지능형 충전기. 계획, 설명

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지능형 충전기

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Ni-Cd 배터리는 최신 웨어러블 장비에 전원을 공급하는 데 널리 사용됩니다. 충전을 위해 많은 장치가 생산되며 유사한 장치도 라디오 아마추어에 의해 조립됩니다. 그러나 대부분의 산업 및 아마추어 설계는 단순히 배터리를 재충전하도록 설계되었습니다. Ni-Cd 셀의 본질적인 단점, 즉 소위 "메모리 효과"로 인해 완전히 충전할 수 없는 경우가 많습니다. 부분적으로 방전된 배터리를 충전하면 충전이 시작된 수준까지만 에너지를 방출한다는 사실에 있습니다. 이러한 효과가 발생하지 않도록 하려면 배터리를 완전히 방전(약 1V까지)한 다음 약 1,4V의 전압으로 충전해야 합니다. 아래에 설명된 마이크로컨트롤러 장치는 이 문제를 자동으로 해결합니다. 완전히 용량을 포기하지 않은 배터리는 먼저 완전히 방전시킨 뒤, 일정 수준까지 충전한 뒤 정상적으로 작동하는지 확인한 후 기기에서 분리한다.

제안된 장치는 600, 800 및 1200mAh 용량의 Ni-Cd 배터리 XNUMX개를 동시에 독립적으로 충전하도록 설계되었지만 다른 유형의 배터리를 충전하는 데에도 사용할 수 있습니다. 장치의 작동 알고리즘을 프로그래밍 방식으로 변경하는 기능은 필요한 유연성과 작업 용이성을 제공합니다.

충전기의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 기능적으로는 제어 장치와 XNUMX개의 동일한 충전-방전 셀로 구성됩니다.

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제어 장치에는 MK DD1, 스위치 DD2, 비교기 DA1, 기준 전압 발생기(VT13, VT14), 배터리 결함 소리 신호 장치(VT15) 및 버퍼 DD3이 포함됩니다. MK는 장치의 작동을 전체적으로 제어하여 1개의 충전 노드 모두의 독립적인 작동을 보장합니다. 배터리에서 나오는 전압을 비교기 DA2의 비반전 입력으로 전환하는 것은 스위치 DD0에 의해 수행됩니다. 기준 전압은 마이크로컨트롤러가 지정한 E1 및 E3 신호에 의해 결정된 코드에 따라 형성됩니다. 버퍼 DD1은 충전-방전 셀에서 마이크로컨트롤러의 포트 PXNUMX을 분리합니다.

이러한 각 셀은 전류 안정기 DA2(이하 셀 A1 요소의 위치 지정이 표시됨), 전류 설정 저항 R3 - R5, 트랜지스터 스위치(VT1 - VT3), 노드 상태 전환(충전-방전)으로 구성됩니다. -제어) 및 LED HL1(빨간색), 발광) 및 HL2(녹색)는 노드 상태(빨간색 - 충전 중, 녹색 - 방전)를 나타냅니다. 스위치 SA1 및 SA2를 사용하면 필요한 충전 전류(이 경우 60, 80 또는 120mA)를 설정할 수 있습니다.

장치의 작동을 더 자세히 살펴 보겠습니다. 전원이 켜지면 프로그램은 배터리 G1의 상태를 분석하여 배터리의 전압(신호 K1)을 트랜지스터 VT13, VT14의 드라이버에 의해 생성된 기준 전압과 교대로 비교합니다. 배터리 전압이 0,7V 미만이면 셀이 비어 있다고 '결론'하고 다음 셀의 상태를 분석합니다. 배터리 전압이 1V(일반적인 경우)를 초과하는 경우 MK DD1은 (버퍼 DD3을 통해) 신호 R1=1, Z1=1을 생성합니다. 이 경우 LED HL2가 켜지고 트랜지스터 VT1, VT3이 열립니다. 첫 번째는 충전 채널(DA2, R3-R5, VT2)을 차단하고 두 번째는 저항 R9를 배터리와 병렬로 연결합니다. 방전 과정이 시작됩니다.

