Mikro -ohjainpohjainen älykäs akkulaturi: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Piiri, jonka aiot nähdä, on älykäs akkulaturi, joka perustuu ATMEGA8A -järjestelmään ja jossa on automaattinen virrankatkaisu.

Rakensin laturin periaatteessa 11.1v/4400maH-litiumioniakun lataamiseen. Laiteohjelmisto on pohjimmiltaan kirjoitettu lataamaan tätä tiettyä akkutyyppiä.

Kuten tiedät, älykkäät akkulaturit ovat helposti saatavilla markkinoilla, mutta koska olen elektroninen harrastaja, minun on aina parempi rakentaa oma kuin ostaa sellainen, jolla on staattisia/muuttumattomia toimintoja. päivittää tulevaisuudessa, joten olen jättänyt tilaa tälle.

Kun ostin ensimmäisen edellisen 11,1 V/2200 mAh litiumioniakun, etsin Internetistä älykkäällä ohjauksella varustettuja DIY-akkulatureita, mutta löysin hyvin rajalliset resurssit. Mutta koska edellinen akuni kuoli ajan myötä (ilman syytä), ostin toisen 11,1 V/4400 mAh: n litiumioniakun, mutta tällä kertaa edelliset asetukset eivät riittäneet uuden akun lataamiseen. vaatin, opiskelin verkossa ja pystyin suunnittelemaan oman älykkään laturin.

Jaan tämän, koska luulen, että monet harrastajat/harrastajat ovat siellä, jotka ovat todella intohimoisia työskentelemään tehoelektroniikan ja mikrokontrollerin parissa ja tarvitsevat myös rakentaa oman älykkään laturin.

Katsotaanpa nopeasti, kuinka ladata litiumioniakku.

Vaihe 1: Litiumioniakun latausprotokolla

Li-ion-akun lataaminen edellyttää tiettyjen ehtojen täyttymistä. Jos emme ylläpidä ehtoja, joko akku on alijännitetty tai se sytytetään tuleen (jos se on ylikuormitettu) tai vahingoittuu pysyvästi.

On erittäin hyvä verkkosivusto, joka tietää kaiken tarvittavan erityyppisistä paristoista, ja tietysti tiedät sivuston nimen, jos olet perehtynyt paristojen parissa työskentelyyn … Kyllä, puhun batteryuniversity.com -sivustosta.

Tässä on linkki, joka tietää tarvittavat tiedot litiumioniakun lataamiseksi.

Jos olet tarpeeksi laiska lukemaan kaikki nämä teoriat, pääasia on seuraava.

1. 3,7 voltin litiumioniakun täysi lataus on 4,2 volttia, meidän tapauksessamme 11,1 voltin litiumioniakku tarkoittaa 3 x 3,7 voltin akkua. lataa jopa 12.5v.

2. Kun akku on saavuttamassa täyden latauksensa, akun ottama virta laturista laskee jopa 3%: iin akun nimelliskapasiteetista. Joten kun akku on ladattu täyteen, akun vetämä virta saavutetaan lähes 3% -5%: sta 4400ma: sta eli välillä 132-220 mA. 190ma (lähes 4% nimelliskapasiteetista).

3. Kokonainen latausprosessi on jaettu kahteen pääosaan: 1-vakiovirta (CC-tila), 2-vakiojännite (CV-tila). (Lisäksi on lisäyslataustila, mutta emme ota sitä käyttöön laturissamme laturina ilmoittaa käyttäjälle täydestä latauksesta hälyttämällä, sitten akku on irrotettava laturista)

CC -tila -

CC -tilassa laturi lataa akun 0,5c tai 1c latausnopeudella. Mikä helvetti on 0,5c/1c ???? Yksinkertaisesti, jos akun kapasiteetti on esimerkiksi 4400 mAh, CC -tilassa 0,5 c on 2200 mA ja 1c on 4400 mA latausvirta. 'c' tarkoittaa lataus-/purkausnopeutta.

