Зарядное устройство-приставка на МК от 0 до 40В и от 0 до 50А

Зарядное устройство-приставка, т.е. зарядное устройство (ЗУ или ЗУ-приставка) не имеющее собственного источника питания.

Источником питания для устройства могут выступать ИИП, БП, трансформаторы, солнечные батареи, ветрогенераторы, аккумуляторы, бортсети транспорта, напряжением от 20 до 60 Вольт постоянного тока или от 18 до 42 Вольт переменного тока. Можно увеличить верхний диапазон, но для этого необходимо будет изменить номиналы комплектующих входного каскада и входное напряжение внутренних стабилизаторов напряжения на +12 и +5 В.

Зарядное устройство может работать в нескольких режимах:

Заряжать/разряжать любые аккумуляторы, по выбранному, пользователем, алгоритму, токами и напряжениями, на каждом из этапов алгоритма, в диапазоне 0-40В и 0-50А. Разрядник до 18А, а при наличии внешней активной нагрузки, устанавливаемой вместо предохранителя F3 и замене номиналов токовых резисторов с 0.33 Ома на 0.15 Ома 10Вт, то до 40А.

Выступать в роли лабораторного БП или программируемого источника питания, в диапазоне 0-40В и 0-50А.

МРРТ-контроллер — заряд АКБ, когда источником является солнечные батареи или ветрогенератор (поддержано железом, но пока не реализовано в ПО)

В холостую, быть включенным, но не выдавая на выход не чего — гальванически отключенная нагрузка и выключенный силовой преобразователь.

Алгоритмы заряда аккумуляторов:

IUoU — поэтапная стабилизация, сначала тока («I» — стабилизация тока) — этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению («U» — стабилизация напряжения) — этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения минимального зарядного тока («о» — тока отключения), после отключения ЗУ, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения («U» — стабилизация напряжения) — этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.

IUIoU — поэтапная стабилизация, сначала тока («I» — стабилизация тока) — этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению («U» — стабилизация напряжения) — этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения зарядного тока следующего этапа стабилизации тока («I» — стабилизация тока) — этап так называемой «добивки» и продолжается до тех пор пока напряжение на клеммах АКБ не достигнет значения ограничения напряжения или напряжение не будет расти в течении 2 часов, после чего происходит отключение АКБ от ЗУ («о» — отключение), после отключения, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения («U» — стабилизация напряжения) — этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.

IUo — тоже, что и в пункте 1, но без этапа хранения — АКБ отключается в конце заряда

IUIo — тоже, что и в пункте 2, но без этапа хранения — АКБ отключается в конце заряда

«Качели» — заряд с ограничением тока и напряжения, т.е. заряд заданным током, до заданного напряжения, с последующим отключением и ожиданием до заданного напряжения падения, далее по кругу (циклу), пока зарядный ток не упадет до заданного тока отключения.

«Ассиметричный» — чередование, заряда заданным током, до заданного напряжения и разрядом заданным током, в соотношении времени заряд/разряд.

Разряд заданным током, до заданного напряжения, при достижении которого напряжение стабилизируется, а ток уменьшается, до тех пор пока ток не упадёт до заданного значения.

Комбинации алгоритмов — КТЦ (разряд заряженного АКБ + последующий заряд по алгоритму IUIo), три КТЦ подряд.

Схема зарядного устройства:

 

Схема подключения микроконтроллера:

 

Схема усиленного блока разряда (с увеличенным макс. током разряда):

Фото устройства:

Принцип работы устройства:

При включении устройства все ЦАП устанавливаются в нулевое значение, блокируются ШИМ-контроллер и драйвер полумоста, производится проверка, программно, нет ли не завершенных процессов, если есть включается их продолжение, если нет остаётся выключенным, программа (ПО) выходит в основное меню. Из основного меню пользователь задаёт значения напряжений и токов, для каждого из этапов, выбранного алгоритма работы с АКБ или указывает ток и напряжение для режима лабораторного БП. А так-же, из основного меню, пользователь может установить настройку даты и времени, откалибровать датчик тока и проверить работоспособность EEPROM.

Во время процессов работы МК задаёт, соответствующим ЦАП-ам, уровни напряжения, которые подаются на соответствующие ОУ-ошибки ШИМ-контроллера TL494 или ОУ разрядника. ОУ ошибки сравнивает уровни ЦАП-ов с уровнями поступающие с выходного каскада, выставляя соответствующую скважность ШИМ. Сигнал ШИМ поступает на драйвер полумоста IR2184 и поочерёдно включает/выключает ключи полумоста, с заданным мертвым временем. Тем самым обеспечивая работу синхронного понижающего DC-DC преобразователя (Чоппер). МК измеряет, при помощи АЦП, выходное напряжение, ток, напряжение источника, напряжение нагрузки, сравнивая с заданными значениями, пользователем, напряжений и тока, корректируя уровни заданных ЦАП-ов. МК отображает всю полученную информацию на дисплее, «в реальном времени». Пользователь во время процесса может корректировать значения заданных напряжений и тока. При возникновении не штатных ситуаций, МК отключает преобразователь, АКБ от ЗУ гальванически и информирует пользователя о, обрыве цепи АКБ, превышении значений напряжения или тока.

