Схемы устройств на микроконтроллерах. Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов на Atmega8 Схема зарядное устройство на avr atmega8

Все технические вопросы на [email protected]
Схему и печатную плату скачиваем отсюда.
Силовой внешний транзистор IRF540N и вентилятор в комплект не входит.

Любой автовладелец рано или поздно сталкивается с задачей заряда своего аккумулятора. Это бывает по разным причинам. Например при похолоданиях, когда емкость батареи падает из-за низкой температуры окружающей среды. Либо если батарея долго стояла без использования и напряжение на ней упало до критической отметки. Или она просто состарилась. В таких случаях часто используют купленное зарядное устройство(ЗУ), либо самодельное ЗУ изготовленное своими руками.

Часто автовладельцы изготавливают ЗУ не потому что, отсутствуют деньги на приобретение готового, а потому что, сделать своими руками что то, это очень интересно и увлекательно и полезно. По этой причине интернет завален многочисленными схемами зарядных устройств, от простейших на одном транзисторе до сложнейших с управлением на микроконтроллерах.

Однако важно помнить, что все таки правильный заряд аккумуляторной батареи это сложный электрохимический процесс. И зачастую простые радиолюбительские схемы не в состоянии отследить важнейшие праметры заряда. Токи, напряжение подъема и спада, временные интервалы, отключение батареи в конце цикла заряда и др. процессы. И частое использование таких не совсем корректных схем, может привести к значительному сокращению жизни батареи. Собрать же более сложное ЗУ порой бывает не под силу каждому.

Данная плата поможет сократить разрыв, между желанием и возможностью сделать свое ЗУ. Плата представляет собой полуфабрикат ЗУ автомобильной батареи. В данном полуфабрикате уже реализована самая сложная часть зарядного устройства, а именно микроконтроллероное управление процессом заряда. Сердце, платы это микроконтроллер Atmega88. Как известно сам микроконтроллер ничего не может делать, так как это программируемая микросхема. И чтобы устройство управляемое микроконтроллером начало работать, необходимо написать программу и залить ее в чип. Сделать это не так просто, нужен и опыт и знание в написании программ. Онако этот самый сложный этап, уже реализован в плате, остается только правильно собрать оставшуюся часть схемы. И вот тут автолюбитель уже может приложить сою руку, навыки и умение. Итак что же останется сделать после приобретения платы?

1. Подключить питание к плате (17-24B, не менее 8А).

2. Подключить силовой в согласии со схемой.

В этой статье я расскажу, как из компьютерного блока питания формата АТ/АТХ и самодельного блока управления изготовить довольно-таки «умное» зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. К ним относятся т.н. «УПС-овые», автомобильные и другие АКБ широкого применения.

Описание
Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости. ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки. Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A. Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ - его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей.
]1. Режим зарядки - меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:
- первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В
- второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С
- третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С - ёмкость батареи в Ач.
- четвёртый этап - «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала.
Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это- четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.
2. Режим тренировки (десульфатации) - меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл:
10 секунд - разряд током 0,01С, 5 секунд - заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее - обычный заряд.
3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.
4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим. При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С - 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).
Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.
Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля - П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).
Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.
Значения настроек:
1. «Алгоритм заряда». Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики на рис.1 и рис.2.
2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).
3. «Напряжение U1». Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.
4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию - 16В.
5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки. Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.
6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.

Выбор и переделка блока питания.

В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это - практически готовая силовая часть. Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес. И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито.
Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4). Можно также применить и БП формата AT, только придется изготовить еще маломощный блок дежурного питания (дежурку) на напряжение 12В и ток 150-200мА. Разница между AT и ATX – в схеме начального запуска. АТ запускается самостоятельно, питание микросхемы ШИМ–контроллера берётся с 12-вольтовой обмотки трансформатора. В ATX для начального питания микросхемы служит отдельный источник 5В, называемый «источник дежурного питания» или «дежурка». Более подробно о блоках питания можно прочитать, например, а переделка БП в зарядное устройство неплохо описана
Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть. Блок питания АТ запускается сразу, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме - значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте.
Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению. Схема переделки показана на рис.3.


На ней показан только один канал выходного напряжения: +12В. Остальные каналы: +5В,-5В, +3,3В не используются. Их обязательно нужно отключить, перерезав соответствующие дорожки или выпаяв из их цепей элементы. Которые, кстати, нам могут и пригодиться для блока управления. Об этом - чуть позже. Красным цветом обозначены элементы, которые устанавливаются дополнительно. Конденсатор С2 должен иметь рабочее напряжение не ниже 35В и устанавливается взамен существующего в БП. После того, как «обвязка» TL494 приведена к схеме на рис.3, включаем БП в сеть. Напряжение на выходе БП определяется по формуле: Uвых=2,5*(1+R3/R4) и при указанных на схеме номиналах должно составлять около 10В. Если это не так, придется проверить правильность монтажа. На этом переделка закончена, можно убирать лампочку и ставить на место предохранитель.

Схема и принцип работы.

Схема блока управления показана на рис.4.


Она довольно проста, так как все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4,C9,R7,C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера - встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом. Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока. Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине. Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения - на элементах VD1,EP1 ,R13. При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи. При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею. Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.

Детали и конструкция.

Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU. В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика. Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP.
Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5,R6,R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5% . Это очень важно! От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства.
Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А. Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В.
Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2, Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров. Буззер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.
Жидкокристаллический индикатор – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780, KS0066 или совместимых с ними. К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземпляр
Программа
Управляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1
все остальные - незапрограммированы (установлены в 1).
Наладка
Итак, блок питания переделан и выдает напряжение около 10В. При подключении к нему исправного блока управления с прошитым МК, напряжение должно упасть до 0.8..15В. Резистором R1 устанавливается контрастность индикатора. Наладка устройства заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками «<» и «>». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5,R6,R10,R11,R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично - калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 сек. устройство перейдет в главное меню.
Калибровка окончена. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком - либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно применить (подобрать) другие резисторы делителя R5,R6,R10,R11,R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах (с допуском 0,1-0,5%) поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.
Весь материал одним архивом можно скачать

Микропроцессорное зарядное устройство для необслуживаемых свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

Рис. 1 Устройство со снятой крышкой.

План.

Обратная связь.

Так как в конце статьи ссылку на ветку форума по данной теме никто не видит, то выношу эту ссылку в самый верх. То есть если у Вас есть вопросы или предложения по данной теме, то Вам на наш форум . Или пишите на адрес электронной почты указанный В САМОМ низу страницы.

Введение.

После выхода на нашем сайте двух статей о и UPS под нужды , мы много раз сталкивались с проблемой зарядки и тестирования необслуживаемых свинцовых аккумуляторных батарей (они же lead acid battery или, по простому, аккумуляторы из UPS). К моменту написания этой статьи у автора уже был опыт создания и двухлетней эксплуатации "автоматического" зарядного устройства, сделанного из компьютерного ATX блока питания (в свою очередь собранного на ШИМ контроллере ). Вот документация на и ее аналог .

Что же такое простейшая автоматика?

Ну начнем с определения. В большинстве найденных в Интернете схем простейших "автоматических" зарядных устройств, под автоматикой понималось ограничение тока заряда (обычно около 1-2А) до некоторого порогового напряжения (обычно около 13.8-14.5В), а потом переход на стабилизацию напряжения.

Рис. 2 Блок схема TL494.