Turvallisuuden vuoksi valitsen 1000 mA: n latausvirran 4400 mAh: n akulle eli 0,22 c. Tässä tilassa laturi valvoo akun ottamaa virtaa latausjännitteestä riippumatta. /alentaa lähtöjännitettä, kunnes akun varaus saavuttaa 12,4 voltin.

CV -tila -

Nyt kun akun jännite saavuttaa 12,4 voltin, laturi ylläpitää 12,6 voltin jännitettä (riippumatta akun ottamasta virrasta). Nyt laturi pysäyttää lataussyklin kahdesta syystä riippuen. ja myös jos latausvirta laskee alle 190 mA: n (4% akun nimelliskapasiteetista, kuten aiemmin selitettiin), latausjakso keskeytetään ja kuuluu summeri.

Vaihe 2: Kaavio ja selitys

Katsotaanpa nyt piirin toimintaa. Kaavio on liitteenä pdf -muodossa BIN.pdf -tiedostossa.

Piirin tulojännite voi olla 19/20v. Olen käyttänyt vanhaa kannettavan laturia saadaksesi 19v.

J1 on terminaaliliitin, jolla piiri kytketään tulojännitelähteeseen. Q1, D2, L1, C9 muodostaa buck -muuntimen. Mitä helvettiä se nyt on ??? Jos haluat tietää enemmän buck -muuntimista, käy tällä sivulla. mutta rehellisesti sanottuna ne eroavat täysin teoriasta. C9 vaatimukseni mukaan kesti 3 päivää kokeiluja ja virheitä. Jos aiot ladata erilaisia akkuja, voi olla mahdollista, että nämä arvot muuttuvat.

Q2 on tehot Mosfetin Q1 ohjaintransistori. R1 on Q1: n esijännitevastus. Syömme pwm -signaalin Q2: n tukiasemassa ohjaamaan lähtöjännitettä. C13 on irrotuskorkki.

Nyt lähtö syötetään sitten Q3: een. Voidaan esittää kysymys, että "Mitä hyötyä Q3: sta on täällä ??". Vastaus on melko yksinkertainen, se toimii kuin yksinkertainen kytkin. Aina kun mittaamme akun jännitettä, suljemme Q3: n irrottaaksesi latausjännitteen lähdön buck -muuntimesta. Q4 on Q3: n ohjain, jossa on esijännitysvastus R3.

Huomaa, että polussa on diodi D1, mitä diodi tekee tässä polussa? Tämä vastaus on myös hyvin yksinkertainen: aina kun piiri irrotetaan tulovirrasta, kun akku on liitetty ulostuloon, akun virta Virtaus taaksepäin MOSFET Q3 & Q1: n runko -diodien kautta ja siten U1 ja U2 saavat akun jännitteen tuloihinsa ja käynnistävät piirin akkujännitteestä. tämän välttämiseksi käytetään D1: tä.

D1: n ulostulo syötetään sitten virtatunnistintuloon (IP+). Tämä on halliefektin perusvirta-anturi eli virran tunnistava osa ja lähtöosa on eristetty. Tässä R5, RV1, R6 muodostavat jännitteenjakajapiirin akun jännitteen/lähtöjännitteen mittaamiseksi.

Atmega8: n ADC: tä käytetään tässä akun jännitteen ja virran mittaamiseen. ADC voi mitata enintään 5 V: n, mutta mittaamme enintään 20 V: n (jonkin verran pääntilaa).: 1 jännitteenjakajaa käytetään. Potti (RV1) hienosäätää/kalibroida. Keskustelen siitä myöhemmin.

ACS714 -virta -anturin lähtö syötetään myös atmega8: n ADC0 -nastaan. Tämän ACS714 -anturin avulla mittaamme virran. kuinka mitata virtaa.

Nestekidenäyttö on normaali 16 x 2 lcd. Tässä käytetty lcd on määritetty 4 -bittiseen tilaan, koska atmega8: n pin -numero on rajoitettu.

Atmega8: n kellotaajuus on 16 mhz, ja siinä on ulkoinen kristalli X1, jossa on kaksi irrotuskorkia C10/11. Atmega8: n ADC -yksikkö saa virtaa Avcc -nastan kautta 10uH: n induktorin kautta. Huomaa, että Agnd -nasta ei näy piirissä.

