Ładowarka BattMan II [Tłumaczenie + MODYFIKACJE]

Comment

Elektronika

Poniżej przedstawiam tłumaczenie dość długiego artykułu dotyczącego bardzo fajnej, kontrolowanej przez komputer PC ładowarki wszelkiej maści akumulatorów. Ja zainteresowałem się niąbattman2 z zupełnie innego powodu… Dzięki nie jestem w stanie ocenić stan zużycia akumulatora oraz jego jakość.

Projekt został przeze mnie dość mocno zmodyfikowany. Dodałem dwa mierniki panelowe – jeden wskazuje napięcie (wejściowe lub ładowania), drugi wskazuje prąd płynący przez akumulator.

BattMan II jest kontrolowaną przez komputer uniwersalną ładowarką typowych akumulatorów używanych przez modelarzy i elektroników.

BattMan II ma następujące możliwości:

  • Działa z akumulatorami Niklowo-Kadmowymi (NiCd), Niklowo-Metalowo-Wodorkowymi (NiMH), Litowo-Jonowymi (Li-Ion), Litowo-Polimerowymi (LiPo), LiNP oraz zwykłymi akumulatorami kwasowymi
  • Działa z napięciami od 1,2 do 14,7 V
  • W celu pomiaru pojemności akumulatora rozładowuje go prądem od 130 mA do 2A
  • Prąd ładowania od 130mA do 1.3A
  • Automatyczny cykl rozładowywania / ładowania w celu usunięcia efektu pamięci w ogniwach NiCD
  • Mierzy rezystancję wewnętrzną akumulatora
  • Mierzy samorozładowanie akumulatora
  • Zapisuje log wszystkich operacji (można go importować do arkuszy kalkulacyjnych)
  • Zapisuje wykresy ładowania, rozładowania, cyklu ładowania / rozładowania
  • Sterowany przez port równoległy komputera PC pod kontrolą Windows 95, 98, ME, 2000, XP, Vista, 7
  • Oprogramowanie wraz ze źródłami dostępne do pobrania

BattMan II jest skomplikowanym projektem i ten artykuł zakłada, że masz spore pojęcie w budowie projektów DIY. Jeśli przyłożysz się do budowy i kalibracji urządzenia – wszystko powinno się udać i urządznie będzie działać. Zanim włączysz do prądu lutownicę zapoznaj się z informacjami teoretycznymi zawartymi poniżej…

Jeśli nie chcesz budować tego urządzenia ale potrzebujesz ładowarki do akumulatorów AA lub AAA zastanów się nad ładowarką La Crosse BC-1000 Alpha Power lub PowerEX MH-C9000 WizardOne . Ładowarki te posiadają bardzo wiele funkcji BattMan’a II jednakże ładują tylko akumulatory AA i AAA.

Obwód elektroniczny

BattMan II składa się z pięciu podsystemów: zasilania, kontroli prądu, sekcji podłączenia akumulatora, pomiaru napięcia oraz zasilania układów scalonych.

schematic

Zasilacz

Zasilacz użyty w projekcie to najzwyklejszy zasilacz 18V 2,2 A z Allegro. Dowolny podobny zasilacz może zostać użyty – trzeba tylko pamiętać aby jego napięcie wynosiło pomiędzy 18 a 20V a maksymalny prąd odpowiadał maksymalnemu prądowi ładowania którego chcemy używać. Punkty  na schemacie oznaczone jako V+ są podłączone do dodatniego bieguna zasilacza.

Kontrola prądu

Bufory CMOS (na schemacie oznaczone Z2A, Z2B, Z2C oraz Z2D) wraz z rezystorami od 26 do R34 tworzą konwerter cyfrowo-analogowy R-2R. R34 jest używany do ustalenia zakresu napięcia wyjściowego tak aby oscylowało w granicach 0.0 do 0.2 Volta (pomiar w punkcie testowym TP2). Dane wejściowe dla konwertera pochodzą z pinów D0 do D3 portu równoległego (do którego BattMan II jest podłączony).

Wyjście konwertera DA jest podawane do wzmacniacza operacyjnego Z4A, który wraz z tranzystorem Q3 (TIP120 NPN Darlington) oraz rezystorem R45 (0.1Ω rezystor mocy) tworzą źródło stałoprądowe. Z4A ustala prąd bazy dla tranzystora Q3 więc napięcie na rezystorze R45 jest dokładnie takie samo jak napięcie z konwertera DA. Efektem tego jest stały prąd płynący do kolektora tranzystora Q3 (stałe napięcie na rezystorze wymusza stały prąd).

 Sekcja podłączenia akumulatora

Tranzystor Q1 wraz z przekaźnikiem K1 są używane do podłączania i odłączania dodatniego bieguna ładowanego akumulatora. Tranzystor Q1 kontrolowany jest przez pin D5 portu równoległego. Gdy na pinie D5 występuje stan niski – akumulator jest odłączony, gdy występuje stan wysoki – akumulator jest podłączony.