Измерение напряжения проводится через делитель напряжения, подключенный к 1ой и 2ой ногам , а ограничитель тока, отключением выходных ключей микросхемы по средствам подачи +5В на 4 ногу . По-другому, берем ATX блок питания на или его аналоге, создаем токоизмерительную цепь из сопротивления 1Ом 5Вт и оптопары, выходы оптопары заводим в обратную связь по току (4 ногу ), организуем делитель напряжения (для 1ой и 2ой ног ) для ограничения напряжения на выходе, ну и на последок организуем питание вентилятора - вот и все работы. Для наглядности приведу схему переделки под .
Если выкопировка из схемы моего блока питания отлична от вашей, то с 28 разными схемами ATX блоков питания, собранных на и их аналогах.
Самый ближайший аналог схемы под мой блок питания вот .
Если схем блоков питания разных вагон, а нужной как всегда нету, то придется срисовывать схему самому. Отсутствие унификации связанно с тем, что дешевые блоки питания собирают "на коленке", по принципу как есть, включая .
Но, вернемся к нашим ба... блокам питания: к сожалению, такое простое и красивое решение имеет ряд технологических недостатков. Как было написано на одном сайте со схожей тематикой: "Есть такая наука - ХИМИЯ. И все, что происходит в аккумуляторных батареях, подчиняется законам Химии. Все "умные советы бывалых", которые не ложатся на химию - вредны по определению" (С) adopt-zu-soroka .
От себя хочу добавить, что аккумулятор находится на стыке ФИЗИКИ и ХИМИИ, то есть, кроме химических процессов есть конвенция раствора активной массы, иссыхание пластин и нагрев, которые рассмотрены в физике.

Что это означает применительно к нашей простейшей "автоматической" зарядке:
1) Постоянный "маленький подзаряд", обеспечивающий поддержание порогового напряжения (в режиме стабилизации напряжения), сушит аккумуляторы (из них испаряется вода, долить которую в необслуживаемые аккумуляторы относительно сложно), что в свою очередь сильно снижает срок службы аккумулятора. Особенно, если аккумулятор оставляют каждую ночь на подзарядку.
2) Зарядка большим, не пульсирующим током в самом начале заряда (особенно при сильно разряженных аккумуляторах), сильно снижает оставшийся ресурс аккумулятора (оставшееся количество циклов заряд/разряд), а в некоторых случаях без раскачки аккумулятор не берет заряд.
3) Зарядка постоянным током без пульсаций, в десятые доли герца увеличивает сульфатацию и препятствует более полному использованию хим.веществ, т.к. не дает пауз на выравнивание плотности раствора активной массы.
4) Пункт 3 также относится и к тренировочному разряду, который в простейшей "автоматической" зарядке просто не реализован, а в большинстве самодельных, микропроцессорных зарядках полностью не контролируется.
5) ECR аккумулятора измеряют на относительно большой частоте, поэтому для измерения ECR желательно иметь схему тестового разряда относительно большим током малой скважности, т.е. иметь блок тестирования подключаемый без фильтровочных конденсаторов.

Подвожу итог: Для однократного использования простейшие "автоматические" зарядки вполне подходят, а при постоянной(каждодневной) зарядке одного и того же аккумулятора применение простейших зарядок сильно снижает ресурс заряжаемого аккумулятора. А в большинстве своем средств диагностики они вообще не имеют, так как при такой реализации единственный метод диагностики это проверка постоянным током РАЗРЯДНОЙ лампочкой 12В 75Вт. Но по результату такого теста можно только примерно оценить процент заряда, а определить оставшуюся емкость аккумулятора (косвенно о емкости можно сделать вывод по значению ECR) с его помощью практически невозможно. Более плотное знакомство с их программным обеспечением выявило практически поголовное отсутствие самодиагностики у самодельных устройств.
Отходя от темы скажу, что при наладке своего устройства мной были зафиксированы случаи частичной порчи некоторых байт прошивки в микроконтроллере, т.е. при программировании он проходил верификацию, но на следующий день прошивка билась и если бы в моей системе отсутствовал блок самоконтроля целостности прошивки, то система могла вести себя неадекватно (как вариант испортить аккумулятор).

А как же улучшить ситуацию?

Создать схему измерения токов (тока заряда и тока разряда) и напряжения в обычном и измерительном режиме, что в совокупности даст возможность подсчитать количество энергии, передаваемой в оба направления и поручить заряд ГРАМОТНО составленному алгоритму, чередующему заряд/разряд и продолжительность циклов (то есть, алгоритм, составленный с учетом физ. и хим. структуры данного типа аккумуляторов). Правда, тут надо уточнить, что грамотно составленный алгоритм составляется по имеющимся данным и к данной конкретной ситуации, а при изменении исходных данных или ситуации требуется и корректировка алгоритма.

Подходим к вопросу:
"А что же хотел пользователь"?

Как другим - не знаю, а большинству моих пользователей нужна зарядка с простейшим управлением, которую можно будет использовать:
1) Для зарядки необслуживаемых свинцово - кислотных необслуживаемых аккумуляторных батарей, напряжением 12В и емкостью от 12V3.3Ah до 12V18Ah. Описание свернуто в "пояснения":

При этом данная конструкция должна обеспечивать:
1) Функцию самодиагностики основных блоков устройства и звуковую индикацию внештатных ситуаций таких как: переполюсовка клемм, подключение аккумулятора не того напряжения, внезапное отключение аккумулятора во время заряда/разряда, замыкание выходной цепи и т.д.
2) Функцию обновления прошивки без внешнего программатора (не вскрывая корпуса устройства).
3) Память последнего активного режима и, в случае обесточивания и повторного включения, автоматически возвращаться к прерванной операции.
4) Достаточную точность измерительной системы, необходимость которой диктует физика и химия процесса.

Рис. 3 Зависимости срока службы от напряжения в режиме StendBy.

Подробности по вопросам "достаточной точности измерительной системы" свернуты в "пояснения".

По ГОСТ 825-73 "Аккумуляторы свинцовые для стационарных установок" номинальное напряжение свинцового стационарного аккумулятора любой емкости принято считать равным 2В. Это наименьшее допускаемое напряжение на зажимах полностью заряженного аккумулятора в течение первого часа разряда десятичасовым режимом при плотности раствора соляной кислоты 1205±5 кг/м3 и температуре раствора +25"С. Предельное напряжение, до которого разрешается разряжать аккумуляторы при температуре раствора +25° С, составляет: для режимов разряда - не короче трехчасового = 1,8В, а для более коротких режимов (включая 15-минутный) = 1,75В (то есть, до 10.8В на 12В аккумуляторе, измеренное под нагрузкой или не ниже 12В без нагрузки).
Но в документации на один из аккумуляторов (смотри ) эти параметры немного отличаются. До 10.8В на 12В аккумуляторе при токах от 0.16С и менее (от 5 часового разряда и до 18 часового) и до 9.3В на 12В аккумуляторе при токах от 1С-3С (от 8 минутного разряда и до 43х минутного). Правда с оговоркой - при таких токах аккумулятор прослужит 260 циклов заряд/разряд или 5 лет в режиме StendBy.
Этот же , но в маленьком масштабе (зато с пояснениями) представлен в документации к аккумулятору .
График зависимости срока службы аккумуляторной батареи от напряжения постоянного подзаряда в режиме StendBy приведен на Рис. 3.
Указанные предельные значения напряжений, до которых можно разряжать аккумуляторы, установлены опытным путем. Они выбраны с таким расчетом, чтобы не вся активная масса превращалась при разряде в сернокислый свинец, так как это вызвало бы чрезмерную сульфатацию пластин.
То есть, можно сделать вывод о том, что нельзя разряжать ниже допустимого предела и нельзя перезаряжать выше указанного номинала - в этом случае идет работа только с "активной массой" и не допускается разрушение пластин в первом случае и кипения раствора - во втором.

Недостатки конструкций, найденных в Интернете.

