калибровки вольтметра, для входа в этот режим необходимо удерживать кнопку и подать питание на схему. При этом выходной ключ будет закрыт, а светодиод изменением цвета будет индицировать порог перехода через уровень входного напряжения 12.0В. Таким образом можно подобрать резисторы в делителе R5 и R6. ну или просто проверить правильность работы. В этом же режиме можно включить режим “во что б это не встало”. Для этого нужно нажать и удерживать кнопку до того момента когда погаснет светодиод. При этом выходной ключ откроется, а МК “заснет” в состоянии наименьшего энергопотребления. Выйти из этого состояния можно только отключив питание от схемы.
 
Вариант прошивки 2:
Этот вариант больше подходит для максимальной “незаметности” присутствия контроллера батареи.
От первого варианта он отличается тем, что при подаче напряжения на схему происходит автоматическое включение. Так же во включенном состоянии отсутствует постоянная индикация уровня заряда. Для удобства в рабочем режиме при очень кратковременном нажатии срабатывает вольтметр, а при более длительном индикация уровня заряда. Так же при длительном удержании происходит выключение, аналогичное первому варианту.
Далее несколько фотографий платы и готовых устройств:

Для прошивки МК можно использовать многие программаторы, в том числе от AVR910 (вариант от PROTTOSS) https://prottoss.com/projects/AVR910.usb.prog/avr910_usb_programmer.htm , только при использовании программатора PROTTOSS следует замкнуть перемычку на нем LOW SCK (!), это как раз тот случай, когда МК работает на слишком низкой частоте.
Биты конфигурации устанавливаются следующим образом:

Lock2 = Unprogrammed (1)
Lock1 = Unprogrammed (1)

SPIEN = Programmed (0)
RSTDISBL = Unprogrammed (1)
BODLEVEL0 = Unprogrammed (1)
BODLEVEL1 = Programmed (0)
DWEN = Unprogrammed (1)
WDTON = Unprogrammed (1)
EESAVE = Unprogrammed (1)
SELFPRGEN = Unprogrammed (1)
SUT1 = Unprogrammed (1)
SUT0 = Programmed (0)
CKSEL1 = Unprogrammed (1)
CKSEL0 = Unprogrammed (1)
CKDIV8 = Unprogrammed (1)

В приложении к статье можно найти чертежи плат (два варианта) и собственно прошивки с исходниками.


Файлы:
Приложение


Все вопросы в Форум.



Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

53 12 5
6 0 0