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».
прикупил я тут некоторое время назад пару новых аккумов. Пару потому что не в машину, а домой с целью строить домашнее бесперебойное питание. И хотя я живу в Москве, моему дому больше 30 лет, старая 9-этажка и с напряжением серьезная проблема. Очень часто происходят кратковременные пропадания. Которые очень вредны холодильникам, кондиционерам и прочим компрессорным устройствам. Сейчас реже, но раньше очень часто напряжение было завышенным — постоянно было около 260 вольт, лампочки не успевал менять.
Сейчас наоборот, по вечерам часто меньше 200в, хотя вроде уже лето и народ поубирал обогреватели в кладовки. В общем, черт знает что творится.
Был у меня старенький комповый упс, вроде приличной фирмы, APC. Мощность 750ватт и его хватало на все что в комнате кроме компа, освещение, благо все либо на светодиодах, либо энергосберегающие, холодильник тоже тянет, у него только в момент пуска под 600 ватт скачок, а потом не больше 60.
Но проблема с этим APC такая, что он постоянно портит свои встроенные аккумы, которых там пара последовательно увеличенных на 12ач каждый, сменил уже комплекта три и решил попробовать к нему снаружи автомобильные пару, они в разы дешевле самых маленьких упсовых специальных. А емкость выдают больше. Но тут снова проблема. Всплыла причина, по которой упс портил свои батареи — завышенное напряжение поддержки. Полностью заряженные батареи он постоянно лупит больше 13в. Так что родные батарейки тупо сохнут, а внешние автомобильные — кипят. Читал, что как то хакерскими метожами можно умудриться отрегулировать эти параметры, которые программно производитель не дает крутить, но попробовать не успел. В итоге в процессе экспериментов с внешними аккумами этот упс благополучно издох и туда ему и дорога. Взамен был куплен новосибирский a-electronica, у которого все параметры элементарно снаружи кнопочками регулируются. Так что теперь у меня эта веселая пара очень хорошо себя чувствует. В моменты глюков в сети все спокойно переключается на батарейки, спокойно заряжается и потом поддержка стоит на уровне нормальной заряженной батареи — 12,7 — 12,8.
А когда покупал эти батарейки, в магазине принимали старые в зачет стоимости, точнее, принимали по весу старые, а у меня их накопилось таких полудохлых уже довольно много, замучился заряжать, ну я их все туда и свез, так что в итоге мне один из двух новых вышел бесплатно.
А потом слегка пожалел, потому что стали попадаться статьи, о том, что можно было попробовать десульфатировать уставший аккум. ну да благо у меня еще осталась пара не очень свежих, на которых можно поэкспериментировать.
О конкретных замерах увеличения емкости пока говорить рано, ибо наработок пока нет, и говорить не очем
сейчас пока о самом методе.
Готовые десульфататоры (десульфаторы) работаю по принципу цикличного разряда заряда с большой частотой. Аккумулятор просто туда сюда очень понемногу гоняется на заряд разряд и гранулы сульфата понемногу таким образом рассасываются. Весь вопрос в правильном подборе тока и длительности импульса.
А так же есть умные зарядки, которые в последней стадии заряда так же подают импульсами ток, таким образом, либо достигается десульфатация, либо просто для поддержки малым током, чтобы избежать кипения
У моего зарядника такой функции нет, поэтому я решил попробовать из подручных средств соорудить примочку для организации импульсной зарядки, а так же и циклической зарядки-разрядки
для этого просто в параллель к аккумулятору вешается нагрузка, потребляющая ток вдвое меньше тока заряда. В итоге в период заряда поовину тока отберет нагрузка, а половина достанется аккумулятору. А когда цикл заряда будет на моменте отключения, тогда нагрузка будет с таким же током разряжать аккумулятор
Конечно по энергопотреблению это неэффективно, ведь 2/3 энергии у нас будет постоянно уходить на тепло в нагрузке. Правильнее создать схему, которая с определенным током будет включать заряд, одновременно отключая балластную нагрузку. Но в нашем случае ключевой задачей будет простота.
Так, например эту же самую задачу люди исполняли на основе самой обыкновенной релюшки поворотника, Частоту моргания которой можно регулировать, если открыть ее и разобравшись в электронике, изменять параметр какого нибудь резистора. Еще проще с этой целью использовать обычную пятиконтактную релюшку, которая сама себя переключает через конденсатор, подбором которого так же регулируется частота. такие схемы тоже есть в достатке. Мне не нравится, что релюшки громко щелкают. У меня все стоит на балконе дома и ночью сильно мешает спать, да и днем постоянное щелкание сутками прилично раздражает.
Значит надо использовать электронику. Есть схемы десульфататоров для повторения на базе счетчика 555 например, но тут уже любой автомобилист вряд ли сможет с наскоку это реализовать. Электроная схема должна быть такой, чтобы быть не сложнее схемы автомобильного зажигания, с которой мы автолюбители худо бедно как то справляемся. И тут я наткнулся на одно видео, в котором товарищ построил на автомобильных комплектующих простую схему высоковольтного разрядника, на базе катушки зажигания, свечи, коммутатора, а вместо источника импульсов — трамблера он взял компьютерный вентилятор с трехжильным проводом. Третий провод у него как раз датчик холла для индикатора оборотов.
А я тут некоторое время балуюсь с ардуиной. уже несколько игрушек сделал, машинки c управлением на ик пультах, управление домашним освещением с такими же пультами, ну и прочие безделушки.
Самая первая программа, которую осваивает начинающий ардуинщик — blink. Она имеется в наборе примеров и начинают как раз всегда с нее, для этого даже не надо ничего собирать, на борту ардуины уже есть светодиод, которым эта программа и моргает. Он дублирует 13 ногу ардуины.
В моем мозгу сразу скомпоновалась схема, в которой вместо датчика холла будет моргать своим 13 светодиодом ардуина, а вместо ВВ катушки на выходе будет стоять мой старый зарядник и заряжать аккум
коммутатор все это дело трансформирует из слаботочных импульсов в мощные силовые. Его пришлось привинтить на компьютерный кулер, ибо мощности в моем случае на коммутаторе стало выделяться поболе, чем в системе зажигания.
Если в доме уже имеется ардуина, и к ней хотя бы минимальный опыт моделирования
А в гараже откопается старый ненужный коммутатор от жигуля, таким образом, больше ничего не потребуется, чтобы собрать простейший импульсатор для старой обычной зарядки аккумулятора
Если вы не знаете, что такое ардуина, конечно специально ради такой затеи с ней разбираться вряд ли стоит. Хотя может и стоит, с чего то ведь надо начинать — ардуина забавная штука, позволяет с минимальными познаниями радиотехники реализовывать очень сложные на первый взгляд проекты.
очень похоже на лего механикс. Только раз в 100 дешевле
видос:
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».
