Например TDA7294

РадиоКот > Схемы > Питание > Зарядные устройства

Тестер Li-ion,Li-Pol,Ni-MH,Ni-Cd аккумуляторов

Автор: Быканов Андрей (Shodan), adm@shodtech.net
Опубликовано 20.07.2011.
Создано при помощи КотоРед.

Выражаю благодарность Nusik1975 за помощь в написании статьи и морально-техническую поддержку.  


Предислвие:
У меня, как и у многих, скопилась немалая кучка старых АКБ от всяких ноутов, сотиков, фотоаппаратов и т.п. Но при сборке нового устройства очень не хочется покупать новый АКБ, и есть желание применить старый. Однако узнать его емкость - не всегда простая задача.

Тут знакомый подал идею сделать тестер всего этого добра, на основе давно известного стабилизатора тока на полевике и операционнике.

Хотя в интернете есть подобные конструкции, однако я не нашел ни одной на нормальном стабилизаторе тока. А от стабильности разрядного тока сильно зависит результат. К тому же, большинство на PICах, и очень мало на АВРках.

В результате родилась схема зарядно/тестового устройства.

Возможные его применения:
Зарядка Li-Ion/Li-Pol аккумуляторов.
Тестирование Li-Ion/Li-Pol аккумуляторов токами разряда 40, 166 и 500 мА
Тестирование Ni-MH/Ni-Cd аккумуляторов токами разряда 40 и 166 мА

Отображение результата теста в mA/h.

Девайс проектировался как максимально простой и с применением широко распространенной элементной базы, а также с возможностью легко заменить его компоненты аналогами.



Постараюсь разжевать схему как можно более подробно, чтобы даже котята смогли ее понять:

На элементах OP1,R18,R20,VT5,R23 собран стабилизатор тока.
Он работает по следующему принципу: Операционник OP1 управляет полевиком VT5, прилагая все усилия, чтобы сравнять значение падения напряжения на резисторе R23 с напряжением на входе "+". А падению напряжения на нем прямо пропорционален ток разряда АКБ. Причем при изменении напряжения АКБ, ток стабилизируется очень точно. Для этого операционник управляет напряжением затвора VT5, открывая его ровно настолько, чтобы выровнять падение напряжения на R23.
R18 выполняет функцию ограничения тока на выходе операционника в момент переключения транзистора.
R23 - это сборка из двух резисторов МЛТ-2 10R 2W.

Теоретически есть небольшая вероятность того, что при перегреве резисторов R23 возможно их замыкание или изменение сопротивления в меньшую сторону, либо деформация платы с тем же результатом.
В этом случае операционник будет пытаться получить заданный ток и создаст в цепи ток сопоставимый с КЗ.
Хоть это и маловероятно, но всеже в схему был добавлен предохранитель F1.
Оговорюсь сразу: все проведенные тесты по перегреву этих резисторов, в конце концов, увеличивали их сопротивление, но всеже я решил подстраховаться.


Напряжение питания ОУ должно быть как можно более стабильным, для этого собран фильтр L1,C2,C4.
Задающее напряжение на входе "+" OP1 должно быть тоже как можно более стабильным.
Для этого было решено собрать "управляемый резистивный делитель" на элементах R5,R6,R7,R15. МК коммутирует эти резисторы на +5В, в результате задается нужное напряжение.
К примеру, при коммутации резистора R5 на +5В мы получаем делитель с плечами 20K+20K, в средней точке которого будет напряжение 2.5В. Операционник, в свою очередь, отрегулирует падение на резисторе R23 до значения 2.5В, по закону Ома получим ток разряда Iразряда=Uпадения/Rшунта, т.е. 2.5В/5Ом=0.5А разрядный ток.


Конденсатор С8 играет роль небольшого "фильтра помех" чтобы шум по "порту" МК не сказывался на токовой цепи.
Посадочные площадки сделаны таким образом, чтобы номинал резисторов можно было корректировать с помощью параллельного или последовательного включения резисторов.

В результате получился стабилизатор тока с очень малыми отклонениями от заданного тока разряда.

Блок индикации собран, можно сказать, "по классической схеме включения семисегментника".
Индикатор выбирался из максимально дешевых и легко доставаемых.

Я предположил, что перед тестированием Li-Ion/Pol АКБ было бы не плохо его предварительно зарядить, и собрал зарядку на MCP73812.
Также после окончания тестирования разряженный АКБ повторно ставится на зарядку. Переменным резистором R19 выбирается ток заряда АКБ, по формуле I=1000/(R17+R19), где сопротивление в килоОмах, а результат в миллиамперах. Если АКБ ставится с напряжением отличным от напряжения Li-Ion/Pol, то зарядная цепь не включается.

В процессе разрядки АКБ может возникнуть перегрев токовой цепи. Чтобы этого избежать, был добавлен вентилятор, который включается при тепловыделении на ней более 0.5W. Также он всегда включен в процессе заряда АКБ, чтобы избежать перегрева контроллера зарядки.

Замена деталей:
VT5 - можно применить любой N-канальный полевик с Rds(on) менее 0.1 Ом при напряжении затвора +5В. Корпус транзистора D-PAK или D2-PAK. Хорошо подходят полевики, устанавливаемые по питанию процессора на материнских платах. (начиная с P-I)

OP1 - допустимо применить любой операционник, который нормально работает при однополярном питании +5В. Но скорее всего при этом потребуется незначительное изменение егоразводки на ПП.

