Mikro nəzarətçi əsaslı ağıllı batareya şarj cihazı: 9 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Gördüyünüz dövrə, avtomatik kəsilmiş ATMEGA8A əsaslı ağıllı bir batareya şarj cihazıdır. Müxtəlif parametrlər LCD -də fərqli şarj vəziyyətlərində göstərilir. Zəng tamamlandıqdan sonra dövrəni səs siqnalı ilə səsləndirəcək.

Şarj cihazını əsasən 11.1v/4400maH Li-ion batareyamı doldurmaq üçün qurdum. Firmware əsasən bu batareyanın növünü doldurmaq üçün yazılıb. Digər batareya növlərini doldurmaq üçün ehtiyaclarınızı ödəmək üçün öz şarj protokolunuzu yükləyə bilərsiniz.

Bildiyiniz kimi, ağıllı batareya şarj cihazları bazarlarda tapıla bilər, ancaq elektron bir həvəskar olaraq, statik/dəyişməz funksiyaları olan birini satın almaqdansa, özümün qurmağım həmişə üstünlük təşkil edir. Gələcəkdə təkmilləşdirin, buna görə yer buraxdım.

Əvvəlki 11.1v/2200mAh Li-ion batareyamı aldığım zaman internetdə ağıllı idarəetmə ilə DIY batareya şarj cihazlarını axtardım, amma çox məhdud qaynaqlar tapdım. mənim üçün həqiqətən yaxşıdır. Amma əvvəlki batareyam vaxt keçdikcə (heç bir səbəb olmadan) 11.1v/4400mAh olan başqa bir Li-ion batareya aldım. tələbi ilə şəbəkədə bir az təhsil aldım və öz ağıllı şarj cihazımı hazırlaya bildim.

Düşünürəm ki, bir çox həvəskar/həvəskarın elektrik elektronikası və mikrokontrolör üzərində çalışmaqdan həvəsli olduğunu və öz ağıllı şarj cihazını qurmağa ehtiyacı olduğunu düşünürəm.

Li-ion batareyasının necə doldurulacağına qısa bir nəzər salaq.

Addım 1: Li-ion Batareya üçün Şarj Protokolu

Li-ion batareyasını doldurmaq üçün müəyyən şərtlər yerinə yetirilməlidir. Şərtlərə riayət etməsək, ya batareya doldurulmayacaq, ya da yandırılacaq (həddindən artıq yüklənərsə) və ya daimi zədələnəcək.

Fərqli növ batareyalar haqqında lazım olan hər şeyi bilmək üçün çox yaxşı bir veb sayt var və əlbəttə ki, batareyalar üzərində işləməyi bilirsinizsə veb saytının adını bilirsiniz … Bəli, batteryuniversity.com haqqında danışıram.

Li-ion batareyasını doldurmaq üçün lazım olan detalları bilmək üçün bağlantı burada.

Bütün bu nəzəriyyələri oxumaq üçün tənbəlsənsə, mahiyyəti belədir.

1. 3.7v Li-ion batareyanın tam doldurulması 4.2v-dir. Bizim vəziyyətimizdə 11.1v Li-ion batareya 3 x 3.7v batareya deməkdir. Tam şarj üçün batareya 12.6v-ə çatmalıdır, lakin təhlükəsizlik səbəbindən biz 12.5v -ə qədər şarj edəcək.

2. Batareya tam doldurulmaq üzrə olduğu zaman, şarj cihazından çıxardığı cərəyan nominal batareya tutumunun 3% -ə qədər enir. Batareya tam doldurulduqda, akkumulyatorun çəkdiyi cərəyan 4400ma-nın təxminən 3% -5% -ə, yəni 132 ilə 220ma arasında çatacaq. Şarjı təhlükəsiz bir şəkildə dayandırmaq üçün, cərəyan aşağıya düşəndə şarj dayandırılacaq. 190ma (nominal tutumun təxminən 4% -i).