Olen määrittänyt atmega8: n ADC: n käyttämään ulkoista Vref -laitetta, eli toimitamme vertailujännitteen Aref -nastan kautta. Sisimmäinen syy tähän on maksimaalisen mahdollisen lukutarkkuuden saavuttaminen. Siksi määritin sen ulkoisesti. Nyt tässä on huomionarvoinen asia. 7805 (U2) toimittaa vain ACS714 -anturin ja atmega8: n Aref -nastan optimaalisen tarkkuuden säilyttämiseksi. ACS714 antaa vakaan 2,5 voltin lähtöjännitteen mutta esimerkiksi jos ACS714: n syöttöjännite laskee (esim. 4.7v), myös ilman virtaa oleva lähtöjännite (2.5v) laskee ja aiheuttaa väärän/virheellisen virtalukeman Samoin kun mittaamme jännitettä suhteessa Vrefiin, Arefin vertailujännitteen on oltava virheetön ja vakaa, minkä vuoksi tarvitsemme vakaan 5v.

Jos saisimme virran ACS714: lle ja Arefille U1: sta, joka syöttää atmega8: ta ja lcd: tä, U1: n ulostulossa olisi huomattava jännitehäviö ja ampeeri- ja jännitelukemat olisivat virheellisiä. toimittamalla vakaan 5 voltin vain Arefille ja ACS714: lle.

S1 -painiketta painetaan kalibroimaan jännitteen lukema. S2 on varattu tulevaa käyttöä varten. Voit joko lisätä/olla lisäämättä tätä painiketta valintasi mukaan.

Vaihe 3: Toiminta…

Kun virta kytketään, atmega8 kytkee buck -muuntimen päälle antamalla 25% pwm -tehon Q2: n tukiasemassa. Puolestaan Q2 ajaa Q1: tä ja buck -muunnin käynnistyy. ja akku. Atmega8 lukee sitten akun jännitteen vastuksenjakajan kautta. Jos akkua ei ole kytketty, atmega8 näyttää viestin "Aseta akku" 16 x 2 lcd: n kautta ja odottaa akkua. atmega8 tarkistaa jännitteen. Jos jännite on pienempi kuin 9 V, atmega8 näyttää 16x2 lcd: llä "Viallinen akku".

Jos yli 9 voltin akku löytyy, laturi siirtyy ensin CC -tilaan ja kytkee lähdön päälle mosfet Q3. Lataustila (CC) päivittyy näyttöön heti. mega8 poistuu välittömästi CC -tilasta ja siirtyy CV -tilaan. jos akun jännite on alle 12,4 V, mega8 ylläpitää 1A: n latausvirtaa lisäämällä/pienentämällä buck -muuntimen lähtöjännitettä vaihtelemalla pwm -käyttöjaksoa ACS714 -virta -anturi lukee latausvirran. Buck -lähtöjännite, latausvirta, PWM -käyttöjakso päivitetään säännöllisesti LCD -näytössä.

Akun jännite tarkistetaan kytkemällä Q3 pois päältä 500 ms välein. Akun jännite päivitetään välittömästi LCD -näyttöön.

Jos akun jännite nousee yli 12,4 voltin latauksen aikana, mega8 poistuu CC -tilasta ja siirtyy CV -tilaan.

Sitten mega8 ylläpitää 12,6 voltin lähtöjännitettä vaihtamalla taakan käyttöjaksoa. Tässä akun jännite tarkistetaan 1 sekunnin välein. Heti kun akun jännite on yli 12,5 V, se tarkistetaan jos vedetty virta on alle 190 mA.

Vaihe 4: Tarvittavat osat

Alla on lueteltu projektin loppuun saattamiseen tarvittavat osat.

1) ATMEGA8A x 1. (tietolomake)

2) ACS714 5A Pololu x 1 -virtasensori (suosittelen lämpimästi käyttämään Pololun anturia, koska ne ovat parhaita tarkkuuksia kaikkien muiden käyttämieni antureiden joukossa, löydät sen täältä). Pinout on kuvattu kuvassa.

