Простой выпрямитель для зарядки аккумулятора своими руками: Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Выпрямитель для зарядки аккумуляторов 12/24 В

Содержание

• 1 Схема выпрямителя для АКБ на 12 и 24 В
• 2 Как действует зарядное устройство
• 3 Схема защиты зарядного

Знакомые с автобазы маршрутных микроавтобусов попросили сделать зарядное устройство для зарядки аккумуляторов 12 В и 24 В. Поскольку пользоваться им будут абсолютно неподготовленные люди, решено сделать его устойчивой к ошибкам от далёких от электроники юзерам.

Просмотрев несколько разных схем с сайта 2Схемы обнаружилось, что бессмысленно делать какую-то автоматику и электронику. Выпрямитель должен просто давать правильное напряжение и, при необходимости, оптимальный ток. Что как раз нужно автомобильным аккумуляторам.

Схема выпрямителя для АКБ на 12 и 24 В

В общем конструкция тривиальна. Трансформатор, выключатель, диодный мост, светодиоды, амперметр, реле, кнопка. Вот и всё.

Как действует зарядное устройство

Нажмите кнопку СТАРТ, чтобы подать напряжение на трансформатор. Это приводит в действие реле Pk, которое соединит контакты, подключенные параллельно кнопке START. Цепь зафиксируется и проводит до тех пор, пока на катушке реле есть напряжение.

Реле действует как “защита от дурака”, такая как случайное замыкание и постоянная перегрузка выпрямителя. Короткое замыкание или большой ток вызывают падение напряжения и реле размыкается, отключая источник питания трансформатор и защищая выпрямитель от повреждения.

Далее тут есть переключатель напряжения в сочетании со светодиодами, которые информируют о текущем напряжении на выходе. Можно было соединить две обмотки параллельно и тогда выходной ток был бы больше, но в наличии был переключатель только однополюсный. Конечно вы можете сделать такую модификацию либо использовать другой трансформатор и получать разные напряжения, например 6 В и 12 В. Нужно только впаять другое реле и светодиоды.

Выходные напряжения 14 В и 28 В. Ток – 3,5 А или чуть выше. Понадобилось всего 5 часов, чтобы собрать и запустить его (с перерывом на обед). Передняя панель напечатана на белой клейкой бумаге для струйной печати.

Аккумулятор должен заряжаться током 1/10 от его емкости, то есть 45 Ач – 4,5 А. Что подразумевает полное время зарядки 10 часов. Полная разрядка кислотной батареи окажет большое влияние на ее работу.

Конечно ошибкой является отсутствие предохранителя на выходе выпрямителя, который защитил бы АКБ в случае пробоя моста. Кроме того, сетевой предохранитель следует обязательно размещать на обмотке.

Что касается отсутствия регулирования тока. Вероятно оно и не нужно при такой текущей эффективности. Максимальный ток составляет 3,5 А, то есть можете легко зарядить авто аккумулятор 36 Ач и выше. Перегрузка тоже не угроза, потому что напряжение низкое и ток будет падать с ростом напряжения. Естественно заряжая аккумулятор не забывайте, что он подключен (автомата тут нет).

Понятно что в идеале зарядный ток должен быть установлен на уровне 10% емкости аккумулятора (например 100 Ач – это 10 A зарядный ток или 50 Ач – это зарядный ток 5 А), после этого зарядное напряжение не должно превышать 13,8 В во время обычной зарядки, а на ускоренном третьем напряжении 15 В должен быть автоматический выключатель зарядки, когда зарядный ток достигает небольшого значения на конечной стадии зарядки и зависит от емкости аккумулятора и его температуры, ну и должно быть защищено от короткого замыкания и перегрузки, но это всё уже из области совсем других ЗУ.

Если трансформатор на напряжение 20 В, то будет ток намного больше, чем 10 А, а если 10 В, ток, вероятно, вообще не будет течь. Для зарядки батареи обычно достаточно 5 А. Помните еще одну вещь: чем больше ток, который заряжаете АКБ, тем быстрее придётся заменить его новым!

Схема защиты зарядного

Самая простая система защиты может быть выполнена на нескольких радиоэлементах. Реле с контактным током, превышающим зарядный ток (например 16 А) – катушка на 5-9 В постоянного тока. Диод – 1 А, резистор Р – в 5 раз больше, чем сопротивление катушки реле. Конденсатор С – например 220 мкФ 25 В. Конечно у схемы есть недостаток – после отсоединения аккумулятора реле продолжает работать, пока не отключится электропитание.