3. Ümumi şarj prosesi iki əsas hissəyə bölünür: 1-Sabit cərəyan (CC rejimi), 2-Sabit gərginlik (CV rejimi). tam doldurulduqda həyəcan siqnalı ilə istifadəçiyə xəbər verəcək, sonra batareya şarj cihazından ayrılmalıdır)

CC rejimi -

CC rejimində şarj cihazı batareyanı 0.5c və ya 1c şarj dərəcəsi ilə doldurur. İndi 0.5c/1c nədir? ??? 2200ma olacaq və 1c 4400ma şarj cərəyanı olacaq. 'c' şarj/boşalma nisbətini ifadə edir. Bəzi batareyalar 2c yəni CC rejimində də dəstəkləyir, şarj cərəyanını 2 dəfə batareya tutumuna təyin edə bilərsiniz amma bu çılğınlıqdır !!!!!

Amma təhlükəsiz olmaq üçün 4400mAh batareya üçün 1000ma şarj cərəyanı seçəcəyəm yəni 0.22c. Bu rejimdə şarj cihazı şarj gərginliyindən asılı olmayaraq batareyanın çəkdiyi cərəyanı izləyəcək. E Şarj cihazı artıraraq 1A şarj cərəyanını qoruyacaq /batareya şarjı 12.4v -ə çatana qədər çıxış gərginliyinin azalması.

CV rejimi -

İndi batareya gərginliyi 12.4v -ə çatdıqda, şarj cihazı çıxışında 12.6 volt (batareyanın çəkdiyi cərəyandan asılı olmayaraq) saxlayacaq. İndi şarj cihazı iki şeydən asılı olaraq şarj dövrünü dayandıracaq. və əgər şarj cərəyanı 190ma -dan aşağı düşərsə (əvvəllər izah edildiyi kimi nominal batareya tutumunun 4% -i), onda şarj dövrü dayandırılacaq və bir səs siqnalı çalınacaq.

Addım 2: Şematik və İzahat

İndi sxemin işinə bir nəzər salaq: sxem BIN.pdf faylında pdf formatında əlavə olunur.

Dövrənin giriş gərginliyi 19/20v ola bilər. 19v almaq üçün köhnə bir laptop şarj cihazından istifadə etdim.

J1, dövrə giriş gərginliyi mənbəyinə qoşulmaq üçün bir terminal bağlayıcısıdır. Q1, D2, L1, C9 bir dollar çeviricini meydana gətirir. İndi nə cəhənnəmdir ??? çevirici olaraq, iş dövrünü dəyişərək istədiyiniz çıxış gərginliyinə nail ola bilərsiniz. Buğa çeviriciləri haqqında daha çox bilmək istəyirsinizsə, bu səhifəni ziyarət edin. Tələblərimə görə C9, 3 gün sınaq və səhv aldı. Fərqli batareyaları dolduracaqsınızsa, bu dəyərlərin dəyişə biləcəyi mümkündür.

Q2, güc mosfetinin sürücü tranzistorudur Q1. R1, Q1 üçün qərəzli bir müqavimətdir. Çıxış gərginliyini idarə etmək üçün Q2 bazasında pwm siqnalını verəcəyik.

İndi çıxış Q3 -ə verilir. "Q3 -ün burada nə faydası var?" Sualı verilə bilər. Cavab olduqca sadədir, sadə bir keçid kimi hərəkət edir. Batareyanın gərginliyini ölçəcəyimiz zaman, Q3 -ü bağlayacağıq Şarj gərginliyi çıxışını buck çeviricisindən ayırmaq üçün. Q4, R3 əyilmə müqavimətinə malik Q3 üçün sürücüdür.

Yolda bir D1 diodunun olduğunu unutmayın. Diod bu yolda nə edir ?? Bu cavab da çox sadədir. Batareya çıxışa qoşulduqda dövrə giriş gücündən ayrılanda batareyadan cərəyan çıxacaq. MOSFET Q3 & Q1 gövdə diodları ilə tərs yolda axın və beləliklə U1 və U2 girişlərində batareya gərginliyini alacaq və dövrəni batareya gərginliyindən gücləndirəcək. Bunun qarşısını almaq üçün D1 istifadə olunur.

D1-in çıxışı daha sonra cari sensor girişinə (IP+) verilir. Bu halfal effektli əsas cərəyan sensoru, yəni cərəyanı hiss edən hissə və çıxış hissəsi təcrid olunur. Batareya. Burada R5, RV1, R6 batareyanın gərginliyini/çıxış gərginliyini ölçmək üçün bir gərginlik bölücü dövrə yaradır.