Идем в Интернет и находим несколько десятков готовых микропроцессорных зарядок. Как говорится - задача на уровне школьного кружка "сделай сам", поэтому практически каждый радиолюбитель начинает свое творчество с "изобретения" зарядки из подручных средств. Вот только, к сожалению и результат по качеству не выходит за уровень школьного кружка... Смотрим на описание устройств и их схемы и на некоторых из них обнаруживаем не очень приятные вещи:
1) Отсутствует даже упоминание о технике безопасности работы с аккумуляторными батареями и сетью ~220В.
2) Отсутствие точной настройки измерительной системы (измеряемого напряжения и тока). Как писалось выше, превышение или занижение параметров может привести к разрушению пластин или выкипанию раствора.
3) Использование дорогих датчиков тока. Напомню, что датчик тока на основе эффекта Холла плюс дисплей стоят дороже всей системы вместе взятой. При том, что исходя из химии и габаритов используемых аккумуляторов (напомню мой пользователь хотел от 3,3 до 18 Ah), измерять больше нескольких ампер нам не придется. А про дисплей написано в пункте 4.
4) Наличие кучи светодиодов, кнопок и дорогого дисплея на корпусе устройства. Вы когда-нибудь пробовали втиснуться в глубь серверного шкафа и посмотреть на расстоянии 1м что написано на дисплее размером в спичечный коробок? А без задания режима через кнопки навигации (сверяясь с надписями на дисплее), найденные конструкции не работают. Поставить дисплей побольше и вынести его вместе с кнопками на 1м кабеле? А раз выносить, то это уже два разных устройства: отдельно зарядка и отдельно дисплей.
5) Питание вентилятора системы от напряжения заряда. То есть, или от 16В (см. пункт 5) и при этом городить понижающую часть или питать напрямик от напряжения на клеммах (где мы имеем от 9В до 14В вместо штатных 12В).
6) Создание своей импульсной схемы стабилизации напряжения из входных 16В. То есть, история на тему, а давайте создадим еще один дополнительный ШИМ (один на уже есть в блоке питания), но на низковольтной части, что увеличит габариты схемы, потребует дополнительных силовых ключей на радиаторах и уменьшит КПД системы в целом.
7) Разрядный алгоритм без контроля разрядного тока. А в большинстве случаев и без элементов его замера (я не про общий ток который измеряется практически везде, а про разрядный).
8) Необходимость перемотки силового трансформатора (Ниже в подробностях свернуто 3 способа разборки и перемотки). Это конечно даст прирост тока, но этот прирост нам нужен? Со штатными обмотками трансформатор может дать 3-5А, из которых в данной конструкции мы используем максимум 1-2A (14В*2А=28Вт) и 15A нам для нашего ТЗ не надо (14.8В*15А=217Вт).

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

Способ 1 = Выпаиваем трансформатор, аккуратно снимаем наклейку с надписью и разматываем желтый скотч, разогреваем его в печке до 150 градусов в течении 15 минут и расшатать сердечник вручную в перчатках.

Рис. 4 После расшатки.
БП SL-Lite

Способ 2 = Выпаиваем трансформатор, аккуратно снимаем наклейку с надписью и разматываем желтый скотч, обдуваем феррит феном от паяльной станции или строительным феном со всех сторон в течении пары минут. Половинки начинают шевелиться относительно друг друга просто разъединяем их. Сама катушка легко снимается, что очень удобно при намотке.

Рис. 5 Процесс обдува феном.
Фото пользователя DenGess из топика БП SL-Lite

Способ 3 = Выпаиваем трансформатор, аккуратно снимаем наклейку с надписью и разматываем желтый скотч, вывариваем трансформатор в воде в течении 10 минут.

Рис. 6 Вы еще варите трансформаторы в чайниках?
Фото пользователя DenGess из топика БП SL-Lite

Создание собственной системы.

Ну раз готовых подходящих разработок не наблюдается, то постараемся описать порядок изготовления подобной системы самостоятельно из того, что было под руками - "Я тебя слепила из того что было" (С) не мой.
Хотя выше писалось, что это задача на уровне школьного кружка "сделай сам", но ее выполнение сопряжено с высоковольтными импульсными источниками питания, поэтому, если вы до этого их не разрабатывали, то лучше начать тренироваться на чем-нибудь другом, менее энергонасыщенном, более низковольтном и как следствие менее опасным... К тому же, аккумуляторы при неправильном использовании, сами по себе не безопасны и помещения аккумуляторных на всех производственных сооружениях относятся к классу "А" - как сверх пожароопасные.
Ну и как всегда - оговорка. Про возможность пожара и поражение электрическим током при нарушении правил эксплуатации и некачественной сборке я упоминал выше. А про возможность химического поражения содержимым аккумулятора в результате замыкания его клемм и теплового разрыва корпуса, говорю сейчас. Поэтому все эксперименты с аккумуляторами и самодельными зарядными устройствами вы делаете на свой страх и риск, осознавая всю ответственность за возможные последствия.
Ну и наше любимое ПУЭ... Электропитание осуществляется от сети переменного тока 50Гц, 220В в соответствии с "Правилами устройства электроустановок". Для обеспечения безопасности людей, электрооборудование должно быть надежно заземлено в соответствии с требованиями ПУЭ и паспортными требованиями на электрооборудование. Помещение в котором располагается оборудование должны быть оборудованы контуром - шиной защитного заземления, с которым соединяются корпуса всех устройств через розеточную сеть. Для присоединения заземляющих проводников в шину должны быть выведены винты М8. Контур - шина защитного заземления должен соединяться с заземляющим устройством. Величина заземления должна быть не более 4 Ом. Заземление внутри помещений должно соответствовать ГОСТ 12.1.030-81. Создание заземления и соответствие его стандартам обеспечиваются пользователем.
Если Вас абзацы выше не напугали (вы с ними согласны) и вы ознакомились в интернете с техникой безопасности при работе с аккумуляторами и теорией первой медицинской помощи при химических ожогах и поражении электрическим током, а также запаслись огнетушителем для тушения возгораний класса "E" (позволяет тушить оборудование под напряжением) и выполнили все меры по улучшению безопасности, то приступим непосредственно к переделке БП в микропроцессорную зарядку.
Причем хочу отметить , что опасны (при не соблюдении техники безопасности) в данном применении, аккумуляторы и сетевое напряжение ~220В. А сам переделываемый блок питания относится к слабогорючим (т.е. он не поддерживает горение и практически не горит если его из вне паяльной лампой не жечь...) и химически активных веществ (кислоты) в себе не содержит.
Вывод: Данные замечания относятся практически ко всем зарядным устройствам заряжающим аккумуляторы и питающиеся от сети ~220В. Поэтому если авторы других самодельных зарядных устройств не предупреждают Вас о "побочных свойствах" в их устройстве и тонкостях его эксплуатации, то это вовсе не означает, что этих свойств и тонкостей в них нет.
Хотя данная статья ориентирована на относительно опытных пользователей, не первый год владеющих паяльником, я ниже буду описывать все очень подробно и пошагово - как для начинающих. Такой подход позволит провести полный контроль сборки и не забыть проверить какой-либо из блоков. Т.е. ниже будет описан процесс изготовления и настройки каждого блока моей .

Рис. 7 Структурная схема устройства "на пальцах".

Подробное описание структурной схемы свернуто в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

А раз мы решили пояснять на пальцах, то данное устройство можно наглядно сравнить с водопроводной системой, изображенной на Рис. 7 (перетоки энергии в ней анимированы ниже по тексту). И для полной аналогии левый верхний кран изображает управление ШИМ контроллером . Левый синий бак это фильтровочный конденсатор после выпрямительного мостика, два зеленых бака соединенных маленькой трубкой это аккумулятор, а трубка, в свою очередь, олицетворяет внутреннее сопротивление аккумулятора. Краны под баком это два реле отключения аккумулятора от зарядно/разрядной и отключения от тестовой систем. Верхний правый кран это две тестовые РАЗРЯДНЫЕ лампочки 12В 50Вт включенные на ШИМ управляемый от центрального процессора. Нижний правый кран это штатная система разряда стабилизированным током состоящая из 8 РАЗРЯДНЫХ лампочек на 13.8В по 0.16А контролируемая ШИМ контроллером .