Пользователь самостоятельно может обновлять прошивку с компьютера по USB, при помощи программы AVRProg и бутлоадера в МК.

Схемы и прошивка (ПО) распространяются бесплатно лишь для индивидуального повтора, коммерческое использование запрещено.

Исходный код ПО (прошивки) не распространяется и является интеллектуальной собственностью Автора.

С Уважением Торопов Роман Юрьевич, г. Пермь.

Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот

Силовой блок устройстваVDS1, VD1, VD3, D6 и D7
Диод Шоттки60CPQ1508
Любые диоды, желательно шоттке, током более 50А, напряжением более входного и как можно меньшим прямым напряжениемD1
Диод ШотткиSR5601
D2, D3
Диод Шоттки1N58222
VD2, VD4, D4, D5
Выпрямительный диодMUR120RLG4
VT1, VT2, VT4
Биполярный транзисторBCR563
VT3, VT5
MOSFET-транзисторIRFP4321PBF2
IR2184
Драйвер питания и MOSFETIR21841
Драйвер полумостаTL494
ШИМ контроллерTL4941
ШИМ-контроллерVR2, VR4
DC/DC импульсный конвертерLM2576HV2
на +5В и на +12ВDA1
Датчик токаACS758LCB-050B-PFF-T1
двунаправленный Датчик тока на эффекте Холла +/- 50АL1, L2
Дроссель100 мкГн 3А2
L3
Дроссель30…60 мкГн 60А на частоте преобразования 95 КГц1
!R11-R15, R17-R23, R25, R27, R29-R30
SMD резисторы1% 080516
200R, 1K, 10K, 12K, 20K, 10MR16, R24
SMD резисторы5% 25122
5.6RR26
прецизионный резистор18КОм 0.05%1
!R28
прецизионный резистор2КОм 0.05%1
!С24
Конденсаторы электролитические10000мкФ * 63В2
набор параллельных конденсаторов, при питании от стабилизированных источников — два по 10000мкФ*63В, в остальных случаях, выпрямленный пульсирующий ток — из расчета не менее 1000мкФ*63В на 1А нагрузки и паспортный ток одного конденсатора на их количество С32
Конденсаторы электролитические2700мкФ * 50В4
4-ре параллельных конденсатора Low ESR 4 ампераC10, C16, C19, C30, C33 — C36
SMD конденсаторы керамические0805 0.1мкФ10
С28
SMD конденсаторы керамические0805 1000пФ1
C26
SMD конденсаторы керамические1812 330нФ * 250В1
C25, C31
Конденсаторы пленочные с радиальными выводами330 нФ * 250В2
C7
Конденсаторы электролитические680 мкФ * 63В1
C8, C18
Конденсаторы электролитические1000мкФ * 16В2
C27
Конденсаторы электролитические10 мкФ * 16В1
С29
SMD конденсаторы эл. танталовые10 мкФ * 16В1
С52
SMD конденсаторы эл. танталовые1 мкФ * 16В1
K1, K2
Реле на одно переключение, 12В50А2
электромагнитное, гальваническое переключениеБлок разрядникаVT6-VT8
MOSFET-транзисторIRL2910PBF6
R43-R45
Резистор проволочный 5Вт0.33R6
R40-R42
SMD резисторы 08051КОм6
R35-R37
SMD резисторы 0805100R6
R39
SMD резисторы 08053.9 КОм1
R34
SMD резисторы 08051 КОм1
C37-C41
SMD конденсаторы керамические100 нФ8
Блок клавиатуры и дисплеяWH2004A/B/D
LCD-дисплей 20 x 4WH2004A1
R60
SMD резисторы 08055.6R1
C49
SMD конденсаторы керамические100 нФ1
R62
Подстроечный резистор10 КОм1
R7-R10
SMD резисторы 080510 КОм4

Кнопка тактоваяSWT-917
Блок управления (лудится и паяется припоем Sn96Ag04)ATmega1284P-AU
МК AVR 8-битATmega1284P1
20 МГцDAC1, DAC2
ЦАПDAC88302
16 битDAC3
ЦАПMCP49211
12 битIC1
АЦПADS8341EB1
16 битVR1
ИОНREF195E1
! 5.000V +/- 2мВVR3
ИОНREF198E1
! 4.096V +/- 2мВVR5
ИОНREF192E1
! 2.500V +/- 2мВOP1, OP4-OP6
прецизионный инструментальный ОУAD85541
! Нулевой дрифтOP2, OP3
прецизионный инструментальный ОУAD85521
! Нулевой дрифтIC5
ИС USB — UARTCP2102 или FT232RL1
готовая плата с ё-бэй/алиIC3/IC4
ИС RTC/EEPROMDS3231/AT24C321
готовая плата с ё-бэй/алиR2, R4, R58, R63
SMD 0805 прецизионный резистор 0.01%1КОм4
!R3, R5, R59, R61
SMD 0805 прецизионный резистор 0.01%10 КОм4
!R53, R56
SMD 0805 прецизионный резистор 0.1%1 КОм2
R54, R57
SMD 0805 прецизионный резистор 0.1%20 КОм2
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

• zu_40v_50a_v11.zip (1843 Кб)