Atmega8 -in ADC -si burada batareyanın gərginliyini və cərəyanını ölçmək üçün istifadə olunur. ADC maksimum 5v -ni ölçə bilər, amma maksimum 20v -ni (bir az boşluqla) ölçəcəyik. ADC aralığına olan gərginliyi azaltmaq üçün 4: 1 gərginlik bölücü istifadə olunur. Qazan (RV1) incə sazlama/kalibrləmə üçün istifadə olunur. Daha sonra müzakirə edəcəyəm. C6 qapağı ayırır.

ACS714 cərəyan sensorunun çıxışı da atmega8 -in ADC0 pininə verilir. Bu ACS714 sensoru vasitəsi ilə cərəyanı ölçəcəyik. 5A versiyasının pololudan ayrılmış bir lövhəm var və həqiqətən əla işləyir. Növbəti mərhələdə haqqında danışacağam cərəyanı necə ölçmək olar.

LCD normal 16x2 lcd -dir. Burada istifadə olunan LCD 4 bit rejimində konfiqurasiya edilmişdir, çünki atmega8 -in pin sayı məhduddur.

Atmega8, C10/11. iki ayrılan qapağı olan xarici kristal X1 ilə 16mhz -də işləyir. Atmega8 -in ADC qurğusu, 10 uH indüktör vasitəsilə Avcc pinindən istifadə olunur. C7, C8, Agnd -ə qoşulmuş qapaqları ayırır. PCB düzəldərkən müvafiq olaraq Avcc və Aref -ə mümkün qədər yaxınlaşdırın. Agnd pininin dövrədə göstərilmədiyinə diqqət yetirin. Agnd pin toprağa bağlanacaq.

Mən atmega8 -in ADC -ni xarici Vref istifadə etmək üçün konfiqurasiya etdim, yəni Aref pin vasitəsilə istinad gərginliyi verəcəyik. Bunun mümkün səbəbi maksimum oxuma dəqiqliyinə nail olmaqdır. Daxili 2.56v istinad gərginliyi avrs -də o qədər də böyük deyil. 7805 (U2) yalnız ACS714 sensoru və atmega8 -in Aref pinini təmin edir, bu da optimal dəqiqliyi qorumaq üçündür. ACS714 sabit 2.5v çıxış gərginliyi verir. oradan heç bir cərəyan axını yoxdur, amma deyək ki, ACS714 -ün təchizat gərginliyi aşağı düşərsə (deyək 4.7v), heç bir cari çıxış gərginliyi (2.5v) də aşağı düşməyəcək və uyğun olmayan/səhv cərəyan oxunuşu yaradacaq. Vref ilə əlaqədar olaraq gərginliyi ölçdüyümüz üçün Arefdakı istinad gərginliyi səhvsiz və sabit olmalıdır. Buna görə də stabil 5v -ə ehtiyacımız var.

ACS714 və Aref -i atmega8 və lcd təchiz edən U1 -dən alsaydıq, U1 -in çıxışında substanial gərginlik düşər və amper və gərginlik oxunması səhv olardı. yalnız Aref və ACS714 -ə sabit bir 5v təchiz edərək.

S1, gərginliyin oxunmasını kalibr etmək üçün basılır. S2 gələcək istifadə üçün ayrılmışdır. Bu düyməni seçiminizə görə əlavə edə/əlavə edə bilməzsiniz.

Addım 3: Fəaliyyət …

Gücləndirildikdə, atmega8, Q2 bazasında 25% pwm çıxışı verərək buck çeviricisini işə salacaq, öz növbəsində, Q2 daha sonra Q1 sürəcək və buck çeviricisi işə başlayacaq. və batareya. atmega8 daha sonra rezistor bölücü vasitəsilə batareya gərginliyini oxuyur. Heç bir batareya bağlı deyilsə, atmega8 16x2 lcd vasitəsilə "Batareyanı daxil et" mesajını göstərir və batareyanı gözləyir. atmega8 gərginliyi yoxlayacaq. Gərginlik 9v -dan aşağıdırsa, atmega8 16x2 lcd -də "Arızalı batareya" göstərəcək.