Стандартные вопросы по блок схеме:
- Зачем два ШИМ на разряд?
- А нельзя ли меньше лампочек? Может заменить их одной лампочкой?
- Может вместо лампочек поставить одно сопротивление и светодиод?
- Ладно, это все понятно, но два включающих реле вместо одного переключающего то зачем?

И ответы на них:
- Нужна малая скважность при малом токе разряда и очень большая при тестовом. Если поставить один контроллер, то это условие не соблюдается, т.к. мы получим строго наоборот, плюс мешается конденсатор - синий бак по схеме.
- Лампочки очень не любят момент включения с холодной спиралью на полное напряжение, поэтому напряжение и ток понизили, установив несколько лампочек.
- Лампочки в отличие от сопротивлений имеют свойство стабилизировать ток, если эту функцию возложить на контроллер - он будет регулировать ток скважностью, а нам нужна малая и желательно постоянная скважность в некотором диапазоне напряжений...
- Два включающих реле вместо одного переключающего установлено ДЛЯ НАДЕЖНОСТИ! При тестирование были случаи самопроизвольного открытия силового ключа ШИМ контроллера от электромагнитных наводок на провода в корпусе устройства.

Поиск подходящего БП.

Находим рабочий компьютерный ATX блок питания на , желательно с "Т" образными радиаторами. Самый простой способ поискать у друзей или наведаться в ближайшую фирму по ремонту компьютеров и купить несколько дохлых блоков питания по цене 1$ за пару.
Как выбрать нужный по внешним признакам свернуто в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

Как выбрать нужный: "Т" образные радиаторы видны через щели, а отличить блок питания на от более современной его версии (например на которая более сложна и менее подходит для переделки) можно по размеру микросхемы и наличии второй микросхемы или транзисторов во вторичке. То есть, если во вторичке видно две микросхемы или куча транзисторов, то это точно не GS6105, а или ее аналог. Например, является обрезанной версией в части защиты от превышения входного напряжения, но при этом полностью совместим по ногам. Если есть выбор из нескольких испорченных блоков питания, то определить ремонто - пригодный не вскрывая корпуса можно, измерив Омы на разъеме питающего кабеля ~220В. Или омы на входе есть, или там бесконечность (пробит входной предохранитель). Если пробит входной предохранитель, то такой блок лучше оставить (чинить первичку долго, сложно и нудно). А, измерив Омы между землей и +5 шиной, мы видим или заряд конденсатора или сопротивление около 1-20 Ом. Если обнаруживается 1-20 Ом вместо заряда, то сплавился в гайку диод +5В шины. Если при этом не вылетел входной предохранитель, то в БП, скорее всего, работает защита (но главный вывод вам повезло и в данном экземпляре она есть). А так как диод в 5 вольтовой цепи нам, для нашей конструкции не нужен, то в 95% такой БП можно будет восстановить (для проверки "на старт без нагрузки" заменив на два обычных), а потом и переделать.
Кстати замечено, что не все БП стартуют без нагрузки. Поэтому, если в БП сломался вентилятор (а особенно если кроме ветродуя подсохли кондеры во вторичке), то попытка его включить замыкая PW_On может не привести к желаемому результату и БП по этой причине может быть записан в дохлые.
Внимание!!! Если в блоке питания неработает дежурка (+5vSb) то входные конденсаторы после мостика заряжаются до 400В и длительное время могут оставаться заряженными даже после отключения блока питания от сети.
Мне попался блок питания, имеющий схему, отдаленно напоминающую схему из данного мануала .
Но если у вас другой, то прикладываю архив с 28 схемами ATX блоков питания, собранных на и их аналогах .
Ну и далее блок питания надо проверить под маленькой нагрузкой (я использую два HDD - динозавра на 25мб каждый), а если он не работает, то починить, подробнее о ремонте блоков питания на ищите в интернете.

Подготовительный этап
(сборка аналоговой части).

В подготовительный этап входит проверка блока питания, настройка обратных связей операционного усилителя и сборка схемы разряда.

Рис. 8 Разрядная часть в работе.

Подробности по данному пункту свернуты в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

Рис. 9 Решетка для cooler"а.

1) Убеждаемся, что блок питания включается и дает +5 и +12 (с разбросом +/-1В). Для включения провод PW_On (обычно это провод зеленого цвета находящийся между двумя черными в АТХ вилке), надо замкнуть скрепкой на один из черных (землю). Если блок питания не работает или cooler у него плохо крутится, то чиним БП и смазываем cooler (если и после смазки он плохо крутится - меняем cooler). Если решетка cooler"а выполнена в виде прорезей в корпусе блока, то для улучшения обдува и уменьшения шума желательно выкусить ее кусачками и заменить на стандартную - внешнюю решетку для cooler"а.

Рис. 10 После установки решотки.

Рис. 11 Трансформатор вентилятора и стаб. +/-5В.

Внимание!!! Компьютерный блок питания нельзя включать без нагрузки, поэтому его надо чем либо нагрузить. Как вариант подключить полудохлый HDD (с вращающейся механикой, я использую два HDD - динозавра на 25мб каждый) или пару cooler"ов на +12В. CD-Rom в качестве нагрузки не подходит, так как он не дает постоянной нагрузки.
7) Проверяем стабилизацию напряжений +5 и -5В и собираем блок питания в корпус, при этом из корпуса должны быть выведены +12/+5/Gnd/-5/-12 от и стабилизированные +5 и -5В от установленного трансформатора питания. Лампочка ~220В 200Вт при этом тлеть или светиться не должна.
8) Собираем схему с ОУ на . Базируясь на познаниях в электротехнике (в рамках школьного курса физики), собираем тестовые делители из постоянного сопротивления, питающего диод (на обычных диодах падение напряжения около 0.56 В) к которому подключен переменный резистор. Вращая переменный резистор получаем напряжение +0.100В, а на втором аналогичном плече напряжение -0.100В. Отдельно оговорюсь, что тестер надо перевести на шкалу с милливольтами, если ваш тестер имеет шкалу только 20В или класс точности у него хуже чем 0.5, то ищем нормальный тестер.
9) Полученные +0.100В и -0.100В подаем по очереди на вход токовой цепи, собранной на и подбираем резисторы обратной связи, тем самым настраиваем измерительную часть по замеру токов. Наша задача - добиться на выходе операционного усилителя измерителя тока напряжения равного 1.250В. Для контура заряда используется +0.100В, а для контура разряда используется -0.100В. Отдельно оговорюсь, что тестер надо перевести на шкалу 2В (но не выше 3В шкалы), если ваш тестер не имеет такой шкалы или класс точности у него хуже чем 0.5, то ищем нормальный тестер.
10) С помощью еще одного делителя получаем 6.000В, подаем на вход цепи измерения напряжения, собранной на , и настраиваем на ее выходе напряжение в 1.000В. Для тех, кто не владеет тестером оговорюсь, что измерять надо на как можно более близком приделе, то есть, 1.000В измеряется на 2В шкале (но не выше 3В шкалы), а 6.000В на большей - примерно 10В (но не выше 20В шкалы).
11) Рядом со схемой ОУ реализована звуковая сигнализация, сигнализирующая ошибочное включение (переполюсовку) клемм аккумулятора на интегральном зуммере 1212FXP или его аналоге (кстати если у кого есть датащит на 1212FXP или его аналог - пожалуйста пришлите). При подключении надо соблюдать полярность зуммера и блокирующего диода на тот случай если в зуммере обнаружится КЗ в схеме присутствует защитное токоограничительное сопротивление. После сборки желательно проверить зуммер. Для проверки я использовал 9В батарейку типа "Крона". Перед экспериментом желательно отключить блок питания от сети.
12) Собираем схему разряда на и настраиваем на потребление тока около 0.5А (нагрузку следует выбирать из расчета 10 часового разряда для вашего аккумулятора, при этом ток будет около 0.1С подробнее смотрите в документации на ваш аккумулятор, там на графике один из токов разряда дает 10Hr). Для тех кто не владеет терминологией "C" это емкость аккумулятора и для 7.2 Ah аккумулятора 0.1*С=0.72А. Схема включения нагрузки у меня не совсем стандартна, но так как мы делаем стабилизатор тока (а не понижающий ШИМ блок питания), который должен работать практически при любом значении входного напряжения, было принято решение ставить ключ со стороны земли (что характерно для Step-Up, а не Step-Down), при таком включении мы открывать его напряжением, не зависящим от напряжения на входных клеммах. Правда при этом на нагрузке (РАЗРЯДНОЙ лампочке) получается переменное напряжение, но лампочки не полярные, а основную функцию (разряд стабилизированным током) данная схема решает.
Внимание!!! В цепи управления Мосфетом должен стоять обычный быстродействующий диод. Не диод Шотки и не надо спалалеливать оба диода в корпусе BAV70, подключите только один из них.