3) IRF9540 x 2. (tietolomake)

4) 7805 x 2 (suosittelee Toshiban alkuperäisvaraosia, koska ne antavat vakaimman 5 V: n lähdön). (Tietolomake)

5) 2n3904 x 3. (tietolomake)

6) 1n5820 schottky x 2. (tietolomake)

7) 16x2 LCD x 1. (tietolomake)

8) 330uH/2A -tehon kela x 1 (Coilmasterin suosittelema)

9) 10uH -induktori x 1 (pieni)

10) Vastukset -(Kaikki vastukset ovat 1% MFR -tyyppiä)

150R x 3

680R x 2

1 x 1

2k2 x 1

10 x 2

22k x 1

5k potti x 2 (PCB -kiinnitystyyppi)

11) Kondensaattorit

Huomautus: En käyttänyt C4 -laitetta. Sitä ei tarvitse käyttää, jos käytät kannettavan tietokoneen virtalähdettä/säädettyä virtalähdettä 19 voltin virtalähteenä

100uF/25v x 3

470uF/25v x 1

1000uF/25v x 1

100n x 8

22p x 2

12) PCB -asennuksen hetkellinen painokytkin x 2

13) 20v summeri x 1

14) 2 -nastainen riviliittimen liitin x 2

15) Kaappi (käytin tällaista kaappia.). Voit käyttää mitä haluat.

16) Kannettavan tietokoneen 19 voltin virtalähde (muutin hp -kannettavan virtalähdettä. Voit käyttää minkä tahansa tyyppistä virtalähdettä haluamallasi tavalla.

17) Keskikokoinen jäähdytyselementti U1: lle ja Q1: lle.

18) Banaaniliitin - naaras (musta ja punainen) x 1 + uros (musta ja punainen) (riippuen liittimien tarpeesta)

Vaihe 5: Aika laskea ……

Jännitteen mittauslaskelma:

Suurin jännite, mitataan käyttämällä atmega8 adc -laitetta, on 20 V, mutta atmega8: n ADC voi mitata enintään 5 V: n. Joten voisimme toteuttaa sen yksinkertaisesti käyttämällä kahta vastusta, mutta meidän tapauksessani olen lisännyt potin kahden kiinteän vastuksen väliin, jotta voimme säätää tarkkuutta manuaalisesti kääntämällä kattilaa. ADC: n resoluutio on 10 bittiä eli ADC on 0v - 5v desimaalilukuina 0-1023 tai 00h - 3FFh. ('h' tarkoittaa heksadesimaalilukuja).

Joten mitattu jännite = (adc -lukema) x (Vref = 5v) x (vastuksen jakajakerroin eli 4 tässä tapauksessa) / (max.

Oletetaan, että saamme adc -lukeman 512. Sitten mitattu jännite on -

(512 x 5 x 4) / 1023 = 10v

Nykyinen mittauslaskelma:

ACS714 antaa 2,5 V: n vakaan lähdön ulostulonapissa, kun virtaa ei virtaa IP+: sta kohti IP-: n. 2.5v+(0,185 x 3) v = 3,055v sen ulostulossa.

Joten nykyinen mittauskaava on seuraava -

Mitattu virta = (((adc-lukema)*(Vref = 5v)/1023) -2,5)/0,185.

esimerkiksi ADC -lukema on 700, niin mitattu virta on - (((700 x 5)/1023) - 2,5)/0,185 = 4,98A.

Vaihe 6: Ohjelmisto

Ohjelmisto on koodattu Winavrissa käyttäen GCC: tä. Olen moduloinut koodin eli olen luonut erilaisia kirjastoja, kuten adc -kirjasto, lcd -kirjasto jne. Voit käyttää myös lcd_updated _library.c -sovellusta, koska lcd: n käynnistysjärjestystä muutetaan tässä kirjastossa. jos haluat käyttää päivitettyä kirjastoa, nimeä se uudelleen nimellä lcd.c

Main.c-tiedosto sisältää päätoiminnot. Li-ionin latausprotokolla on kirjoitettu tähän. Määrittele ref_volttia main. C mittaamalla U2: n (7805) lähtö tarkalla yleismittarilla saadaksesi tarkat lukemat laskutoimituksina. perustuvat siihen.