9v -dən çox olan bir batareya tapılarsa, şarj cihazı əvvəlcə CC rejiminə keçəcək və Q3 şarj cihazını açacaq. Şarj cihazı (CC) dərhal görünəcək şəkildə yenilənəcək. Batareya gərginliyi 12.4v -dən çox olarsa mega8 dərhal CC rejimindən çıxacaq və CV rejiminə keçəcək. Batareya gərginliyi 12.4v -dən azdırsa, mega8, pwm -in müxtəlif iş dövrü ilə buck çeviricisinin çıxış gərginliyini artıraraq/azaldaraq 1A şarj cərəyanı saxlayacaq. Şarj cərəyanı ACS714 cərəyan sensoru tərəfindən oxunacaq. Buck çıxış gərginliyi, şarj cərəyanı, PWM iş dövrü vaxtaşırı olaraq lcd -də yenilənəcək.

Batareya gərginliyi hər 500 ms aralıqdan sonra Q3 söndürülməklə yoxlanılacaq. Batareya gərginliyi dərhal lcd -ə yenilənəcək.

Şarj zamanı batareya gərginliyi 12,4 voltdan çox olarsa, mega8 CC rejimindən çıxacaq və CV rejiminə keçəcək. Mod vəziyyəti dərhal lcd -ə yenilənəcək.

Mega8, pulun işləmə müddətini dəyişərək 12.6 voltluq çıxış gərginliyini qoruyacaq. Burada hər 1s aralıqdan sonra batareya gərginliyi yoxlanılacaq. Batareya gərginliyi 12.5v -dan çox olmayacaq, sonra yoxlanılacaq. Əgər çəkilmiş cərəyan 190ma -dan aşağıdırsa, hər iki şərt yerinə yetirilərsə, Q3 -ü birdəfəlik söndürməklə şarj dövrü dayandırılacaq və Q5 -i açaraq bir səs siqnalı çalınacaq.

Addım 4: Lazım olan hissələr

Layihəni tamamlamaq üçün lazım olan hissələr aşağıda verilmişdir. Zəhmət olmasa pinout üçün məlumat cədvəllərinə baxın. Yalnız vacib hissələr məlumat cədvəli bağlantısı verilir

1) ATMEGA8A x 1. (məlumat cədvəli)

2) Pololu x 1 -dən ACS714 5A cərəyan sensoru (istifadə etdiyim bütün digər sensorlar arasında ən dəqiq olduğu üçün Pololu -dan istifadə etməyi şiddətlə tövsiyə edirəm. Buradan tapa bilərsiniz). Pinut şəkildə təsvir edilmişdir.

3) IRF9540 x 2. (məlumat cədvəli)

4) 7805 x 2 (ən sabit 5v çıxışı olduğu üçün Toshiba orijinal ehtiyat hissəsindən tövsiyə olunur). (Məlumat cədvəli)

5) 2n3904 x 3. (məlumat cədvəli)

6) 1n5820 schottky x 2. (məlumat cədvəli)

7) 16x2 LCD x 1. (məlumat cədvəli)

8) 330uH/2A güc indüktoru x 1 (coilmasterdən tövsiyə olunur)

9) 10uH induktor x 1 (kiçik)

10) Rezistorlar -(Bütün rezistorlar 1% MFR tiplidir)

150R x 3

680R x 2

1k x 1

2k2 x 1

10k x 2

22k x 1

5k qazan x 2 (pcb montaj növü)

11) Kondansatörler

Qeyd: C4 istifadə etmədim. Laptopun enerji təchizatı/Tənzimlənmiş enerji təchizatı 19v enerji mənbəyi kimi istifadə edirsinizsə istifadə etməyə ehtiyac yoxdur.

100 uF/25 v x 3

470 uF/25v x 1

1000 uF/25 v x 1

100n x 8

22p x 2

12) PCB montaj ani təkan açarı x 2

13) 20v Buzzer x 1

14) 2 pinli terminal blok konnektoru x 2

15) Kabinet (belə bir kabinetdən istifadə etdim.). İstədiyinizi istifadə edə bilərsiniz.