방전 및 충전 모드에서 배터리의 전압은 4초마다 한 번씩 측정됩니다. 측정 주기(신호 Z1=1, R1=0)는 약 1초입니다. 즉, 지연을 포함하여 하나의 배터리를 서비스하는 시간은 1초입니다. 이때 배터리의 전압을 측정하고 그 값에 따라 마이크로컨트롤러는 배터리를 계속 방전(충전)할지, 아니면 배터리를 끌지(충전이 완료되면) 결정합니다. 이는 LED의 빛을 통해 명확하게 볼 수 있습니다. 녹색 LED(HL2)가 주기적으로 점등되면 이 셀의 배터리가 방전 모드에 있고 빨간색 LED(HL1)가 충전 모드에 있음을 나타냅니다.

하지만 방전 모드로 돌아가 보겠습니다. 스위치 DD1를 통한 신호 K2(방전된 배터리의 전압)은 비교기 DA1의 비반전 입력에 공급되며, 여기서 트랜지스터 VT1 및 VT13의 드라이버에서 반전 입력에 공급되는 기준 전압(약 14V)과 비교됩니다. (첫 번째는 열려 있고 두 번째는 닫혀 있습니다) . 설정된 전압 값에 도달하는 순간 비교기는 방전 프로세스가 완료되었다는 신호를 보내고 MK는 장치를 충전 모드로 전환합니다(신호 R1 및 Z1은 논리 0 값을 취함). 이 경우 HL1 LED가 켜지고 트랜지스터 VT1, VT3이 닫히고 VT2가 열립니다.

장치의 프로토타입을 제작하고 다른 회사의 다양한 용량의 배터리를 사용하여 작동 테스트하는 과정에서 최대 배터리 충전량은 약 1,45V의 기준 전압에 해당하는 것으로 나타났습니다(측정 회로의 손실 고려). 필요한 경우 트리밍 저항 R44를 사용하여 한 방향 또는 다른 방향으로 변경할 수 있습니다.

배터리 G1의 전압이 약 1,45V에 도달하면 충전이 중지됩니다. 그런 다음 일정 시간(약 8~10초) 동안 셀은 배터리의 전압 제어를 통해 방전 모드(HL2 LED가 켜짐)로 전환됩니다. 이 시간 동안 크게 변경되지 않으면 충전이 종료됩니다(두 LED가 모두 켜지지 않음). 배터리 오작동을 나타내는 전압이 급격히 떨어지면(1~1,1V) 소리 신호가 울리고 HL2 LED가 깜박이기 시작합니다.

장치에는 강제 충전 모드가 있습니다. 배터리가 1V 미만의 전압으로 방전되거나 긴급하게 재충전이 필요한 경우(1V로 방전하는 과정을 우회)에 사용됩니다. 강제 충전 켜기는 SB1 버튼으로 수행됩니다(HL1 LED가 켜질 때까지 계속 누르고 있음).

0,1 배터리 용량과 동일한 충전 전류 선택은 저항 R1 및 R2로 저항 R4를 분류하여 스위치 SA3 및 SA5에 의해 수행됩니다. 다이어그램에 표시된 스위치 위치에서 충전 전류는 저항 R4의 저항에 의해 결정되며 60mA와 같습니다. 스위치 SA1의 접점을 닫으면 충전 전류가 80mA로 증가하고 둘 다(SA1 및 SA2)는 110...120mA로 증가합니다. 78L05 전압 조정기의 최대 출력 전류는 100mA이지만 전류 조정기 모드에서는 상대적으로 적은 열로 120mA를 처리할 수 있습니다(필요한 경우 작은 방열판을 올려 놓을 수 있습니다).

충전기 부품은 양면 호일 섬유유리로 만들어진 인쇄 회로 기판에 장착됩니다(그림 2).

