Літій-іонні акумулятори для робототехніки. Частина 3. Залізо

продовження
Початок читайте тут:

Частина 1 . Вступ
Частина 2 . теорія

Зарядний пристрій

Літератури по акумуляторів дуже мало. Я вивчив досить, щоб повірити, що літій-іонні акумулятори будуть працювати на мене. Єдине, що мені слід було зробити, це знайти або зібрати зарядний пристрій. Мій перший акумулятор була з ноутбука AMS Tech Rodeo 7000 - до нього продавалося зовнішній зарядний пристрій за 200 $. Я шукав на Ebay і інших магазинах універсальний зарядний пристрій з інтерфейсом Smart, але не знайшов жодного, здатного обслуговувати мій акумулятор. Ці зарядні пристрої здатні давати максимальний зарядний струм в межах 1 А, вони не для великих хлопців. І я вирішив зібрати свою власну.

Я розглядав чотири можливих варіанти такого контролера заряду:

  • На мікросхемах, що підтримують лінійну стабілізацію напруги / струму - найпростіші, неефективні, для зарядки більше двох осередків такі чіпи не виробляються.
  • На мікросхемах, що підтримують імпульсну стабілізацію напруги / струму - більш складні і більш ефективні. Maxim і TI випускають контролери для зарядки до чотирьох осередків. Випускаються тільки для поверхневого монтажу.
  • На мікросхемах, що підтримують імпульсну стабілізацію напруги / струму з інтерфейсом Smart - контролер заряду зв'язується з акумулятором і акумулятор повідомляє зарядного пристрою, що робити. Вся принадність у тому, що вам не треба знати характеристик акумулятора. Але ці мікросхеми вимагають подвійної кількості зовнішніх елементів і не працюють з акумуляторами без інтерфейсу Smart. Випускаються тільки для поверхневого монтажу.
  • Використання мікроконтролера для керування зарядкою.

На щастя, Atmel опублікувала цілу статтю по цій темі - App Note AVR450 , Що описує як зібрати універсальний зарядний пристрій для NiCd, NiMH, SLA і літій-іонних акумуляторів на основі мікроконтролера AT90S4433. Саме це я взяв за основу своєї розробки. Я значно модифікував схему, додавши інтерфейс Smart, (що змусило мене замінити мікроконтролер AT90S4433 на ATmega8 ) І додати набір попередньо і параметрів, що настроюються акумулятора. Я використовував наявні у мене відповідні транзистори, MOSFET, діоди Шотткі і ферритові кільце замість зазначених, і все прекрасно запрацювало з першого разу.

проект

Нижче описано, як зібрати плату контролера зарядки і як запрограмувати AVR мікроконтролер. Для експериментів вам знадобиться літій-іонний акумулятор. Акумулятор, на якому практикувався я, до цих пір живий, незважаючи на жорстоке поводження. Чим більше ви будете знати про акумулятор, тим краще: максимальне зарядна напруга і струм (іноді надруковані на корпусі), термістор (є чи ні і його опір не завжди 10 кОм) і наявність інтерфейсу Smart.

Джерело живлення повинно забезпечувати напругу як мінімум на 2 вольта більше, ніж максимальна напруга акумулятора (в моєму випадку 14.6 В) при необхідному зарядному струмі. Я знайшов джерело живлення від ноутбука Dell дає 18 В 3.5А.

Плата зібрана з використання легко доступних компонентів, які я вибрав зі списку в статті Atmel. Деякі компоненти я замінив і зробив відповідні позначки в схемі.

ATmega8 - це мікроконтролер, що має 8 Кб флеш-пам'яті і 1 Кб ОЗУ, виконаний в 28 вивідному вузькому корпусі DIP, що підтримує тактову частоту до 16 МГц. Якщо вам не потрібен інтерфейс Smart, його і деяку частину отладочного коду можна видалити, а сам код переробити так, щоб він відповідав микроконтроллеру AT90S4433, як в первісній схемі від Atmel.