MCP73812 - Можно не запаивать его, но тогда зарядка АКБ работать не будет. Можно применить LTC4054, но тогда управление зарядом надо сделать так - между +5 и питанием LTC надо поставить любой N-канальный "логический" полевик, затвор которого подключить к R13.

VT1 - любой P-канальный "логический" полевик. В принципе, можно и биполярник туда поставить, добавив резистор по базе.

L1,L2 - желательны, но допустима замена на резисторы 10R. Однако, при замене L1 на резистор, надо обратить внимание на ток потребления операционника. Если он больше 10 мА, то лучше просто заменить L1 перемычкой 0R.

MK - ATMEGA8-AU или ATMEGA8А-AU.

Дисплей - любой подходящий по габаритам, распиновке и с общим анодом.

VR1 - 7805 в корпусах D-PAK, D2-PAK. Желательно импортного производства. (У 7805С с логотипом "Завод "Транзистор" слишком сильно гуляет выходное напряжение).

Радиатор(HEATSINK) - Самодельная конструкция "малогабаритный сверх бюджетный теплоотвод имени кота Шодана :) ". Берется медная жила диаметром 2-5мм, гнется змейкой, одно ребро змейки припаивается изгибами к плате, другое ребро смотрит вверх(в воздух).

R23 - Желательно применить 2 резистора МЛТ-2 10R 2W, но допустима и китайщина 10R 2W.

FAN1 - Подбирается под корпус.



Настройка: 
Давным-давно слышал поговорку: "Если в журнале "Радио" написано, что настройка схемы не требуется, то схема точно не будет работать и ее лучше не собирать".
Поэтому настройка девайса требуется :) Хотя и не обязательно.
Дело в том, что от выходного напряжения 7805 и точности номиналов резисторов зависит ток разряда.Даже сегодня на периферии непросто найти 1%-е резисторы, я уже не говорю о "почти прецизионных" 0.5%-х стабилизаторах.
Поэтому делаем проще - как истинные коты-оборванцы берем то, что есть, можно даже б/у, паяем в устройство, и запускаем режим калибровки!

Перед включением зажимаем кнопку, включаем девайс и ждем надписи CAL на дисплее.( Для тех, кто сейчас ехидно хихикает, поясняю: CAL- это сокращение от слова калибровка).

Отпускаем кнопку и подключаем к разъему BAT источник +5В и амперметр.
Полученное значение в миллиамперах выставляем на индикаторе, нажимая кнопку.
После этого производим выключение-включение девайса без каких либо зажатых кнопок.
Снова замеряем ток и выставляем его, и еще раз дергаем питание, снова замеряем и выставляем.

В результате мы сконфигурировали 3 разрядных тока.
Выключаем устройство.

Подключаем к входу BAT источник со стабилизированным и максимально точным напряжением +5В (желательно выставить это напряжение с точностью до 10 мВ) Включаем устройство, после этого однократно нажимаем кнопку и выключаем устройство.
Все, калибровка завершена.



 Алгоритм работы устройства:



Пояснения к схеме: Если написано (на дисплее Chg "напряжение АКБ"), значит, "перемигиваются" надписи "Сhg" и "3.80" с частотой 1 секунда.

По сути, работа с устройством сводится к следующим этапам:
1.Включить питание.
2.Выбрать разрядный ток. (Если ток выставлен 000, то только зарядка без тестирования емкости).
3.Подключить АКБ.
4.Если началась зарядка АКБ, которая не требуется, то отменить ее.
5.Подождать энное количество часов, до завершения теста.

По умолчанию все значения отображаются в единицах миллиампер/часов, милливольтах. 
Пример "diS" "725" - разрядка АКБ, в ходе которой мы уже высосали 725 миллиампер/часов из АКБ. 
Если показывается дробная часть, то это уже ампер/часы, вольты. Пример "CPL" "2.21" - тест завершен, в ходе теста из АКБ высосали 2.21 Ампер/часа.

Замечания:
Если будите тестировать Li-Ion АКБ с напряжением полного заряда 4.1В, то отменяйте зарядку, т.к. применяемая в схеме МС зарядки спроектированна под АКБ 4.2 вольта.

Обратите внимание, что тестировать Ni-MH и Ni-Cd током свыше 170мА нельзя - будет выдаваться сообщение об ошибке.

Подключать к цепи разряда АКБ с напряжением более 5 вольт нельзя, т.к. выйдет из строя МС зарядки.

Планы:
Возможно, в будущем, будет добавлена возможность отображения Ватт/часов и измерения внутреннего сопротивления АКБ. 
Следите за выходом новых прошивок.

Реализация:
Печатная плата проектировалась под корпус G436.
К сожалению, изготовление красивых корпусов и красивая пайка, это не про меня, поэтому сделал девайс как смог(см. фотки ниже).
Весь девайс обошелся мне примерно в 500р.
Рисованию печатной платы, я уделил особое внимание, дорожки разведены красиво, все номиналы подписаны (для простоты сборки).














Вопросы и предложения, как обычно, здесь .
С уважением, ваш кот Shodan.


Файлы:
Плата и разметка корпуса
Схема, плата, разметки корпуса, алгоритм работы.
Прошивка


Все вопросы в Форум.


ID: 835

Как вам эта статья?

 Нравится
 Так себе
 Не нравится

Заработало ли это устройство у вас?

 Заработало сразу
 Заработало после плясок с бубном
 Не заработало совсем

55 3
16 1
Подробно