지능형 충전기

이 보드는 영구 저항기 MLT, 튜닝 SPZ-19a, 커패시터 K50-35(C1, C4), KD-1(C2, C3) 및 KM(기타), PLS-40 플러그의 1핀 섹션을 사용하도록 설계되었습니다. (XP38), 버튼 B32 또는 B1(SB2), 소형 슬라이드 스위치 VDMZ-1V(SA8-SA3,58). 내장형 MC 발생기의 주파수 설정 회로는 3MHz 주파수의 석영 공진기를 사용하지만 8~1MHz 주파수의 다른 공진기를 사용하는 것도 가능합니다(이 경우 일부 상수는 프로그램에서 변경 가능) BF2 사운드 이미터로는 TM-31B형 휴대폰이나 ZP-1 피에조 이미터를 사용할 수 있습니다. DD20 MK를 연결하려면 XNUMX핀 패널이 사용됩니다.

코드 "펌웨어"ROM MK가 표에 나와 있습니다.

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프로그램 소스 코드

대부분의 저항은 보드에 수직으로 설치됩니다. 와이어 점퍼는 그림 2에 따라 XNUMX개의 점으로 표시된 아래쪽 구멍에 삽입되어 보드의 다른 측면에 있는 인쇄 도체를 연결합니다.

장치 설정은 기준 전압과 필요한 충전 및 방전 전류 값 설정으로 이어집니다. 기준 전압(그림 1의 왼쪽 아래 표 참조)은 저항 R42, R43, R44를 트리밍하고 저항 R41을 선택하여 설정됩니다. MK 없이 이 작업을 수행하며 일시적으로 패널에서 제거됩니다. 두 개의 도체를 소켓 2와 3에 삽입하고(또는 보드의 해당 접촉 패드에 납땜) 10kOhm 저항을 통해 +5V의 전압 소스에 연결합니다. 그런 다음 보드에 전원이 공급됩니다. 조정된 저항을 사용하여 공통 와이어(코드 00, 01, 10, 11)와 다양한 조합으로 명명된 패널 접점을 연결하고 다이어그램에 표시된 전압을 지점 K(DA4 칩의 핀 1, E0이 가장 중요함)에 설정합니다. 비트, E1은 최하위 비트입니다).

필요한 충전 전류는 저항 R3 - R5를 선택하여 설정됩니다. 이렇게 하려면 1V로 방전된 배터리를 셀에 설치하고 양극 단자와 해당 접점 사이의 호일에 납땜된 장착 와이어 조각이 있는 양면 호일 유리 섬유(또는 getinax) 스트립을 삽입하고 밀리암페어를 연결합니다. 후자의 자유 단부까지 측정 한계가 150...300mA입니다. 저항 R4는 저항이 270...330 Ohms(바람직하게는 다중 회전 권선)인 조정 저항으로 일시적으로 교체되고 SB1 버튼으로 강제 충전 모드를 켜면 저항 부분의 저항이 선택됩니다. 충전 전류가 6mA인 회로에 도입되었습니다(600mA/h 용량의 배터리의 경우). 그런 다음 비슷한 저항의 일정한 저항을 대신 납땜하고 튜닝 저항 R3으로 교체한 다음 스위치 SA1의 접점을 닫아 전류를 80mA(800mAh 용량의 배터리의 경우)로 증가시킵니다. 마지막으로 스위치 SA1과 SA2의 접점이 닫힌 상태에서 저항 R5의 저항은 120mA의 충전 전류에 해당하도록 선택됩니다(1200mAh 용량의 배터리의 경우). 충전 회로의 저항과 나머지 XNUMX개 셀도 동일한 방식으로 선택됩니다.

방전 전류(배터리 전압 60V에서 약 1,2mA)는 저항 R9를 선택하여 설정됩니다. 800 및 1200mAh 용량의 배터리 방전 속도를 높이기 위해 (첫 번째 경우 전류 80mA, 두 번째 경우 120mA) 트랜지스터 VT3의 컬렉터 회로에 두 개의 저항을 더 추가 할 수 있습니다. SA9, SA1와 유사한 스위치를 사용하여 R2와 병렬로 연결합니다(당연히 동일합니다. 이 경우 나머지 셀의 비트 회로를 변경해야 합니다).

결론적으로, 설명된 장치는 더 큰 용량의 배터리를 충전할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이렇게 하려면 DA2-DA5를 더 높은 전류(300...400mA)용 안정기로 교체하고 주요 트랜지스터를 더 강력한 트랜지스터로 교체해야 합니다.

저자: M. Demenev, I. Koroleva

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