Можно использовать два решения. Сначала установите дополнительный выпрямительный диод в направлении противоположном «стабилитрону» в цепи катушки реле. Второе решение состоит в том, чтобы поставить выпрямительный диод в противоположном направлении вместо «стабилитрона», а светодиод также обратно плюс резистор и использовать его как знак обратного подключения батареи.

Также советую использовать диоды Шотки, например, от блока питания компьютера. Эти диоды выделяют меньше тепла чем обычные. Дальнейшее снижение потерь мощности в выпрямителе может быть достигнуто с помощью трансформатора с симметричной (двойной) вторичной обмоткой. Трансформатор тут на 50 Вт, нельзя ожидать от него многого, но он всё-же делает свою работу уже долгое время.

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками

Содержание1. Почему оно необходимо?2. Близкое знакомство с ЗУ3. Самодельные устройства3.1. Элементарно: лампочка и диод3.2. Лампа и адаптер ноутбука3.3. Просто: трансформатор и мост3.4. Если «поставщик» микроволновка

Разряд аккумулятора — проблема, которая хорошо знакома любому автомобилисту. Особенно неприятно, когда чрезвычайное происшествие случается далеко от цивилизации, где нет автомагазинов, АЗС и/или СТО. Чтобы снова не попасть впросак, не бояться внезапной «усталости» АКБ, рано или поздно каждый приходит к идее сделать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Это логичное решение, так как покупные модели обойдутся в круглую сумму, а самодельное ЗУ, собранное из недорогих комплектующих, сулит приличную экономию. Другой плюс — простота устройства, обещающая результат независимо от степени квалификации «труженика». Сама работа отнимет всего несколько часов.

Почему оно необходимо?

Перед тем как собирать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками, будущему автору не мешает познакомиться с ним и его предназначением — восстановлением разряженных АКБ. ЗУ — источник постоянного тока, чье напряжение составляет 12-16 В.

Причина его необходимости — неспособность зарядить аккумуляторную батарею до предела от электрогенератора автомобиля: максимально допустимого значения для бортсети (14,1 В) недостаточно. Требуется немного большее напряжение — 14,4-14,5 В.

Хронический недостаточный заряд приводит к уменьшению ресурса аккумулятора. Другой плюс автономного зарядного устройства — эффективная борьба с сульфатацией пластин, так как крупные кристаллы сульфата свинца — одни из главных виновников деградации АКБ.

Близкое знакомство с ЗУ

«Пионерами» были зарядки, имевшие в составе два главных блока, — выпрямитель и трансформатор. Конструкцию отличают впечатляющие габариты и такой же вес, однако дешевизна, простота изделий — причина их популярности у автовладельцев даже сейчас. В роли выпрямителя в таком зарядном устройстве выступает полупроводниковый диод, адекватная замена ему — диодный мост.

Существенная разница между ними одна: во втором варианте меньше потребление мощности. Другие различия касаются расходов, которых потребует реализация моста, и большей сложности работы. Помимо выпрямителя, трансформатора компонентами зарядника являются амперметр (по желанию) и выключатель. Прибор, измеряющий силу тока, подключают, используя зажимы-крокодилы.

Есть и другой вариант, который можно соорудить самостоятельно, — импульсный, он обеспечивает надежную защиту от «скачек» напряжения, КЗ, переполюсовки АКБ. Вес и габариты таких устройств значительно меньше, чем у традиционных. «Виной» тому инверторный блок, он же — причина больших затрат на производство, так как стоимость импульсного прибора возрастает почти вдвое.

Самодельные устройства

Прежде чем приступать к «свершениям», готовят все, что необходимо для производства зарядного устройства. Все зависит от того, какие расходники есть в наличии, для каких именно целей предназначается ЗУ.

Элементарно: лампочка и диод

Это экспресс-вариант, подходящий способ, если требуется быстро завести не роскошь, а средство, реанимировав севший аккумулятор автомобиля, находящегося на вынужденном «причале» у дома. В этом случае источником переменного тока будет розетка, а в простую схему зарядного устройства входит:

1. Обыкновенная лампа накаливания. От ее мощности зависит скорость зарядки аккумулятора, поэтому оптимальное значение — 100-150 Вт. Позволяется минимум (60 Вт), но максимум (200 Вт) станет причиной перегоревшего электронного элемента.
2. Полупроводниковый диод, преобразующий напряжение из переменного в постоянное. Здесь тоже необходима достаточная мощность, иначе элемент попросту не выдержит нагрузки. Возможные «поставщики» диода — старые приемники, блоки питания и магазины.
3. Провода и зажимы-крокодилы, с помощью которых устройство подключается к АКБ.
4. Штекер для розетки.