Програма для мікроконтролера написана з використанням GCC версії 3.2. Цю версію необхідно адаптувати для прямого призначення вводу / виводу. Це є результатом перетворення коду з IAR, використовуваного в статті Atmel. Програма, фактично, є комбінацією коду Atmel, перетвореного з IAR, I2C інтерфейсу, перетвореного з 68HC11 / Imagecraft і мого власного GCC коду. В результаті програма не має цілісного вигляду і в ній ясно проглядаються три різні стилі програмування.

Для управління зарядним струмом і напругою використовується ШІМ і P-канальний MOSFET. Комбінація котушки індуктивності і конденсатора великої ємності використовується для стабілізації схеми. Спеціалізовані зарядні пристрої зазвичай працюють на більш високих частотах (150 кГц в порівнянні 15 кГц) і таким чином в них можуть використовуватися компоненти менших розмірів, але в моєму випадку це не так важливо.

Зарядний пристрій генерує безперервний потік даних з UART в ПК. Я посилаю інформацію ініціалізації і інформацію про стан процесу зарядки від зарядного пристрою, і, якщо буде виявлено акумулятор з інтерфейсом Smart, його параметри можна буде подивитися в термінальній програмі на ПК. Швидкість передачі даних - 115 Кбіт / с, але при бажанні її можна знизити.

Світлодіод зарядки блимає швидко в процесі зарядки постійним струмом, повільніше при зарядці в режимі постійної напруги і горить постійно, коли зарядка закінчена.

Зарядний пристрій запрацював після декількох тижнів зусиль, ще кілька днів були витрачені на Smart інтерфейс і ще пара на те, щоб все це задокументувати.

Залізо

Для таких одноразових проектів, як цей, я вважаю за краще використовувати накрутку в комбінації з пайкою:

Я використовував односторонню перфоровану фольгированную макетну плату. Більшість компонентів я припаяв до плати, а з'єднання виконав накруткою. У цьому пристрої потрібні більш сильні силові дроти, які я встановив в потрібних місцях. Працює досить добре. Цей проект був би реальним кандидатом на виготовлення друкованої плати, але стимулу для цього у мене не виявилося, оскільки плата працює і так.

Пристрій представлений трьома схемами:

Натисніть для збільшення   власне мікроконтролер
Натисніть для збільшення

власне мікроконтролер

Розроблена Atmel схема контролю заряду
Розроблена Atmel схема контролю заряду

Розроблена Atmel схема джерела опорного напруги
Розроблена Atmel схема джерела опорного напруги

До микроконтроллеру підключений резонатор з частотою 7.3 МГц (ATmega8 підтримує до 16 МГц). Я додав 8- кнопковий перемикач в корпусі DIP для установки параметрів акумулятора і змінний резистор для установки струму заряду в «Ручному» режимі. Я використовував UART але не встановлював інтерфейс RS-232 на плату, так як у мене є дуже корисний кабель з вбудованою мікросхемою MAX233 .

На фото видно, що я приєднав радіатор до MOSFETу. Я вважаю, що при такому підході зможу без проблем отримати від 3.5 до 4 ампер. Я змонтував силові компоненти на протилежній до мікроконтролеру стороні і розвів 3 окремих землі (для мікроконтролера, аналогову та для харчування зарядного пристрою), з'єднаних тільки в одній точці. Для вимірювання напруги і струму акумулятора використовується схема на операційному підсилювачі, яка дає невелику погрішність, але в точних значеннях немає необхідності, оскільки схема калибруется програмно. Для розрахунку опору і індуктивності в вашому специфічному випадку використовуйте статтю Atmel. Можете також скористатися електронною таблицею Excel .

На випадок якщо в вашому акумуляторі немає термистора, або його опір відрізняється від 10 кому, я зробив перемичку на платі. Можна було б зробити кілька перемичок для різних опорів термістора, так як діапазон їх номіналів виявився досить широким.

Я використовував стандартний роз'єм для джерела живлення і для акумулятора. На додаток, я використовував 3-провідний кабель для підключення до термістора і інтерфейсу Smart. Роз'єми для акумуляторів дуже специфічні і їх важко знайти. Я знайшов роз'єм для мого першого акумулятора, але не знайшов для акумулятора Gateway.

закінчення читайте тут

members.shaw.ca

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008