Зарядное устройство и блок питания

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Зарядные устройства

Опубликовано: 07.06.2017 07:09

Просмотров: 3481

Андрей Лесовой, п.г.т. Золочев, Харьковской обл.
Для восстановления утраченной емкости аккумуляторов разных типов было разработано зарядное устройство (ЗУ), которое по окончании процесса заряда самостоятельно отключается, а также содержит в себе источник питания (ИП) с плавной регулировкой выходного напряжения.

В настоящее время в качестве элементов питания широко используются малогабаритные аккумуляторы:
• никель-кадмиевые (Ni-Cd) - отличаются большим сроком службы;
• никель-металлогидридные (Ni-MH) - отличаются от Ni-Cd большей удельной емкостью,
однако имеют меньший срок службы и повышенное удельное сопротивление;
• герметичные свинцово-кислотные (SLA) - могут отдавать в нагрузку значительные токи, однако имеют низкую удельную емкость;
• литий-ионные (Li-Ion) - имеют наиболее высокую удельную емкость среди других аккумуляторов, могут отдавать большой ток в нагрузку, слабо подвержены саморазряду и допускают быструю зарядку.
Для зарядки таких аккумуляторов было разработано устройство с такими техническими параметрами:
Диапазон регулируемого
напряжения......................................1.3...30 В
Зарядный ток.......................................350 мА
Индикация.......................................цифровая
Габаритные размеры платы............170x60 мм
Масса, не более........................................1 кг
На рис.1 показана принципиальная электрическая схема ЗУ и ИП.