При сборке мини-зарядника важно соблюдать правило: диод располагают таким образом, чтобы катод был направлен в сторону плюса батареи. Все контакты изолируют. Во избежание КЗ в цепь включают автомат (10 А). Если для устройства выбрана лампочка мощностью в 100 Вт, то величина тока, поступающего на АКБ, будет равняться 0,17 А. Для получения 2 А необходимо заряжать устройство в течение 10 часов.

Такой способ позволит вернуть к жизни внезапно севший аккумулятор, например, на даче. Для полноценной зарядки этот вариант не подходит. Главное требование можно сформулировать одной, но емкой, фразой — руки прочь от всех частей схемы работающей конструкции!

Лампа и адаптер ноутбука

Еще один простейший способ быстрой реанимации безжизненного аккумулятора. Устройство для питания этой техники оснащено преобразователем, выпрямителем, элементами сглаживания и стабилизации выходного напряжения. Для получения желаемого необходим ненужный (или используемый) зарядник от любого ноутбука (19 В, примерно 5 А), автомобильная лампочка (12 Вт), провода и «земноводные» зажимы. В роли ограничителя тока можно использовать не лампу, а резистор. Поступают так:

1. Берут 2 медных провода, концы их зачищают, присоединяют к контактам штекера.
2. «Минусовой» выход аккумулятора соединяют с проводом наружного контакта адаптера.
3. Проводник от внутреннего контакта маленького устройства подключают к «плюсу» большого ЗУ.
4. В разрыв провода-плюса устанавливают лампочку.
5. Включают адаптационную конструкцию в сеть.

Полностью разряженное устройство восстановить не получится, однако для подзарядки севшего аккумулятора понадобится всего несколько часов.

В обоих описанных случаях рекомендуют «устраивать слежку» за процессом, по крайней мере, первые полчаса.

Если обнаружится перегрев, зарядку отключают без промедления.

Просто: трансформатор и мост

Такую зарядку уже можно назвать полноценной, но для ее сборки придется озаботиться поисками трансформатора, который найти бывает крайне трудно. В этом случае источником деталей может стать старый телевизор. Марка подходящего трансформатора — ТС-180-2. Он имеет 2 вторичные обмотки с напряжением 6,4 В, силой тока — 4,7 А. Такая же двойная в этом трансформаторе первичная обмотка.

Для диодного моста требуется 4 элемента Д242, альтернативы — Д243, 245, 246. Для отвода от них тепла — такое же количество радиаторов, их площадь должна быть не менее 25 мм². Понадобится пара предохранителей (0,5 и 10 А). В качестве проводников используют материал любого сечения, однако есть исключение: значение-минимум для входного кабеля составляет 2,5 мм². В роли основы зарядного устройства выступает стеклотекстолитовая пластина.

Сборка ЗУ происходит по такому сценарию:

1. Сначала по стандартной схеме собирают диодный мост. Места выводов опускают вниз, каждый элемент будет располагаться на «своем» радиаторе.
2. Начинают трансформаторные работы. Для получения нужной разности потенциалов вторичные обмотки «соединяют воедино»: выход первой с входом второй (9, 9’), используют клеммник, еще лучше — пайку.
3. Берут два отрезка медного провода с сечением 2,5 мм² припаивают к выводам 10, 10’.
4. Переходят к первичной обмотке: соединяют 1 и 1’, провода штекера припаивают к 2, 2’.
5. Соединяют трансформатор с диодным мостом: к нему припаивают провода 10, 10 ’.
6. Теперь к мосту фиксируют проводники, идущие к аккумулятору.

Устанавливают предохранители. Тот, что рассчитан на 10 А, крепят к плюсу моста, второй (0,5 А) устанавливают на трансформаторном выводе 2. На этом работы завершаются, следует тестирование зарядного устройства с помощью амперметра, а также вольтметра. Если сила тока не такая, как ожидалась, а несколько превосходит необходимую величину, то для «удаления» излишков в цепь рекомендуют устанавливать лампу мощностью 20-60 Вт (12 В).

Конструкцию крепят на стеклотекстолитовую пластину, обязательно отмечают «плюсовой» и «минусовой» провода. В противном случае переплюсовка станет причиной выхода устройства, собранного тяжким трудом, из строя. Основу помещают в корпус, изготовленный, например, из цинковой жести. В нем некоторые делают дополнительное отверстие, предназначенное для вентилятора.