16) 19v noutbukun enerji təchizatı (hp noutbukun enerji təchizatını dəyişdirdim, istədiyiniz kimi hər hansı bir enerji təchizatından istifadə edə bilərsiniz. Bir qurmaq istəyirsinizsə, bu təlimatları oxuyun.)

17) U1 və Q1 üçün orta ölçülü bir istilik yuyucusu. Bu tipdən istifadə edə bilərsiniz. Ya da mənim dövrə şəkillərimə müraciət edə bilərsiniz.

18) Banana konnektoru - Dişi (Qara və Qırmızı) x 1 + Kişi (Qara və Qırmızı) (bağlayıcı ehtiyacınıza görə)

Addım 5: Hesablama vaxtı ……

Gərginlik ölçməsinin hesablanması:

Maksimum gərginlik, atmega8 adc istifadə edərək ölçəcəyimiz 20v -dir. Amma atmega8 -in adc maksimum 5v ölçə bilər, buna görə 5v aralığında 20v etmək üçün burada 4: 1 gərginlik bölücü istifadə olunur (20v/4 = 5v olaraq). Beləliklə, biz bunu iki rezistordan istifadə etməklə həyata keçirə bilərik, amma bizim vəziyyətimizdə, qazanı döndərərək dəqiqliyi əl ilə tənzimləmək üçün iki sabit rezistor arasına bir qazan əlavə etdim. ADC -nin həlli 10bit, yəni adc 0v -dan 5v -ə 0 -dan 1023 -ə qədər və ya 00 -dan 3FFh -ə qədər təmsil edəcək.

Beləliklə, ölçülmüş gərginlik = (adc oxunması) x (Vref = 5v) x (müqavimət bölücü faktoru yəni bu halda 4) / (maksimum adc oxunması yəni 10bit adc üçün 1023).

Tutaq ki, 512 -nin adc oxunuşunu alırıq. Sonra ölçülmüş gərginlik -

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

Cari ölçmə hesablanması:

ACS714, IP+ -dan IP-ə doğru heç bir cərəyan çıxmadıqda, çıxış pinində 2.5v sabit bir çıxış verəcək. 2.5v üzərində 185mv/A verər, yəni 3A cərəyanı dövrədən keçirsə, acs714 verəcək 2,5v+(0,185 x 3) v = 3,055v pinində.

Beləliklə, cari ölçmə formulu aşağıdakı kimidir:

Ölçülmüş cərəyan = (((əlavə oxu)*(Vref = 5v)/1023) -2.5) /0.185.

məsələn, adc oxunuşu 700, sonra ölçülən cərəyan - (((700 x 5)/1023) - 2.5) /0.185 = 4.98A olacaq.

Addım 6: Proqram təminatı

Proqram GCC istifadə edərək Winavr -da kodlanmışdır. Mən kodu modullaşdırmışam, yəni adc kitabxanası, lcd kitabxanası və s. Kimi müxtəlif kitabxanalar yaratmışam. Bu kitabxanada lcd -in başlanğıc ardıcıllığı dəyişdirildiyi üçün lcd_updated _library.c -dən də istifadə edə bilərsiniz. Yenilənmiş kitabxanadan istifadə etmək istəyirsinizsə, adını lcd.c ilə dəyişdirin.

Main.c faylı əsas funksiyaları ehtiva edir. Li-ion üçün şarj protokolu burada yazılıb. Hesablamalar kimi dəqiq oxunuşlar əldə etmək üçün U2 (7805) çıxışını dəqiq bir multimetrlə ölçməklə main.c-də ref_volt təyin edin. buna əsaslanırlar.

Başlığı aşmaq üçün.hex faylını birbaşa mega8 -də yandıra bilərsiniz.

Başqa bir şarj protokolu yazmaq istəyənlər üçün, hətta bir uşağın hər sətrin icrası üçün nələr baş verdiyini başa düşə biləcəyi kifayət qədər şərhlər yazdım. Yalnız fərqli batareya tipləri üçün öz protokolunuzu yazmalısınız. Fərqli gərginlik ionları üçün yalnız parametrləri dəyişdirməlisiniz.

