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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Universelles Mikrocontroller-Ladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Der Autor hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein einfaches Universalgerät zum Laden beliebig kleiner Batterien und deren Batterien unterschiedlicher Art, Kapazität und Nennspannung zu schaffen. Akkus sind heutzutage weit verbreitet, handelsübliche Ladegeräte dafür sind jedoch meist nicht universell einsetzbar und zu teuer. Das vorgeschlagene Gerät ist zum Laden von Akkus und Einzelbatterien (im Folgenden wird der Begriff „Batterie“ verwendet) mit einer Nennspannung von 1,2...12,6 V und einem Strom von 50 bis 950 mA bestimmt. Die Eingangsspannung des Gerätes beträgt 7...15 V. Die Stromaufnahme ohne Last beträgt 20 mA. Die Genauigkeit der Aufrechterhaltung des Ladestroms beträgt ±10 mA. Das Gerät verfügt über ein LCD und eine praktische Schnittstelle zum Einstellen des Lademodus und zur Überwachung seines Fortschritts. Es wurde ein kombiniertes Ladeverfahren implementiert, das aus zwei Stufen besteht. In der ersten Stufe wird die Batterie mit einem konstanten Strom geladen. Während es aufgeladen wird, erhöht sich die Spannung an ihm. Sobald der eingestellte Wert erreicht ist, beginnt die zweite Stufe – das Laden mit konstanter Spannung. In diesem Stadium wird der Ladestrom schrittweise reduziert und die Batterie behält die vorgegebene Spannung bei. Sinkt die Spannung aus irgendeinem Grund unter den eingestellten Wert, beginnt der Ladevorgang mit konstantem Strom automatisch erneut. Die Ladeschaltung ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Seine Basis ist der DD1-Mikrocontroller. Er wird von einem internen RC-Oszillator mit 8 MHz getaktet. Es werden zwei Kanäle des Mikrocontroller-ADC verwendet. Kanal ADC0 misst die Spannung am Ausgang des Ladegeräts und Kanal ADC1 misst den Ladestrom. Beide Kanäle arbeiten im Acht-Bit-Modus, dessen Genauigkeit für das beschriebene Gerät ausreichend ist. Die maximal gemessene Spannung beträgt 19,9 V, der maximale Strom 995 mA. Werden diese Werte überschritten, erscheint die Aufschrift „Hi“ auf dem HG1-LCD-Bildschirm. Der ADC arbeitet mit einer Referenzspannung von 2,56 V aus der internen Quelle des Mikrocontrollers. Um eine höhere Spannung messen zu können, reduziert der ohmsche Spannungsteiler R9R10 diese, bevor er an den ADC0-Eingang des Mikrocontrollers angelegt wird. Der Ladestromsensor ist der Widerstand R11. Die Spannung, die bei diesem Stromfluss darüber abfällt, wird dem Eingang des Operationsverstärkers DA2.1 zugeführt, der sie etwa um das 30-fache verstärkt. Die Verstärkung hängt vom Verhältnis der Widerstände der Widerstände R8 und R6 ab. Vom Ausgang des Operationsverstärkers wird eine zum Ladestrom proportionale Spannung über einen Repeater an den Operationsverstärker DA2.2 und den ADC1-Eingang des Mikrocontrollers geliefert. Auf den Transistoren VT1-VT4 ist ein elektronischer Schalter montiert, der unter der Steuerung eines Mikrocontrollers arbeitet, der am OS2-Ausgang Impulse mit einer Frequenz von 32 kHz erzeugt. Das Tastverhältnis dieser Impulse hängt von der benötigten Ausgangsspannung und dem Ladestrom ab. Die Diode VD1, die Induktivität L1 und die Kondensatoren C7, C8 wandeln die Impulsspannung proportional zu ihrem Arbeitszyklus in Gleichspannung um. Die LEDs HL1 und HL2 sind Statusanzeigen des Ladegeräts. Das Aufleuchten der HL1-LED bedeutet, dass die Ausgangsspannung begrenzt wurde. Die HL2-LED leuchtet, wenn der Ladestrom steigt, und aus, wenn sich der Strom nicht ändert oder abnimmt. Beim Laden eines vollständig entladenen Akkus leuchtet zunächst die HL2-LED auf. Die LEDs blinken dann abwechselnd. Der Abschluss des Ladevorgangs kann nur am Leuchten der HL1-LED erkannt werden. Durch Auswahl des Widerstands R7 wird der optimale Kontrast des Bildes auf dem LCD-Display eingestellt. Der R11-Stromsensor kann aus einem Stück hochohmigem Draht einer Heizspule oder aus einem leistungsstarken Drahtwiderstand hergestellt werden. Der Autor verwendete ein Stück Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Länge von etwa 20 mm vom Rheostat. Der Mikrocontroller ATmega8L-8PU kann durch jeden der ATmega8-Serie mit einer Taktfrequenz von 8 MHz und höher ersetzt werden. Der Feldeffekttransistor BUZ172 sollte auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von mindestens 4 cm installiert werden2. Dieser Transistor kann durch einen anderen p-Kanal-Transistor mit einem zulässigen Drain-Strom von mehr als 1 A und niedrigem Leerlaufwiderstand ersetzt werden. Anstelle der Transistoren KT3102B und KT3107D eignet sich ein anderes komplementäres Transistorpaar mit einem Stromübertragungskoeffizienten von mindestens 200. Wenn die Transistoren VT1-VT3 ordnungsgemäß funktionieren, sollte das Signal am Transistor-Gate dem in Abb. gezeigten ähneln. 2.