Если «поставщик» микроволновка

Это другой способ получить вожделенную вещь — зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Популярная микроволновая печь, имеющаяся почти в каждом доме, (как сломанная, так и пока работающая) часто становится жертвой домашних мастеров, самый привлекательный элемент для них — трансформатор. Автолюбители не исключение. Однако прибор, «украденный» у этого СВЧ агрегата, требует модификации, так как его приходится трансформировать из повышающего в понижающее устройство.

В этом случае в ход идет даже нерабочий трансформатор — тот, у которого сгорела вторичная обмотка, совершенно ненужная для сборки зарядного устройства. Переделка заключается в удалении вторички и замены ее новой. Ее роль исполняет провод с изоляцией, минимальное сечение его — 2 мм², но большее значение предпочтительнее.

Для определения необходимого количества витков нужно готовиться к экспериментам, так как эту цифру некоторые мастера предпочитают находить опытным путем. Например, намотав определенное число витков на сердечник, к концам провода присоединяют вольтметр. Включив трансформатор в сеть, замеряют показания. Так действуют, пока необходимый показатель не будет достигнут.

Другой путь — простой расчет. Если показания прибора выдали, что при 10 витках напряжение на выходе равняется 2 В, то 12 В обеспечат 60 витков. Каждые 5 витков — плюс один вольт, поэтому желаемый результат достигается просто.

«Расправившись» с намоткой, остальные действия совершают аналогично предыдущему способу: собирают диодный мост, пайкой соединяют все детали, затем проверяют эффективность свежеизготовленного автомобильного зарядника. Неожиданных подводных камней при сборке простого устройства можно не опасаться, если работа совершается качественно.

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками — тема, которая достаточно обширна, поэтому вариантов обеспечить бесперебойную работу батареи придумано много. С одним из потенциальных «рецептов» можно познакомиться воочию, если посмотреть этот видеоролик:

Видео загружается…

Была ли статья полезна?

Мы хотим стать лучше. Спасибо за мнение!

Если вам понравилась статья, пожалуйста, поделитесь ей

Теги:

зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками

зарядные устройства

Вся информация на сайте предоставлена только в справочных целях. По вопросам строительства и ремонта всегда консультируйтесь со специалистом.

Простое зарядное устройство с защитой от перезаряда

— Реклама —

Это простое зарядное устройство с защитой от перезарядки может использоваться для зарядки нескольких элементов батареи. Он показывает, когда элементы полностью заряжены. Для зарядного устройства требуется минимальное количество компонентов, которые можно легко приобрести. Авторская схема, разведенная на макетной плате, показана на рис. 1.

Схема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов, показанная на рис. 2, состоит из трех частей — цепи зарядки и балансировки, ограничителя тока и источника постоянного напряжения. Схема способна обеспечить максимальный ток 1,5 А и может принимать входное напряжение до 27 вольт.

Рис. 1: Авторская схема на макетной плате

Посмотреть это видео на YouTube

Наиболее важной частью зарядного устройства является схема зарядки и балансировки, включающая стабилитрон TL431, который действует как регулируемый шунтирующий стабилизатор для управления PNP транзистор БД140. TL431 работает как линейный стабилизатор, пороговое напряжение которого можно регулировать с помощью подстроечного потенциометра VR1.

Рис. 2: Принципиальная схема зарядного устройства

Схема зарядки и балансировки

— Реклама —

Когда напряжение на стабилитроне TL431 ниже порогового напряжения, стабилитрон находится в выключенном состоянии. Поскольку база транзистора подключена к катоду TL431, транзистор также остается в выключенном состоянии. Поэтому ток протекает через батарею, которая подключена параллельно, и тем самым начинает ее заряжать.

По завершении зарядки, когда напряжение батареи поднимается выше верхнего порогового напряжения, TL431 срабатывает и соединяет базу транзистора с землей, тем самым переводя транзистор в проводящее состояние. В этом состоянии транзистор создает новый путь для протекания тока в обход батареи, и поэтому зарядка прекращается.
Транзистор соединен последовательно с четырьмя диодами, выполняющими роль нагрузки. Диоды также подключены к резистору и параллельно им светодиод. Когда транзистор открыт, ток протекает через четыре диода и светодиод одновременно, таким образом, светодиод включается, показывая, что батарея полностью заряжена.
Схема также предлагает функцию балансировки ячеек, что важно, когда мы заряжаем батарею с несколькими последовательными ячейками. При последовательном соединении элементов нам необходимо убедиться, что общее напряжение аккумуляторной батареи после зарядки не превышает максимальное заданное напряжение аккумуляторной батареи. Кроме того, напряжение каждой заряженной ячейки не должно превышать максимальное заданное напряжение этой отдельной ячейки.