Bu, ilk layihənizdirsə və ya mikrokontrolör/güc elektronikası üçün yenisinizsə, bu dövrəni qurmamağı şiddətlə tövsiyə edirəm.

Açmaqda problem yaratdığından Makefile istisna olmaqla hər bir faylı orijinal formatda yüklədim.txt formatında yüklədim. Sadəcə məzmunu kopyalayın və yeni bir Makefile yapışdırın və bütün layihəni qurun. hex faylını yazmağa hazırsınız.

Addım 7: Kifayət qədər Teoriya ….. Gücləndirək

Çörək taxtasından pcb -ə qədər olan prototipimin şəkilləri. Daha çox bilmək üçün şəkillərin qeydlərindən keçin. Şəkillər başdan sona qədər ardıcıl olaraq düzülmüşdür.

Addım 8: İlk Şarj Dövründən əvvəl ……. Kalibrasiya edin !!

Batareyanı şarj cihazından istifadə etməzdən əvvəl onu kalibr etməlisiniz, əks halda batareyanı doldurmaq/həddindən artıq doldurmaq mümkün olmayacaq.

İki növ kalibrləmə var 1) Gərginlik kalibrlənməsi. 2) Cari kalibrləmə. Kalibr etmək üçün addımlar aşağıdakı kimidir.

Əvvəlcə U2 -nin çıxış gərginliyini ölçün. Sonra main_c -də ref_volt. Mine 5.01 olaraq təyin edin. Ölçülərinizə uyğun olaraq dəyişdirin. Bu, Gərginlik və Cari kalibrləmə üçün əsas zəruri addımdır. Cari kalibrləmə üçün heç bir şey yoxdur. başqa hər şey proqramın özü tərəfindən həll olunacaq

İndi main.c -də ref voltunu təyin etdikdən sonra hex faylını yandırdığınız üçün vahidin gücünü öldürün.

İndi multimetrdən istifadə edərək dolduracağınız batareyanın gərginliyini ölçün və batareyanı qurğuya qoşun.

İndi S1 düyməsini basıb saxlayın və düyməni basıldıqda dövrəni gücləndirin. Təxminən 1 saniyəlik qısa bir gecikmədən sonra S1 düyməsini buraxın. Əgər dövrə əvvəlcə güc verərsə cihazın kalibrləmə rejiminə girməyəcəyini unutmayın. S1.

İndi ekranda dövrə kalibrləmə rejiminə keçdiyini görə bilərsiniz. "Cal rejimi" lcd -də batareya gərginliyi ilə birlikdə görünəcək. İndi qazanı çevirərək multimetr oxunuşu ilə lcd -də göstərilən batareya gərginliyinə uyğun gəlin.. İşiniz bitdikdən sonra yenidən S1 düyməsini basıb saxlayın, təxminən bir saniyə saxlayın və buraxın. Kalibrləmə rejimindən çıxacaqsınız. Şarj cihazını söndürüb açaraq yenidən sıfırlayın.

Yuxarıdakı proses batareyaya bağlanmadan da edilə bilər. Çıxış terminalına (J2) xarici enerji mənbəyi bağlamalısınız. Kalibrləmə rejiminə daxil olduqdan sonra qazandan istifadə edərək kalibr edin. Amma bu dəfə əvvəlcə xarici enerji mənbəyini ayırın və sonra basın S1 kalibrləmə rejimindən çıxmaq üçün hər hansı bir qurğunun nasazlığının qarşısını almaq üçün əvvəlcə xarici enerji mənbəyini ayırmaq lazımdır.

Addım 9: Kalibrdən sonra işə salın … …. indi Rock etməyə Hazırsınız

İndi kalibrləmə başa çatdıqdan sonra artıq şarj prosesinə başlaya bilərsiniz, əvvəlcə batareyanı qoşun, sonra cihazı yandırın. Restoralla şarj cihazı məşğul olacaq.

Mənim dövrə 100% işləyir və sınaqdan keçir. Amma bir şey görsəniz, mənə bildirin. Həmçinin hər hansı bir sualınız üçün əlaqə saxlaya bilərsiniz.

Xoşbəxt bina.

Rgds // Sharanya