Рис. 12 Восемь разрядных лампочек.

Для компактности устройства, вместо одной автомобильной РАЗРЯДНОЙ лампочки 12В 1А, я установил 8 РАЗРЯДНЫХ лампочек на 13.8В по 0.16А внутрь устройства (прямо на вентилятор, для отвода выделяемого ими тепла). Такое решение позволяет исключить внешний блок разрядки и разместить все блоки в штатном корпусе блока питания. Диод на обратную полярность я использовал демонтированный из 12В линии обычно это аналог SR1040 (см. инструкцию на всю серию ).
Для тех кто не догадался - включается разрядная часть закрытием транзистора, то есть замыканием на землю управляющего пина (заземлением через резистор базы транзистора).
Лампочка ~220В 200Вт во входной цепи, при экспериментах с включенной разрядкой, должна слабо тлеть.
Внимание!!! Компьютерный блок питания нельзя включать без обдува радиаторов, поэтому со снятой крышкой не включать!!!

Установка в корпус и переподключение трансформатора.

Рис. 13 Фильтровочные конденсаторы.

В данном пункте рассматривается подключение трансформатора по новой схеме, обратные связи и фильтрация помех. Также в нем рассматривается необходимость перемотки трансформатора и приводятся доводы в пользу того, что и без перемотки тока хватит. Подробности по данному пункту свернуты в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

1) Отпаиваем все лишнее во вторичке, затем отпаиваем "хобот" и подключаем к центральной части, довесив конденсаторами. Керамические конденсаторы брать качественные, рассчитанные на относительно большой ток. Такое решение связано с тем, что LowECR 105C конденсаторы напряжением выше 16В трудно достать, поэтому заменяем их парами - обычный электролит и качественная керамика. В качестве керамики я ставил полиэтилентерефталатные конденсаторы типа 1мкФ на 250В.
В данном случае мы объединяем обмотки от линий +5В и +12В получив одну +16В но с током от наименьшей линии. У китайцев на корпусе БП обычно написана липа и надо исходить из реального размера силового трансформатора. Для трансформатора в 250Вт (не путать с липой обзывающего его как 450ВТ на этикетке) с шины +5В мы можем снять ток до 20А, а с шины +12В до 6А. Т.е. получаем ток до 5A.

Рис. 14 Липовый 450ВТ (слева), 170Вт (центр) и 300Вт (справа).

Да конечно можно перемотать трансформатор (методика перемотки и фотографии описывались выше)... Это конечно даст прирост тока, ну скажем до 15A (для трансформатора в 250Вт), но этот прирост нам нужен? Со штатными обмотками трансформатор может дать 3-5А (для трансформаторов в 100-250Вт), из которых в данной конструкции мы используем максимум 1-2A (14В*2А=28Вт) и 15A нам для нашего ТЗ не надо (14.8В*15А=217Вт).
Поэтому я поставил обычные 3х амперные диоды Но если вам ну очень хочется добиться больших токов, то выбирайте из диодов Шотки на 100В. Ну например из серии (см. инструкцию на всю серию ) и сажайте их на радиатор.
2) Еще раз смотрим на блок схему (отображена на рис.2) и глушим обратную связь по току (на 16 ноге), потом убираем выключалку (на 4 ноге) и заменяем своей на 2х оптопарах , допаиваем наладочное сопротивление 1кОм 2Вт на выход и включаем без обратной связи. Генерация не должна заваливаться (лампочка ~220В 200Вт при этом тлеть или светиться не должна), а на сопротивлении должно быть около 36В, при этом генератор должен характерно "цикать" (издавать очень тихие звуки на подобие сверчка).
Если на выходе нет вообще ничего, то скорее всего на 4 ноге у вас дежурит +5В и его надо притягивать к земле (проверьте сопротивление в 10кОм на землю). Если на выходе появляется напряжение только при включении, а потом пропадает, значит на 16 ноге дает о себе знать штатная обратная связь по току.
3) Налаживаем обратную связь по напряжению, подбираем делитель так чтобы на выходе было по грамотному 2.275В*6=13.65В, а по вредным советам "бывалых", которые не "стыкуются" с ГОСТ 825-73 равным 2.450В*6=14.7В (что по тому же ГОСТ 825-73 сокращает жизнь аккумуляторной в 4 раза, до 25%, см. график зависимости срока службы аккумуляторной батареи от напряжения постоянного подзаряда в режиме StendBy, приведенный на Рис. 3 выше). Лампочка ~220В 200Вт при этом тлеть или светиться не должна. После отпаиваем сопротивление 1кОм 2Вт, припаянное для наладочных целей с выхода преобразователя, что приводит к тому, что частота "циков" (издаваемых звуков) упадет раза в три.
4) Устанавливаем схему разряда и лампочки на cooler. Включаем систему. Силовой трансформатор должен характерно "зашипеть", а лампочка ~220В 200Вт при этом должна начать тлеть. Долго без крышки не экспериментируем, т.к. без крышки радиатор первички, лишенный обдува, начинает ощутимо греться. Особое внимание обращаем на качество и правильность выполнение токовых цепей (на л.2 схемы они отмечены жырно). На каждую из них я применял двойной провод из косички к ATX штекеру отпаянному в пункте выше.
5) Цепляем токовую часть на выключение выходных ключей и разрядной схемой проверяем правильность подключения полярности... То есть, на детекторе тока (тот, в противовес которому весит светодиод) должно получаться положительное напряжение около + 0.625В.
6) Если в пункте 5 все прошло нормально, то на выход цепляем лампочку 12В 1.5А и переменным резистором у светодиода ограничиваем ток до 1А (напряжение на переменном резисторе около +1.25В).
7) Делаем провода подключения к аккумулятору. Для этого я взял 3 оранжевых и 3 черных провода из косички к ATX штекеру, отпаянному в пункте выше. Скручиваем по 3 провода в косичку и с одной стороны подпаиваем к скрутке стандартные клеммы для аккумулятора. С другой стороны два из трех проводов косички подключаем к токовым цепям, а оставшийся конец подключаем измерение напряжения. Для эстетики на клеммы надеваем термоусадочный кембрик.
8) Ну вот у нас получилось "автоматическое" зарядное устройство, сделанное из компьютерного ATX блока питания, под автоматикой которого понимается ограничение тока заряда (мы выставили 1А), а при достижении некоторого порогового напряжения (мы выставили 13.8В), переход на стабилизацию напряжения. А после надстройки цифровой части мы получим микропроцессорное зарядное устройство для необслуживаемых свинцово - кислотных аккумуляторных батарей.