Схема ограничения тока

Каждая ячейка имеет максимальный предел зарядного тока, который она может потреблять, что обозначается ее C-рейтом. C-скорость элемента зависит от множества факторов, таких как его химический состав, размер, внутренняя структура и т. д. Зарядка сверхтоком может привести к непоправимому повреждению элемента, а также может привести к тепловому разгону в аккумуляторе, что может привести к возгоранию. . Поэтому в качестве ограничителя тока используется микросхема LM317.
Как показано на рис. 2, контакт ввода напряжения VI LM317 подключен к плюсу источника, а контакт вывода напряжения VO подключен к резистору R3. Регулировочный контакт ADJ подключен к другому концу резистора. Значение тока I_out можно отрегулировать, изменив значение резистора R3 в соответствии с соотношением, приведенным ниже. Хотя для этого зарядного устройства мы сохраним максимальный выходной ток (Iout) на уровне 0,6 А.

Здесь Vref равно 1,25 В.

R3 2,08 Ом

Источник постоянного напряжения
Чтобы сделать схему более универсальной и заставить ее работать в широком диапазоне напряжений, мы используем управление напряжением с помощью другой микросхемы LM317. Входной вывод VI этой ИС соединен с землей через конденсатор С1, который должен располагаться как можно ближе к входному выводу. Регулировочный контакт ADJ IC подключен к Vout с резистором R2 между ними и к земле через резистор R1.
Чтобы улучшить переходную характеристику выхода, конденсатор C2 подключен между контактом Vout микросхемы и землей. Выходное напряжение IC1 можно отрегулировать в соответствии со следующим соотношением:

Поскольку значение Iadj очень мало, оно мало повлияет на выходное напряжение. Для литий-ионного зарядного устройства с одним элементом сопротивление резисторов R1 и R2 будет равно 3,3 кОм и 1,4 кОм соответственно. Значения R1 и R2 необходимо изменить для достижения разных напряжений для разных химических элементов или разных конфигураций батарей.

Список запчастей
Полупроводники:
IC1	– LM7812, регулятор напряжения 12 В
IC2	– 4027 Двойной триггер IC
BR1	– Мостовой выпрямитель 1А
Т1	— транзистор BC557 pnp
Т2	— транзистор SL100 npn
Д1	— диод выпрямительный 1N4007
Светодиод1	– светодиод 5 мм
Резисторы (все 1/4 Вт, ±5% углерода):
Р1, Р6	-1 кОм
Р2	– 100 кОм
Р3, Р4	– 10 кОм
Р5	– 18 кОм
Конденсаторы:
С1	– 1000 мкФ, 35 В электролитический
С2	– 1 мкФ, 25 В электролитический
С3	1μF ceramic disc"}»> – керамический диск 0,1 мкФ
Разное:
ЛДР1	— Светозависимый резистор (LDR)
РЛ1	– 12 В, реле 1 перекидной контакт
С1	– Ножной переключатель
Х1	– 230 В переменного тока, первичная обмотка, 15 В, вторичный трансформатор 500 мА
КОН1-КОН3	– 2-контактная клемма
	— Фонарик или лазерный луч

Конструкция и испытания

Односторонняя печатная плата в натуральную величину для схемы зарядного устройства показана на рис. 3, а расположение ее компонентов на рис. 4. После сборки схемы на печатной плате поместите ее в подходящую коробку. . Подключите вход через J1 и заряжаемый аккумулятор (BUC) к BATT.1.

Рис. 3: Макет печатной платы в реальном размере для схемы

Для установки порогового напряжения регулируемого шунтового регулятора вместо ячейки подключить регулируемый источник питания. Держите выходное напряжение таким же, как пороговое напряжение, которое вы хотите сохранить в качестве напряжения отсечки для ячейки. Теперь поворачивайте потенциометр VR1, пока LED1 не начнет светиться. Это напряжение отсечки, при котором цепь будет шунтировать ячейку, и ток начнет течь через серию диодов.

Рис. 4: Расположение компонентов на печатной плате

Вы можете использовать одну и ту же схему для зарядки различных химических элементов, таких как литий-ионный фосфат (LFP), литий-никель-марганцевый оксид кобальта (NMC) или даже литий-ионный полимер (Li- Po) батарей, установив напряжение отсечки для регулируемого шунтового регулятора TL431.

Зарядка более чем одного элемента

Чтобы зарядить более одного элемента, соединенных последовательно, нам необходимо последовательно воспроизвести схему зарядки и балансировки. Соединения для 3-элементного зарядного устройства показаны на рис. 5.