Данный прибор состоит из следующих функциональных узлов:
• ЗУ;
• регулируемый стабилизатор напряжения;
• цифровой вольтметр.
Зарядное устройство
Интегральный стабилизатор напряжения DA1 обеспечивает подачу постоянного напряжения 6 В на вход ЗУ.
Сердцем описываемого функционального узла служит микросхема DA2 LTC1541, выпускаемая фирмой Linear Technologies. Более подробную информацию о ней можно узнать, прочитав [1]. В своей структуре она содержит: микромощный операционный усилитель, компаратор и прецизионный источник образцового напряжения, постоянно подключенный к инвертирующему входу компаратора. Таким образом, операционный усилитель ИМС DA2 сравнивает пропорциональное зарядному току падение напряжения на резисторе R3 с частью образцового (которое составляет около 50 мВ), снимаемого с делителя R2R4. Номинальное значение резистора R3, которое указано на схеме, обеспечивает зарядный ток в 350 мА.
Из-за того, что микросхема DA2 микромощная, то для управления регулирующим транзистором VT1 используется усилитель тока, который выполнен на транзисторе VT2. Уже упомянутый транзистор VT1 работает в линейном режиме, и на нем рассеивается мощность около 1 Вт, следовательно, для повышения надежности и долговечности устройства его нужно установить на радиатор. Содержащийся в ИМС DA2 компаратор производит сравнение части напряжения на заряжаемом аккумуляторе которое снимается с делителя R6 R7 R10, с полным образцовым напряжением (около 1.2 В). Номинальные сопротивления делителя подобраны таким образом, что при достижении на заряжаемом аккумуляторе напряжения в 4.1 В (для случая заряда герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов) или иной величины, при заряде аккумуляторов другого типа, компаратор сработает и с помощью упомянутого операционного усилителя закроет транзистор VT1.
Выход ЗУ - разъем ХР2, к которому подсоединяются аккумуляторные батареи для заряда.
Особенность данного устройства в том, что подзаряжать аккумуляторные батареи можно прямо в работающей аппаратуре.
Регулируемый стабилизатор напряжения
Используется отечественная ИМС - КРЕН12А (КРЕН12Б), обеспечивающая выходное напряжение 1.3...30 В при максимальном токе 1.5 А. У данной микросхемы есть и зарубежный аналог -LM 317. Входное напряжение не более 37 В. Резистором R12 производится регулировка выходного напряжения, которое подается на разъем ХРЗ.
Цифровой вольтметр
Основой вольтметра служит микроконтроллер DD1 ATmegaS, работающий от внешнего кварцевого резонатора ZQ14 МГц. Для его питания используется стабилизатор напряжения +5 В, выполненный на ИМС DA3KP142EH5A.
Семисегментные индикаторы HG1-HG4 с общим анодом монтируются на плате устройства и служат для индикации измеряемого напряжения. Десятичная точка может высвечиваться либо после первого разряда индикатора, либо после второго. Знакоместа выбираются с портов PD0, PD1, PD2, PD3. Поскольку изначально выбирается импульсный характер работы в каналах, поэтому нет необходимости использовать буферную микросхему.
Резисторы R14, R15, R16 и конденсатор С12 образуют входной делитель измеряемого напряжения. С помощью подстроечного резистора R15 подбирается коэффициент деления 1:100. Это говорит о том, что при входном напряжении 30 В на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера DD1 будет поступать 0.5 В.
Разъем ХР4 предназначен для подключения к микроконтроллеру DD1 программатора для внутрисхемного программирования. В качестве программатора можно посоветовать применить внутрисхемный программатор, подробно описанный в [2]. Для экономии времени можно воспользоваться уже готовым блоком ВМ9009 из набора «МАСТЕР КИТ».
Конструкция и детали
Описанное функциональное устройство можно выполнить на макетной плате, либо на плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5...2 мм, размерами 170x60 мм.
В устройстве применены постоянные резисторы С2-23, МЛТ. Подстроечный резистор R15 типа СПЗ-19А1. Переменный резистор R12 типа СПЗ-331.
Конденсаторы С2, С6, С12, С13, С4, С7, С8, С5, С14, С15 - керамические, типа КМ-4-КМ-6. С1, СЗ, С9, С10, С11 - оксидные, типа К50-35.
Диод VD1 типа КД522А-Б, либо аналогичный.
Светодиод HL1 типа АЛ307В или любой из серии АЛ307, либо импортный аналог.
Разъемы ХР1, ХР2, ХРЗ - типа 2XR. Разъем для внутрисхемного программирования ХР4 - ВН-10-1.
Вместо транзистора VT1 КТ814 подойдет КТ816, КТ822. Транзистор VT2 типа КТ3107 или КТ3108, КТ3129, КТ321.
При отсутствии DA4 LM317 его можно заменить отечественным аналогом КРЕН 12 с любым буквенным индексом, однако стоит помнить, что если у микросхемы корпус не ТО-220, то необходимо уточнить цоколевку ее выводов.
В качестве семисегментных индикаторов HG1-HG4 возможно также использование SA04-12EVA, SC04-11,SC05-11 и другие с общим анодом. Трансформатор Т1 выполняется на магнитопроводе ШЛ 16x25. Сетевая обмотка (1) содержит 1710 витков провода ПЭВ-1 - 0,23, обмотки 2 и 3 (на 12 В) содержат по 125 витка провода ПЭВ-1 - 0.41, обмотка 4 (на 30 В) имеет 180 витков провода ПЭВ-1 - 0.3.
Для микросхемы DA1 необходимо применить радиатор площадью не менее 50 см2, к которому он крепится на фланец болтовым соединением. Перед креплением радиатора с фланцем на DA1 необходимо нанести термопасту КПТ-8, Т12 либо аналогичную.
Следует помнить, что при монтаже стабилизатора DA1, теплоотвод, установленный на нем, будет иметь электрическую связь со средним выводом микросхемы.
Прошивку микроконтроллера и разводку печатных плат можно запросить в редакции журнала по e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..
Литература
1. http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/ pdf/70756/LINER/LTC1541 .html
2. Галкин С. Внутрисхемный программатор микроконтроллеров AVR (LPT-адаптер) // Радио-аматор. - 2007. - №10. - С. 18-19.
РА4'2017