Сборка цифровой части.

В этом пункте описано подключение микропроцессора, реле, кнопок, RS232 части и так далее. Подробности по сборке цифровой части свернуты в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

1) Внимание!!! Микропроцессор ATMega8 (еще есть варианты прошивки для ATMega48 и ATMega88) устанавливается в панельку только в 6 пункте! Все проверки проводятся со снятым микропроцессором.
2) Собираем схему включения реле. В качестве реле было выбрано реле на 12В с током коммутации 10А, хотя если его сравнивать с пускателем 3 габарита, то можно придти к выводу, что Амперы там китайские (такие же маленькие). После выводим на переднюю панель корпуса светодиод показывающий подключение к аккумулятору (показывающий включенность реле). Других средств индикации мне не надо, все равно даже этот светодиод, при использовании в шкафу, видно не будет.
3) Собираем схему клавиатуры, крепим ее на передней панели, под ней в крпусе крепим кнопку Reset с таким расчетом, что бы ее можно было нажать через щель воздухозаборника спичкой.

Рис. 15 Кнопки клавиатуры и под ними кнопка Reset.

4) Собираем RS232 часть и подключаем к пину звонка +5Sb через предохранитель (это надо для питания внешнего управляющего модуля). Временно замыкаем RX и TX пины панельки микропроцессора, открываем HyperTerminal и проверяем работоспособность RS232 части.
5) Подключаем концы к ЦАП, проверяем ограничительные диоды, впаиваем их и проверяем, что бы они отсекали отрицательное напряжение при разряде. В качестве ограничительных диодов мной были использованы низковольтные диоды Шотки .
6) Если все проверки прошли успешно, устанавливаем процессор и прошиваем его.

Рис. 16 Примерка платы в корпус.

Методика прошивки и Fuse биты.

Что нужно пользователю видеть на верхнем уровне?

  Пользователю в режимах разряд/заряд (о служебных и тестовых режимах поговорим отдельно) хотелось бы знать о текущем состоянии процесса (а процесс характеризуется средними токами и напряжением) с обновлением данных не реже 1 раза в 5 секунд.
И хотелось бы знать данные о перетоках энергии и данных текущего процесса (всего залито или слито тока) для построения графика. График не в относительных единицах, поэтому данные нужны жестко 1 раз в минуту (желательно с большой точностью).

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

Исходя из требований минутных отчетов от устройства и учитывая, что для получения средних данных микропроцессору очень удобно делить на число 2, в какой либо степени, поэтому берем кол-во замеров равным 2^8=256 за одну минуту.
Если исходить из того, что циклы должны быть около 2х секунд (и каждый состоять не менее чем из 8 комплектов замеров), то возьмём кол-во циклов равным 256/8=32
При этом получим продолжительность одного цикла равной 60/32=1,875 сек.
Проверка: 1,875 сек это в пределах допуска от 2х секунд.
При этом приход наборов будет через каждые 60/(32*8)=0,234375 сек.
Учитывая, что для генерации каждого набора надо провести замер и вычислить по нему значения, то необходимость в прерывании возникает каждые 60/(32*8*2)=0,1171875 сек... По другому 512 раз в минуту.
Кварц у нас 11059200, поэтому редукцию на первый таймер выбираем равной 64 и инкрементироваться он будет 172800 раз в секунду. Но нам надо не 172800 раз, а в 8,53(3) быстрее 172800/8,53(3)=0x4F1A.
Полный цикл займет 32*8*2*64*20250/11059200, что ровно 60 сек (без остатка)
Проверка: 60 сек (без остатка) равно заданию "циклы точно в 1мин".
Для смены кварца в автоматическом режиме пишем формулу вычисления периода таймера 0xFFFF-(CLOCKr/64)*60/512.
АЦП микропроцессора имеет разрядность в 10 бит, но в документации сказано, что абсолютная погрешность составляет ±2 младших разряда, поэтому принимаем разрядность АЦП=8 бит. Замеров у нас по каждому каналу 0xFF в минуту, а максимальное кол-во сохраняемых минутных репортов примем равным 0xFFFF (на 45 суток). Поэтому под токи отводим 4 байта на канал, а под мощности 5 байт на канал. Каждый пакет желательно пронумеровать, а эксплуатировать девайс мы собираемся не менее 24 часов - отводим под номера пакетов два байта (NnNn).
Это все упаковываем в текстовый формат и самый младший байт не отправляем, что равносильно делению на 256 (система измеряет 256 раз в минуту, репорты минутные, поэтому требовалось поделить сумму на 256)
Далее упаковываем все это в посылку вида:

>N_NnNnXiXiXiYyYyYyWwWwWwWwTtTtTtTt +#11 +#13

И того 37 байт на минутные пакеты (точно 60 сек).
А на счет текущих данных разряд/заряд которые надо предоставлять не реже чем 1 раз в 5 секунд, то берем среднее арифметическое за два цикла (2 цикла * 8 замеров = 16 что составляет 2 в степени четыре = удобно делить на МК), упаковываем их в текстовую посылку, добавляя байт состояния и выдаем пользователю каждые 2*1,875 = 3,75 секунды (что укладывается в заданный не реже чем 1 раз в 5 секунд).
Данные будем выдавать в текстовом виде, поэтому, вначале префикс ">P_".

>P_KkIrIzUu +#11 +#13

И того 13 байта на 4х секундные пакеты (точнее 3,75 сек.).

Финальное тестирование.

Алгоритм автономной работы.

  Как уже писалось выше, алгоритм составляется по имеющимся данным и к данной конкретной ситуации... Данная конструкция создавалась по принципу "как есть", по данным найденным в интернете, из параллельных веток и документации на аккумуляторы (т.е. самостоятельные исследования параметров нескольких сотен аккумуляторов от разных производителей автор не проводил). Система проверялась на нескольких имеющихся у автора аккумуляторах и показала положительный результат, поэтому с большой долей вероятности данный алгоритм подходит и к другим аналогичным аккумуляторам от других производителей.
Поэтому, если вы в данном описании заметили какую-либо неточность или у вас есть идеи как его улучшить, то пишите на электронный адрес, указанный в самом низу страницы.
Один философ говорил: "Верить это значит, отказываться понимать". Поэтому не повторяйте в слепую, а проверьте совместимость с вашими условиями перед повторением данной конструкции.
Reset - Кнопка, которую можно нажать спичкой через щель воздуховода.
Для активации режима самопрограммирования.

Дистанционное управление.

Как описывалось выше, было принято решение не перегружать устройство элементами индикации по причине их высокой цены и малой эффективности при использовании системы в труднодоступных для визуального контроля местах.
Поэтому, было принято решение снабдить устройство интерфейсом RS232, по которому данное устройство можно контролировать либо с компьютера, либо с пульта управления. Причем, в случае использования нескольких зарядных устройств параллельно, можно подключать один внешний пульт управления по очереди к каждой из зарядок.

Алгоритм заряда.