Рис. 5: Цепь зарядки и балансировки для 3-элементного литий-ионного аккумулятора

Из рис. 5 видно, что цепи зарядки и балансировки соединены последовательно друг с другом и вся серия подключена параллельно к источнику питания. Ячейки, которые необходимо зарядить, подключаются индивидуально к зарядной цепи каждый.
Поскольку для зарядки и разрядки элементов может потребоваться разное время, напряжение каждого элемента в аккумуляторной батарее может быть разным. Следовательно, когда одна из ячеек заряжается, достигается пороговое напряжение TL431 в этой конкретной цепи, и ячейка в этой цепи шунтируется, поэтому ток протекает через четыре последовательных диода, и включается индикаторный светодиод.

Бонус. Вы можете посмотреть обучающее видео по этому проекту «сделай сам» по адресу https://www.electronicsforu.com/videos-slideshows/live-diy-constructing-li-ion-charger

Загрузите PDF-файлы с компоновкой печатных плат и компонентов: нажмите здесь

---

Автор, Sharad Bhowmick , работает журналистом по технологиям в EFY. Он увлечен силовой электроникой и технологиями хранения энергии. Он хочет помочь достичь цели создания углеродно-нейтрального мира.

Очень простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

• Домашний
• Сделай сам
• Очень простое зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

---

---

Всегда помните, что полностью заряженный литий-ионный аккумулятор 18650 имеет около 48000 Дж запасенной энергии. Интересно, что это значит? Это означает, что с его помощью можно расплавить 46 г меди. Вы не хотите плавить медь дома. Или на твоей скамейке. Так что не делайте глупостей и прочитайте мою правовую оговорку внизу страницы.

---

В последнее время было много случаев, когда мне приходилось использовать аккумуляторы для питания всевозможных устройств и прототипов. Во многом это связано с тем, что для некоторых действительно малошумная работа это единственно возможный подход, а для других случаев это был просто очень удобный способ разорвать контуры заземления. Естественно вопрос о «зарядке» возник довольно скоро. Сначала я просто использовал ограниченный по току лабораторный блок питания, но у меня быстро закончились каналы, так как мне нужно было также запитать другие устройства на стенде. Поскольку это происходило во время рождественских каникул, я начал задаваться вопросом, что делать. Удачи с покупкой чего-нибудь разумного в это время года, поэтому я решил быстро смоделировать что-нибудь.

Концепция

Как всегда, вы начинаете с чего-то простого, чего-то разумного, например: «Я просто хочу зарядить эти батареи». И тогда вы попадаете в этот водоворот «кроличьей норы» «других функций, которые были бы хороши». Каждый, кто что-либо проектировал в своей жизни, знает, о чем я говорю. Так родился список пожеланий:

• Функции зарядки и разрядки
• Выбор токов и напряжений для обеих функций
• Индикация текущего состояния
• Возможность измерения и индикации емкости
• Возможность экспорта журналов на ПК
• Работа при напряжении питания 5 В
• Минимум 4 канала

Из этого списка было видно, что какой-нибудь встроенный микроконтроллер с парой транзисторов просто не вырубит. Или потребуется гораздо больше времени на разработку, чем я был бы готов потратить на это. Поэтому я начал искать альтернативы и наткнулся на проект LINX MakerHub для LabView. Я был потрясен прямо здесь и тогда последствиями, которые это предоставило. Управление встроенными платформами, такими как Arduino и ChipKit, непосредственно из LabView открывает целый новый мир возможностей! Я действительно не знаю, почему вокруг этого так мало шума. Конечно, это не изменит индустрию автоматизации или что-то в этом роде. Потому что, скажем так, управление ядерным реактором (или даже котлом, если на то пошло) с какой-нибудь 4-долларовой платой Arduino, работающей на окнах «очень RTC», может быть не самой лучшей идеей. Но для самодельных целей (и не только) это действительно просто замечательно!

Аппаратное обеспечение

«Мозги» проекта работают на плате Arduino Nano. Этого щенка можно купить за 3,8 доллара (доставка включена, если вам интересно), так что да. Дешевле тогда не бывает. Эта плата основана на ATmega328P, которая имеет 8 аналоговых входов и 4 выхода PWM.

Мы должны измерить ток заряда, напряжение и управлять зарядным устройством. Это означает минимум 2 аналоговых входа и 1 ШИМ-выход на канал. Таким образом, эта плата как раз соответствует минимальным теоретическим требованиям для управления 4-канальным зарядным устройством.

Схема управления

Далее, как следует из названия проекта, нам нужна простая схема зарядки. В большинстве профессиональных коммерческих зарядных устройств используются 2 МОП-транзистора.