Der Induktor L1 wird aus der Stromversorgung des Computers entfernt (er ist mit einem Draht mit einem Durchmesser von 0,6 mm umwickelt). Die Konfiguration des Mikrocontrollers muss gemäß Abb. programmiert werden. 3. Die Codes aus der Datei V_A_256_16.hex sollten in den Programmspeicher des Mikrocontrollers eingegeben werden. Folgende Codes müssen in das EEPROM des Mikrocontrollers geschrieben werden: bei Adresse 00H - 2CH, bei Adresse 01H - 03H, bei Adresse 02H - 0BEH, bei Adresse 03H -64H.
Sie können mit der Einrichtung des Ladegeräts ohne LCD und Mikrocontroller beginnen. Trennen Sie den Transistor VT4 und verbinden Sie die Verbindungspunkte von Drain und Source mit einer Brücke. Legen Sie eine Versorgungsspannung von 16 V an das Gerät an. Wählen Sie den Widerstand R10 so aus, dass die Spannung an ihm im Bereich von 1,9...2 V liegt. Sie können diesen Widerstand aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen zusammenstellen. Wenn keine 16-V-Spannungsquelle gefunden wird, legen Sie 12 V oder 8 V an. In diesen Fällen sollte die Spannung am Widerstand R10 etwa 1,5 V bzw. 1 V betragen. Schließen Sie anstelle einer Batterie ein Amperemeter und einen leistungsstarken Widerstand oder eine Autolampe in Reihe an das Gerät an. Durch Ändern der Versorgungsspannung (jedoch nicht unter 7 V) oder Auswahl der Last stellen Sie den Strom durch diese auf 1 A ein. Wählen Sie den Widerstand R6 so, dass der Ausgang des Operationsverstärkers DA2.2 eine Spannung von 1,9...2 hat V. Wie beim Widerstand R10 ist es zweckmäßig, den Widerstand R6 aus zwei zu machen. Schalten Sie den Strom aus, schließen Sie das LCD an und installieren Sie den Mikrocontroller. Schließen Sie einen Widerstand oder eine 12-V-Glühlampe mit einem Strom von ca. 0,5 A an den Ausgang des Geräts an. Wenn Sie das Gerät einschalten, zeigt das LCD die Spannung an seinem Ausgang U und den Ladestrom I sowie die an Grenzspannung Uz und der maximale Ladestrom Iz. Vergleichen Sie die Strom- und Spannungswerte auf dem LCD mit den Messwerten eines handelsüblichen Amperemeters und Voltmeters. Sie werden wahrscheinlich variieren. Schalten Sie den Strom aus, installieren Sie die Brücke S1 und schalten Sie den Strom wieder ein. Um das Amperemeter zu kalibrieren, halten Sie die Taste SB4 gedrückt und stellen Sie mit den Tasten SB1 und SB2 auf dem LCD den Wert ein, der dem vom Referenzamperemeter angezeigten Wert am nächsten kommt. Um das Voltmeter zu kalibrieren, halten Sie die Taste SB3 gedrückt und stellen Sie mit den Tasten SB1 und SB2 den Wert auf dem LCD auf den vom Referenzvoltmeter angezeigten Wert ein. Entfernen Sie den Jumper S1, ohne die Stromversorgung auszuschalten. Kalibrierungskoeffizienten werden für Spannung an Adresse 02H und für Strom an Adresse 03H in das EEPROM des Mikrocontrollers geschrieben. Schalten Sie das Ladegerät aus, tauschen Sie den VT4-Transistor aus und schließen Sie eine 12-V-Autolampe an den Ausgang des Geräts an. Schalten Sie das Gerät ein und stellen Sie Uz = 12 V ein. Wenn sich Iz ändert, sollte sich die Helligkeit der Lampe gleichmäßig ändern . Das Gerät ist betriebsbereit. Mit den Tasten SB1 „▲“, SB2 „▼“, SB3 „U“, SB4 „I“ werden der benötigte Ladestrom und die maximale Spannung am Akku eingestellt. Das Ladestrom-Änderungsintervall beträgt 50...950 mA in 50-mA-Schritten. Das Spannungsänderungsintervall beträgt 0,1...16 V in Schritten von 0,1 V. Um Uz oder Iz zu ändern, halten Sie die Taste SB3 bzw. SB4 gedrückt und stellen Sie mit den Tasten SB1 und SB2 den gewünschten Wert ein. 5 s nach dem Loslassen aller Tasten wird der eingestellte Wert in das EEPROM des Mikrocontrollers geschrieben (Uz – an Adresse 00H, Iz – an Adresse 01H). Es ist zu beachten, dass sich die Geschwindigkeit der Parameteränderung um etwa das Zehnfache erhöht, wenn die Taste SB1 oder SB2 länger als 4 s gedrückt gehalten wird. Das Mikrocontroller-Programm kann von ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/va-256_16.zip heruntergeladen werden. Autor: V. Nefedov
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