1) Проверить напряжение на клеммах. Если менее 6,5В - отмена заряда со звуковым сигналом.
2) Цикл заряда ограничение тока заряда (обычно около 1-2А) до некоторого порогового напряжения (обычно около 13.8-14.5В), а потом переход на стабилизацию напряжения.
3) Проверка условия проведения раскачки.
4) Проверка условия слива 1:10 залитого.
Если во время слива напряжение упало ниже 6,5 Вольт = выход со звуковым сигналом.
Если раскачка уже была, и во время слива 1:10 напряжение упало ниже 8,6 Вольт = выход со звуковым сигналом.
5) Проверочное условие окончания заряда - Если раскачка уже была, но средний ток за минуту меньше 0,09A = выход со звуковым сигналом.
6) Проверка условия генерации отчета за два цикла.
7) Проверка условия генерации минутного отчета.
8) Проверка не пришла ли по рс232 команда - остановка или не нажали ли SB4.
9) Идти в пункт 2

Алгоритм разряда

1) Проверить напряжение на клеммах. Если менее 12,0В - отмена разряда со звуковым сигналом.
2) Циклы разряда проводятся пульсирующим током с максимумом в 0.1С (для 7.2Ah при I=0.1С мы получим I=0.75А).
3) Проверка напряжения на клеммах. Если среднее за минуту менее 10,8В - отмена разряда со звуковым сигналом.
4) Проверка напряжения на клеммах. Если среднее за два цикла менее 6,5В - отмена разряда со звуковым сигналом.
5) Проверка условия генерации отчета за два цикла.
6) Проверка условия генерации минутного отчета.
7) Проверка не пришла ли по рс232 команда - остановка или не нажали ли SB4.
8) Идти в пункт 2

Прошивка и программа контроля.

Математическая часть проекта к простой не относится, поэтому мы пока разработали только базовую ее часть. Базовая часть умеет контролировать процессы заряда и разряда, отрабатывает все нештатные ситуации, имеет алгоритмы самодиагностики. Алгоритмы тестирования и гибкой настройки под ваiе железо (учитывающие допуски деталей) мы планируем написать позднее. Поэтому пока файлы прошивки и программу контроля как есть (в тестовый и основной набор), т.е. автор дописал систему до состояния "А у меня работает и мне все нравится!", но если вам интересно дальнейшее развитие проекта или есть идеи по улучшению, то пишите на адрес электронной почты внизу страницы... постараемся вместе, что либо придумать...
К данной системе можно дописать:
1) Подстройку под железо с компа через RS232.
2) Загрузку подстроечных параметров в программу из железа.
3) Телепузиков и анимашек в программе контроля.
4) Алгоритм тестирования оставшейся емкости и процента заряда АК.
5) Аппаратный пульт управления - устройство логера снабженное LCD дисплеем и I2C памятью для записи логов.

По вопросу самодельных зарядных устройств в интернете есть очень много разнотипной информации, но, на мой взгляд, критерием ее полезности служит ее соответствие с физикой и химией процессов в аккумуляторе. Под полезностью в данном контексте понимается отсутствие негативных последствий (вреда) для аккумуляторных батарей после применения информации на практике. Подробности и ссылки по данному пункту свернуты в "пояснения".

"Щелкните по этому тексту, чтобы развернуть пояснения"

По специальности я инженер, проектирующий АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами) и немного далек от химии (ТЗ на управление химическими процессами обычно пишут химики-технологи), поэтому я в конце статьи собрал наиболее информативные, на мой взгляд, ссылки по данной теме. Но судить об их соответствии (адекватном отражении) физических и химических процессов в аккумуляторе я не берусь. Но хочу предупредить, что они написаны любителями и каждая из них может иметь свои положительные, отрицательные и даже, к сожалению, сильно вредные моменты.

Материалы по ATX блокам питания:
Мощный блок питания путем модернизации блоков меньшей мощности .
Модификация блока питания ..
ЗУ для свинцовых АКБ на МК Atmega8 .
Зарядное утсройство на atmega8 .

Ограничения.

Устройство разработано по принципу КАК ЕСТЬ и автор не несёт ответственности за явный (или не явный) ущерб, причинённый в результате повторения.

То есть все эксперименты вы делаете на свой страх и риск.

Список часто задаваемых вопросов читайте в

Если у вас возникли вопросы и предложения - пишите мне по адресу внизу страницы

Если вы нашли на моём сайте что-либо интересное или полезное для себя и хотите видеть на этом сайте новые интересные проекты, а также поддержку, доработки существующих проектов, то все желающие могут поддержать данный проект, частично покрыть оплату хостинга, затраты на разработку и переделку проектов.

Схемы на микроконтроллере, статьи и описания с прошивками и фотографиями для автомобиля.

Простой тахометр на микроконтроллере ATmega8

Тахометр применяется в автомобилях для измерения частоты вращения всяких деталей которые способны вращаться. Есть много вариантов таких устройств, я предложу вариант на AVR микроконтроллере ATmega8. Для моего варианта, вам также…

Цветомузыка на микроконтроллере Attiny45 в авто

Эта цветомузыка, имея малый размер и питание 12В, как вариант может использоваться в авто при каких-либо мероприятиях. Первоисточник этой схемы Радио №5, 2013г А. ЛАПТЕВ, г. Зыряновск, Казахстан. Схема…

Контроллер обогрева зеркал и заднего стекла

Позволяет управлять одной кнопкой раздельно обогревом заднего стекла и зеркал, плюс настраиваемый таймер отключения до полутора часов для каждого канала. Схема построена на микроконтроллере ATtiny13A. Описание работы:

Диммер для плафона автомобиля

Почти во всех автомобилях есть управление салонным светом, которое осуществляется с помощью бортового компьютера или отдельной бортовой системой. Свет включается плавно, и гаснет также с некой задержкой (для…

GSM сигнализация с оповещением на мобильник

Представляю очень популярную схему автомобильной сигнализации на базе микроконтроллера ATmega8. Такая сигнализация дает оповещение на мобильник админа в виде звонков или смс. Устройства интегрируется с мобильником с помощью…

Моргающий стопак на микроконтроллере

Сделал новую версию моргающего стопака. Отличается алгоритм работы и схема управления, размер и подключение такое же. Возможно регулировать частоту моргания, длительность до перехода в постоянное свечение и скважность…

ДХО плюс стробоскопы

Эта поделка позволяет стробоскопить светодиодными ДХО. Поделка имеет малый размер, управление всего одной кнопкой, широкие возможности настройки. Размер платы 30 на 19 миллиметров. С обратной стороны расположен клемник…

Делаем и подключаем доводчик к сигнализации

Количества автомобилей с автоматическим стеклоподъемниками постоянно растет, и даже если в машине нет такого, многие делают его своими руками. Моей целю было собрать такое устройства и подключить его к…

Светодиоды включаются от скорости

Получился «побочный продукт»: нужно было оттестить режим работы датчика скорости для проекта отображения передач на матрице 5х7, для этого собрал небольшую схемку. Схемка умеет включать светодиоды в зависимости…

Цифровой тахометр на AVR микроконтроллере (ATtiny2313)

Тахометр измеряет частоту вращения деталей, механизмов и других агрегатах автомобиля. Тахометр состоит из 2-х основных частей — из датчика, который измеряет скорость вращения и из дисплея, где будет…

Простой цифровой спидометр на микроконтроллере ATmega8

Спидометр это измерительное устройства, для определения скорости автомобиля. По способу измерения, есть несколько видов спидометра центробежные, хронометрические, вибрационные, индукционные, электромагнитные, электронные и напоследок спидометры по системе GPS.

Плавный розжиг приборки на микроконтроллере

Эта версия немного отличается схемой: добавлена вторая кнопка настройки и убран потенциометр скорости розжига. Возможности: Два отдельных независимых канала. Для каждого канала три группы настраиваемых параметра: время задержки до начала…

Аккумуляторы сегодня очень распространены, но зарядные устройства для них, имеющиеся в продаже, как правило, не универсальны и слишком дороги. Предлагаемое устройство предназначено для зарядки аккумуляторных батарей и отдельных аккумуляторов (в дальнейшем используется термин "батарея") с номинальным напряжением 1,2...12,6 В и током от 50 до 950 мА. Входное напряжение устройства - 7...15 В. Ток потребления без нагрузки - 20 мА. Точность поддержания тока зарядки - ±10 мА. Устройство имеет ЖКИ и удобный интерфейс для установки режима зарядки и наблюдения за её ходом.