P-канал для зарядки и N-канал для разрядки. Также должен быть диод защиты от обратной полярности. В случае, если батарея подключена в обратном порядке, встроенный диод N-MOS будет проводить и производить много волшебного дыма. Вы точно этого не хотите. Также этот защитный диод должен НЕ  быть в цепи обратной связи, так как это сильно нелинейное устройство.

Фактическая схема

В нашем случае вышеприведенная схема создает пару проблем. Первое — два мосфета это уже не так просто и второе — у нас не хватает каналов ШИМ для их управления. Конечно, мы могли бы сделать какую-нибудь мультиплексирующую схему и выбрать, какой мосфет управлять, но опять же — это не очень упрощенный подход. Итак, давайте перейдем к простому решению с одним мосфетом.

Вот полная схема для одного канала. Цифровой выход D2 Arduino управляет реле, которое, в зависимости от того, заряжаем мы аккумулятор или разряжаем, подключает его к земле или источнику питания зарядного устройства Vs. D3 — это ШИМ-выход, который управляет мосфетом. Цепь привода затвора, состоящая из резистора 5,6 кОм и конденсатора 10 мкФ, сглаживает ШИМ-сигнал и замедляет ПИД-контур (100 кОм — это просто понижение). Аналоговые входы Arduino A0 и A1 контролируют напряжение и ток батареи (используя чувствительный резистор 0,47 Ом), а резисторы 2,7 кОм предназначены только для защиты (подтягивание 22 кОм предотвращает плавание A0, когда он не подключен). И это в основном все. Проще некуда.

Есть только одна проблема. Ну, может, парочка. Во-первых, нет диода обратной полярности. Независимо от того, где вы его поместите, он всегда будет находиться в контуре обратной связи (по току или по напряжению). Во-вторых, вы должны вручную изменить полярность батареи при разрядке. Это цена за такой простой подход. Но что может быть хуже? Ну а если вы забудете поменять полярность батареи — на токоизмерительном резисторе будет -4В и через него потечет ток 8,5А. Следовательно, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ для заземления в схемах. И все — вы вытаскиваете предохранитель. Ниже приведена полная схема для всех 4 каналов.

Прошивка управления

Сначала вам нужно загрузить прошивку LYNX на плату Arduino NANO. Если у вас уже установлен LabView, это простая процедура с помощью мастера развертывания встроенного ПО. И я бы порекомендовал этот подход, если вы новичок в устройствах Arduino. После установки надстройки LINX с помощью VIPM запустите LabView, перейдите в Инструменты>>Makerhub>>LYNX>>Мастер прошивки LYNX и следуйте простым инструкциям. Студенческая версия LabView предоставляется бесплатно в течение 6 месяцев. Если вы не хотите загружать почти 2 ГБ с серверов NI, работающих на хомяках (на момент написания это было очень медленно), скачайте прошивку LYNX и загрузите ее с помощью Arduino IDE. Просто откройте Arduino IDE, щелкните Файл>>Примеры>>LINX>>LINX Arduino Nano Serial, создайте и разверните.

После успешного развертывания прошивки подключите Arduino к компьютеру и убедитесь, что в диспетчере устройств есть устройство USB-SERIAL. Фактическое имя устройства может отличаться в зависимости от того, какой USB-чип используется на вашей конкретной плате. Что важно, так это номер COM-порта (COM9 в примере выше). Запомните это, и все, вы готовы к работе!

Программное обеспечение для зарядки

Очевидно, оно было написано в LabView. Это  единственный визуальный язык программирования, который действительно работает на сегодняшний день, насколько я понимаю. Конечно, у него есть тенденция делать вещи, которые были бы очень простыми в других текстовых языках, как-то сложными. Но затем он делает много других вещей, которые можно было бы написать целую вечность, на одном дыхании! Я люблю это. Вы можете скачать скомпилированный исполняемый файл здесь. Если у вас не установлен LabView, просто загрузите движок выполнения LabView и вы сможете без проблем запустить этот исполняемый файл.

Это пользовательский интерфейс с подходом «одно окно» (не хотелось бы больше). Настройте разделители разделов под размер экрана. При первом запуске введите настройки программы, которые соответствуют вашим потребностям. Выберите номер COM-порта в диспетчере устройств. Напряжение питания — введите напряжение питания зарядки (Vs на схеме). Также вы можете вручную настроить текущие коэффициенты. В основном это число, на которое вы умножаете, чтобы получить ток из измерения напряжения. Таким образом, для токоизмерительного резистора 0,47 Ом это 1/0,47 = 2,127. Позже вы можете откалибровать ток, отрегулировав это значение, чтобы оно соответствовало фактическому сопротивлению. Тогда есть возможность изменить опорное напряжение Arduino.