Voit yksinkertaisesti polttaa.hex -tiedoston suoraan mega8: ssa ohittaaksesi päänsärky.

Niille, jotka haluavat kirjoittaa toisen latausprotokollan, olen kirjoittanut tarpeeksi kommentteja, joiden avulla jopa lapsi voi ymmärtää, mitä kullekin rivin suorittamiselle tapahtuu. Sinun on vain kirjoitettava oma protokollasi eri akkutyypeille. jos jännite on erilainen, sinun on muutettava vain parametreja.

Suosittelen vahvasti olemaan rakentamatta tätä piiriä, jos tämä on ensimmäinen projektisi tai olet uusi mikro-/tehoelektroniikan parissa.

Olen ladannut jokaisen tiedoston alkuperäisessä muodossaan lukuun ottamatta Makefile -tiedostoa, koska se luo ongelman avatakseen. Olen ladannut sen.txt -muodossa. Kopioi sisältö ja liitä se uuteen Makefile -tiedostoon ja rakenna koko projekti. Voila…. olet valmis polttamaan heksatiedoston.

Vaihe 7: Teoriaa riittää…

Tässä ovat prototyyppini kuvat leipälevystä viimeisteltyyn piirilevyyn. Katso kuvien muistiinpanot saadaksesi lisätietoja. Kuvat on järjestetty sarjaan alusta loppuun.

Vaihe 8: Ennen ensimmäistä latausjaksoa ……. Kalibroi !!

Ennen kuin lataat akun laturilla, sinun on ensin kalibroitava se, muuten akku ei voi ladata/ylikuormittaa sitä.

Kalibrointia on kahta tyyppiä 1) Jännitteen kalibrointi. 2) Nykyinen kalibrointi Kalibroinnin vaiheet ovat seuraavat.

Mittaa ensin U2: n lähtöjännite ja määritä se main.c -arvossa ref_voltiksi. Mine oli 5.01. Ohjelmisto huolehtii kaikesta itse

Nyt kun olet polttanut heksatiedoston sen jälkeen, kun olet määrittänyt ref. Voltin main.c: ssä, tappaa yksikön virta.

Mittaa nyt ladattavan akun jännite yleismittarilla ja kytke akku laitteeseen.

Paina nyt S1 -painiketta ja pidä sitä painettuna ja kytke virta virtapiiriin, kun painiketta painetaan. Vapauta painike S1 lyhyen noin 1 sekunnin viiveen jälkeen. Huomaa, että laite ei siirry kalibrointitilaan, jos kytket virtapiirin ensin päälle ja paina sitten S1.

Nyt voit nähdä näytöstä, että piiri on siirretty kalibrointitilaan. "Cal mode" näkyy lcd: ssä yhdessä akun jännitteen kanssa. Nyt sovita LCD -näytössä näkyvä akun jännite yleismittarisi lukemaan kääntämällä potti Kun olet valmis, paina S1 -kytkintä uudelleen, pidä sitä painettuna noin sekunnin ajan ja vapauta se. Poistut kalibrointitilasta.

Edellä kuvattu prosessi voidaan tehdä myös ilman akkua. Jos sinun on kytkettävä ulkoinen virtalähde lähtöliitäntään (J2). Kun olet siirtynyt kalibrointitilaan, kalibroi potin avulla. Mutta tällä kertaa irrota ulkoinen virtalähde ja paina sitten S1 poistuaksesi kalibrointitilasta. Tämä on välttämätöntä irrottaa ensin ulkoinen virtalähde, jotta yksiköiden toimintahäiriöt vältetään.

Vaihe 9: Kytkeminen päälle kalibroinnin jälkeen….. nyt olet valmis rockiin

Nyt kun kalibrointi on valmis, voit nyt aloittaa latausprosessin. Kytke ensin akku ja kytke laite sitten päälle.

Piirini on 100% toimiva ja testattu. Mutta jos huomaat jotain, ilmoita siitä minulle. Käytä myös kysymyksiä.

Onnellinen rakennus.

Rgds // Sharanya