Реализован комбинированный метод зарядки, состоящий из двух этапов. На первом этапе батарею заряжают неизменным током. По мере зарядки напряжение на ней растёт. Как только оно достигнет заданного значения, наступит второй этап - зарядка неизменным напряжением. На этом этапе зарядный ток постепенно снижается, а на батарее поддерживается заданное напряжение. Если напряжение по какой-либо причине упадёт ниже заданного, автоматически вновь начнётся зарядка неизменным током.

Схема зарядного устройства изображена на рис. 1.

Рис. 1. Схема зарядного устройства

Его основа - микроконтроллер DD1. Он тактирован от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц. Использованы два канала АЦП микроконтроллера. Канал ADC0 измеряет напряжение на выходе зарядного устройства, а канал ADC1 - зарядный ток.

Оба канала работают в восьмиразрядном режиме, точности которого для описываемого устройства достаточно. Максимальное измеряемое напряжение - 19,9 В, максимальный ток - 995 мА. При превышении этих значений на экране ЖКИ HG1 появляется надпись "Hi".

АЦП работает с образцовым напряжением 2,56 В от внутреннего источника микроконтроллера. Чтобы иметь возможность измерять большее напряжение, резистивный делитель напряжения R9R10 уменьшает его перед подачей на вход ADC0 микроконтроллера.

Датчиком зарядного тока служит резистор R11. Падающее на нём при протекании этого тока напряжение поступает на вход ОУ DA2.1, который усиливает его приблизительно в 30 раз. Коэффициент усиления зависит от соотношения сопротивлений резисторов R8 и R6. С выхода ОУ напряжение, пропорциональное зарядному току, через повторитель на ОУ DA2.2 поступает на вход ADC1 микроконтроллера.

На транзисторах VT1-VT4 собран электронный ключ, работающий под управлением микроконтроллера, формирующего на выходе ОС2 импульсы, следующие с частотой 32 кГц. Коэффициент заполнения этих импульсов зависит от требуемых выходного напряжения и зарядного тока. Диод VD1, дроссель L1 и конденсаторы С7, С8 преобразуют импульсное напряжение в постоянное, пропорциональное его коэффициенту заполнения.

Светодиоды HL1 и HL2 - индикаторы состояния зарядного устройства. Включённый светодиод HL1 означает, что наступило ограничение выходного напряжения. Светодиод HL2 включён, когда идёт нарастание зарядного тока, и выключен, когда ток не изменяется или падает. В ходе зарядки исправной разряженной батареи сначала будет включён светодиод HL2. Затем светодиоды станут поочерёдно мигать. О завершении зарядки можно судить по свечению только светодиода HL1.

Подборкой резистора R7 устанавливают оптимальную контрастность изображения на табло ЖКИ.

Датчик тока R11 можно сделать из отрезка высокоомного провода от спирали нагревателя или от мощного проволочного резистора. Автор использовал отрезок провода диаметром 0,5 мм длиной около 20 мм от реостата.

Микроконтроллер ATmega8L-8PU можно заменить любым из серии ATmega8 с тактовой частотой 8 МГц и выше. Полевой транзистор BUZ172 следует установить на теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 4 см 2 . Этот транзистор можно заменить другим p-канальным с допустимым током стока более 1 А и малым сопротивлением открытого канала.

Вместо транзисторов КТ3102Б и КТ3107Д подойдёт и другая комплементарная пара транзисторов с коэффициентом передачи тока не менее 200. При правильной работе транзисторов VT1-VT3 сигнал на затворе транзистора должен быть аналогичен показанному на рис. 2.

Рис. 2. График сигнала на затворе

Дроссель L1 извлечён из компьютерного блока питания (он намотан проводом диаметром 0,6 мм).

Конфигурация микроконтроллера должна быть запрограммирована в соответствии с рис. 3. Коды из файла V_A_256_16.hex следует занести в память программ микроконтроллера. В EEPROM микроконтроллера должны быть записаны следующие коды: по адресу 00H - 2СН, по адресу 01H - 03H, по адресу 02H - 0BEH, по адресу 03H -64H.

Рис. 3. Программирование микроконтроллера

Налаживание зарядного устройства можно начинать без ЖКИ и микроконтроллера. Отключите транзистор VT4, а точки подключения его стока и истока соедините перемычкой. Подайте на устройство напряжение питания 16 В. Подберите резистор R10 таким, чтобы напряжение на нём находилось в пределах 1,9...2 В. Можно составить этот резистор из двух, соединённых последовательно. Если источника напряжения 16 В не нашлось, подайте 12 В или 8 В. В этих случаях напряжение на резисторе R10 должно быть соответственно около 1,5 В или 1 В.

Вместо батареи подключите к устройству последовательно амперметр и мощный резистор или автомобильную лампу. Изменяя напряжение питания (но не ниже 7 В) или подбирая нагрузку, установите ток через неё равным 1 А. Подберите резистор R6 таким, чтобы на выходе ОУ DA2.2 было напряжение 1,9...2 В. Как и резистор R10, резистор R6 удобно составить из двух.

Отключите питание, подключите ЖКИ и установите микроконтроллер. К выходу устройства присоедините резистор или лампу накаливания 12 В на ток около 0,5 А. При включении устройства на ЖКИ будут выведены напряжение на его выходе U и ток зарядки I, а также напряжение ограничения Uz и максимальный ток зарядки Iz. Сравните значения тока и напряжения на ЖКИ с показаниями образцовых амперметра и вольтметра. Вероятно, они будут различаться.

Выключите питание, установите перемычку S1 и вновь включите питание. Для калибровки амперметра нажмите и удерживайте кнопку SB4, а кнопками SB1 и SB2 установите на ЖКИ значение, ближайшее к показываемому образцовым амперметром. Для калибровки вольтметра нажмите и удерживайте кнопку SB3, а кнопками SB1 и SB2 установите на ЖКИ значение, равное показываемому образцовым вольтметром. Не выключая питания, снимите перемычку S1. Калибровочные коэффициенты будут записаны в EEPROM микроконтроллера для напряжения по адресу 02H, а для тока - по адресу 03H.

Выключите питание зарядного устройства, установите на место транзистор VT4, а к выходу устройства подключите автомобильную лампу на 12 В. Включите устройство и установите Uz=12 В. При изменении Iz должна плавно меняться яркость свечения лампы. Устройство готово к работе.

Требуемый зарядный ток и максимальное напряжение на батарее устанавливают кнопками SB1 "▲", SB2 "▼", SB3 "U", SB4 "I". Интервал изменения зарядного тока - 50...950 мА с шагом 50 мА. Интервал изменения напряжения - 0,1...16 В с шагом 0,1 В.

Для изменения Uz или Iz нажмите и удерживайте соответственно кнопку SB3 или SB4, ас помощью кнопок SB1 и SB2 установите требуемое значение. Через 5 с после отпускания всех кнопок установленное значение будет записано в EEPROM микроконтроллера (Uz - по адресу 00H, Iz - по адресу 01H). Следует иметь в виду, что удержание кнопки SB1 или SB2, нажатой более 4 с, увеличивает скорость изменения параметра приблизительно в десять раз.

Программу микроконтроллера можно скачать .

Дата публикации: 25.09.2016

Мнения читателей

• Олег / 19.05.2018 - 21:49
  Очень прошу, скиньте файл для прошивки eeprom на эл.почту [email protected] Больше месяца тужусь, не выходит цветок!!!
• саша / 19.01.2018 - 19:10
  Народ,кто нибудь собирал данный девайс!
• Юрий / 19.01.2018 - 18:35
  Вопро к автору.Вывод 1 микропроцессора висит в воздухе.Это не опечатка.