Прочтите предупреждение и убедитесь, что  вы понимаете, что делаете. Если вы питаете Arduino от USB и используете режим AVCC по умолчанию, измерьте фактическое напряжение на контакте +5 В и введите это значение в REF OVERRIDE. Нажмите «Сохранить», когда закончите. Это создаст файл .ini в вашем пользовательском каталоге, чтобы сохранить все эти настройки в следующий раз.

Теперь нажмите CONNECT, чтобы увидеть момент истины. Если звезды выстроились правильно — вы должны увидеть активный зеленый индикатор Link и Loop rate, указывающий частоту обновления. Все остальное, я думаю, само собой разумеющееся.

Краткий обзор программы

Выберите функцию, нажимая кнопки ЗАРЯДКА или РАЗРЯДКА, введите параметры и нажмите Старт.

Реле срабатывает, и если вы не подключили аккумулятор, в статусе отображается ОЖИДАНИЕ. При подключении аккумулятора начинается зарядка.

Зарядка начинается в режиме постоянного тока, и в состоянии отображается CHARGE. Затем, когда достигается заданное напряжение, начинается TOPPING в режиме постоянного напряжения. На графике отображаются фактические значения напряжения (желтая кривая), тока (синяя кривая) и емкости (красная кривая) в зависимости от времени.

При достижении заданного тока отключения зарядка прекращается и отображается статус ГОТОВ. Вы можете сохранить этот график сейчас, нажав кнопку СОХРАНИТЬ. Он в формате .cvs, поэтому вы можете легко импортировать его в Excel для дальнейшего использования. Файл графика также содержит все параметры для текущего сеанса.

РАЗРЯД работает таким же образом. Нажмите функциональную кнопку DISCHARGE, введите параметры и нажмите Start.

Единственным существенным отличием является формат графика. Теперь это напряжение батареи в зависимости от емкости. Частота обновления графика составляет 1 секунду, поэтому на самом деле он также имеет отметку времени.

Как видно по номеру версии 0.9, это достаточно зрелая ревизия, которую я не боюсь публиковать. Это означает, что все действительно очевидные ошибки исчезли, и есть некоторые минимальные обработчики ошибок. Как, например, если батарея отключена, цикл может быть перезапущен с того места, где вы остановились. Но я уверен, что есть много других вещей, которые вы можете сделать, чтобы сломать его (или разжечь небольшой огонь), и я не планирую развивать его дальше. Так что используйте его на свой страх и риск и не задерживайте дыхание для обновлений.

Некоторые другие соображения

Я использую фиксированный канал 5 В 5 А от моего лабораторного источника питания для питания этого зарядного устройства (отсюда начальное требование 5 В). Другие варианты будут зависеть от ваших конкретных текущих потребностей. Я бы предложил использовать отдельные стабилизаторы напряжения для каждого канала. Таким образом, вы не получите никаких колебаний от других каналов при запуске/остановке циклов (очень важно в режиме CV, так как контроллер пытается удерживать напряжение в диапазоне мВ, регулируя ток). Простой 7805 справится со своей задачей, если будет достаточно тока зарядки 1А.

Так и должно быть, так как для большинства аккумуляторов 18650 это почти 0,5C зарядный ток. Кроме того, как показано на приведенных выше схемах, при использовании IRF540N и Rsense 0,47 Ом максимально возможный ток составляет 1 А. Если нужно больше — уменьшите Rsense. Тогда для питания используйте 7805 с внешним стабилизирующим транзистором, а еще лучше – купите дешевый импульсный блок питания на 5В.

Нечто подобное (5В 10А) можно было купить за 10$ (ага, включая доставку) на многочисленных китайских интернет-маркетах. На самом деле это меньше, чем 4×7805 и несколько хороших сглаживающих колпачков. И, наконец, вот моя настоящая издевка.

Неплохо для пары часов работы. Вам не нужен этот массивный радиатор. Для работы 1 А от источника питания 5 В будет только 1,5 Вт рассеивание в худшем случае на MOSFET. Я использовал его просто как основу для всего. Как видно далее, я также использовал простые мосфеты из своего мусорного ящика (на самом деле IRFP044N), поэтому максимальный ток составляет всего 0,8 А. Вот почему я рекомендую использовать логический уровень IRF540N. Я также исключил реле (только простые перемычки) и предохранители (я люблю жить опасно), что ни в коем случае не рекомендуется.