Gdy przekaźnik K1 kontroluje czy akumulator jest podłączony – przekaźnik K2 kontroluje jak jest podłączony. Gdy na pinie D4 portu równoległego występuje stan niski, tranzystor Q2 nie przewodzi i przekaźnik K2 nie jest zasilony. W takim wypadku dodatni biegun ładowanego akumulatora podłączony jest do kolektora tranzystora Q3 a biegun ujemny do masy. Prąd płynie z akumulatora, przez tranzystor Q3 rozładowując akumulator.

Gdy przełączymy pin D4 w stan wysoki, Q2 przewodzi i zasila K2. Teraz dodatni biegun akumulatora jest podłączony bezpośrednio do dodatniego bieguna zasilacza. Ujemny biegun akumulatora jest podłączony do źródła prądowego. Prąd płynie z zasilacza przez tranzystor Q3 do akumulatora – ładując go.

Kontrola napięcia

Praca większości komponentów całego układu w bardzo dużym stopniu zależy od dokładności pomiaru napięcia ładowanego akumulatora. Jako, że akumulator w trakcie ładowania jest podłączony pomiędzy biegun dodatni zasilacza a tranzystor Q3 nie możemy zmierzyć napięcia panującego pomiędzy biegunem dodatnim a masą. Zamiast tego musimy dokonać pomiaru napięć pomiędzy biegunem dodatnim a masą oraz biegunem ujemnym a masą. Następnie z poznanych wartości obliczymy napięcie akumulatora.

Opisanych powyżej pomiarów moglibyśmy dokonać przy pomocy konwertera analogowo-cyfrowego  – jednakże te układy (szczególnie o parametrach których szukamy) nie są łatwe do zdobycia. Zamiast tego Battman II używa sterowanego przez komputer konwertera cyfrowo-analogowego i porównuje jego wyjście z napięciem zmierzonym. Z1 jest 12 bitowym licznikiem CMOS i razem z rezystorami od R1 do R25 tworzą konwerter cyfrowo-analogowy R-2R (o zakresie 0 do 3 voltów). Konwerter kontrolowany jest przez piny D6 i D7 portu równoległego. Ustawienie pinu D6 w stan wysoki czyści licznik i przywraca wyjście konwertera DA (VDAC) do 0V. Pulsowanie na pinie D7 powoduje wzrost licznika – co wiąże się ze wzrostem napięcia (napięcie wyjściowe można zmierzyć w punkcie testowym TP1).

Dodatni biegun akumulatora jest podłączony przez dzielnik napięcia składający się z potencjometra R35 i rezystorów R36, R37. W trakcie wstępnej kalibracji potencjometr R35 należy ustawić w takiej pozycji aby maksymalne napięcie wejściowe (zmierzone) było minimalnie mniejsze od maksymalnego napięcia VDAC (około 3V). Komparator Z3A porównuje napięcie bieguna dodatniego z napięciem VDAC. Wyjście komparatora jest wysokie gdy napięcie z dzielnika jest większe od napięcia VDAC (i niskie gdy napięcie dzielnika jest niższe od napięcia VDAC. Wyjście komparatora podłączone jest do wejściowego pinu ERR portu równoległego.

Dzielnik napięcia R39, R40 i R40 wraz z komparatorem Z3B spełniają identyczą funkcję dla ujemnego bieguna akumulatora. Wyjście komparatora Z3B jest podłączone wejściowego pinu SEL portu równoległego.

Oprogramowanie Battman’a najpierw resetuje licznik Z1, następnie zaczna podnosić stan licznika jednoczenie monitorując piny SEL i ERR. Gdy SEL zmienia stan, zapisywany jest licznik (komputer nie może odczytać wartości licznika – jednakże skoro kontroluje ten licznik może zapisać w software’owym liczniku stan i potem go użyć). Gdy stan ERR się zmieni licznik zapisywany jest ponownie. Następnie napięcia odpowiadające dwóm pomiarą są obliczane (używając tabeli ustalonej podczas wstępnej kalibracji). Dwa napięcia są od siebie odejmowane co daje nam napięcie baterii.

Sekcja zasilania układów scalonych i „części zapasowe”

Stabilizator 7805 obniża i stabilizuje napięcie wejściowe zapewniając stabilne napięcie 5V dostępne dla układów CMOS, komparatorów napięcia i cewek przekaźników.

Pozostało nam kilka elementów… dokładnie 2 bufory CMOS z układu Z2, jeden wzmacniacz operacyjny z układu Z4. Po uruchomieniu prototypu stwierdziłem, że można użyć tych elementów do uruchomienia mechanizmu bezpieczeństwa który będzie monitorował stan pinu D7 portu równoległego. W momencie gdy na pinie D7 nie ma aktywności przez 10 lub więcej sekund układ odłączy zasilanie cewki przekaźnika. Zabezpiecza nas to przed sytuacją w której „komputer usnął za kółkiem..” (tj. zawiesił się i nie kontroluje pracy BattMana). Być może rozwiązanie to zostanie wprowadzone w życie w następnej wersji BattMana… jednak do tego czasu nigdy nie pozostawiaj włączonego BattMan’a II bez opieki!


Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Akceptuję
Śmietnik wykorzystuje pliki cookies. Korzystanie z witryny oznacza zgodę na ich zapis lub odczyt zgodnie z ustawieniami przeglądarki.