Зарядное для авто АКБ с мозгами от ATmega8. Много вопросов..

[DataLife]

Здравствуйте. Писал в разных темах мелкие вопросы, но вот решил скинуть все вопросы в одну тему, с более детальным описание.

Собственно мастерю/изобретаю велосипед зарядное для свинцовых автомобильных батарей (АКБ).

Идея такова: есть внешний импульсный блок питания 14,4В 5А. Подкидывать его напрямую к АКБ не камильфо, ибо ток зашурует огромный. Поэтому решил делать так: на МК реализуем аппаратный ШИМ; подключаем ШИМ через МОСФЕТ, потихоньку увеличиваем ШИМ и меряем напряжение на шунте (ток). Если ток меньше установленного предела, то добавляем ШИМ. Получается, что напряжение заряда растёт медленно, по ходу заряда АКБ. Ну, и всё это безобразие выводится на LCD экран 16х2.

Собственно программа уже написана и более-менее работает (ну, иногда АЦП-вольтметр самой АКБ барахлит, но то мелочи).

Задача стала воплотить это в жизнь! Но тут я столкнулся с незнанием некоторых деталей.
С ШИМ'ом я работаю впервые и до конца не уверен, что аппаратная реализация подходит для моего случая. Выход ШИМ'а хочу вешать на IRFZ44N (благо много их завалялось). Частота минимальная 7,813 kHz (внутренние часики на 8 МГц). Вот тут возникает вопрос №1: для поставленной задачи частота не веливовата? Просто если уменьшить частоту внутренних кукушки часов до 1 МГц, МК как-то странно выводит инфу на дисплей: появляется мерцание и прочие лаги... А об программном ШИМ я как-то ещё не задумывался...

Далее...
Предположим, что с ШИМ'ом мы разобрались. Возникает вопрос №2: как правильно организовать включение полевика? Через драйвер? Какой (модель)? Через биполярный транзистор? А то греется скатина полевик ужасно...



Если делать по схеме выше тогда нужно включать инвентированый ШИМ и начинают вылазить непонятные лаги (ну, то может я что-то накосячил).
Вот в этой теме "Управление лампочкой 50W 12V", есть пара схем включения, но частоты совсем другие. Не подойдёт?

Вопрос №3: Нужно ли как-то фильтровать выход с полевика перед подачей напряжения на АКБ? Ток, как бы, не маленький, до 5А рассчитываю... LC цепочку можно, но это же какой дроссель выйдет? (тут тоже не знаток, могу ошибаться )

(Вспомнил перед выходом) Вопрос №4: Можно ли включить нагрузку по такой схеме? Т.е переместить сторону истока?



Собственно пока это всё... На ночь глядя больше вопросов выдать не могу...
Помогите добрым советом по существу, пожалуйста...

[vem566]

Идея с ШИМом в таком виде, как мне кажется, в корне не верная. ШИМ будет регулировать длительность импульсов тока, но не его величину. То есть ток зарядки как

зашурует огромный

, так и будет шуровать, только прерывисто. Есть экзотические алгоритмы зарядки дикими токами, но там очень короткий импульс, потом большая пауза. И величина импульса в несколько десятков раз превышает рекомендуемый. Вот если ШИМ дифференцировать и прикрутить к цепям обратной связи источника, тогда все будет прямо по книжке. Это на первые три вопроса. По вопросу 4 - уменьцить сопротивление в цепи затвора со 100 до 10 ом. По вопросу 5 - так включать нельзя. Если нужно управлять по + в этой схеме, нужен полевик другой проводимости (P-канал).

[DataLife]

vem566, большое спасибо за ответы! Много пищи для размышления.

Вот если ШИМ дифференцировать и прикрутить к цепям обратной связи источника, тогда все будет прямо по книжке.

Просто земной поклон за идею!
Нагуглил статейку замечательного характера: "ШИМ сигнал управляет микросхемой LM317T".
Можно сделать так: Снимаем показания напряжения с делителя при ШИМ микросхеме в Блоке Питания 14,4В. Берём, допустим, крайние напряжения выхода делителя для 12В и 14,4В выхода БП. Подключаем ШИМ от мега8 по схеме из статьи выше, заранее прописав крайние значения.
По такой схеме мы управляем напряжением самого блока питания! Шикарно!

Подскажите, пожалуйста, какие бюджетные ОУ подойдут? В статье сказано про LM741, есть какие аналоги, что бы на рынке поспрашивать, если не найду этого?

Попутный вопрос: правильно ли я рассчитываю RC фильтр: R = 1 / (2 x pi x C x Fp) ?
Для примера: Конденсатор 22пФ, частота 31'250 Гц. Резистор должен быть 230 Ом. Нормально так?
Если верить этой формуле, то в статье (ссылка выше) резистор подобран не верно. F=1000, C = 1*10^-7 резистор должен быть 1600 Ом... а в схеме 1 МегаОм ... Ладно, пропустим чужие косяки.

[vem566]

Операционник ничего особенного из себя не представляет. Можно любой. Из бюджетных? LM324, LM358, OP07
Что касается фильтра, никогда не считал вообще. Резистор 1 кОм, конденсатор от требуемого быстродействия. В Вашем случае оно не нужно, поэтому в пределах от 0,1 до 10 мкф.
Когда я писал,

прикрутить к цепям обратной связи источника

, то имел ввиду именно источника, а не вторичного стабилизатора. Если на выходе источника 14,4 вольта, то даже его не хватит для полной зарядки 12-ти вольтового аккумулятора. А еще на 317-ой упадет 1-1,5 вольта. Для использования выбранной схемы нужен источник вольт на 17. Если есть возможность у источника поднять выход, то срастется. Иначе будет недозаряд при любом раскладе.

[DataLife]

vem566, может я немного не верно выразился, или я что-то не понял. Постараюсь объяснить так:
Имеется блок питания со стандартными характеристиками 12В и 6А.
Вот такой:



На нём есть подстроечный резистор для точной настройки напряжения выхода. Настройка через делитель напряжения на ШИМ контроллере. Делитель я перепаял и сделал выход 14,4В. Этого напряжения достаточно для заряда (без перезаряда) свинцового АКБ. Вывод сделан исходя из многих статей и схем зарядных. В принципе, можно поднять напряжение и до 14,6В, но то не важно.

Так вот. Представим, что данным подстроечным резистором, что стоит на плате БП (на фото он виден, оранжевый, возле клемм), мы программно регулируем напряжение. То есть: делитель напряжения, основанный на вышеупомянутом подстроечном резисторе, подаёт некое напряжение на вход ШИМ контроллера нашего блока питания. Имитируя это напряжение благодаря связке МК -> ОУ -> LM317 мы регулируем выходное напряжение БП. Ток и падение напряжения на стабилизаторе LM317 в этом случае нам не интересует (ток будет несчастные мили/микро Амперы, а потеря 1-1,5В на оном вообще не важна).

Единственное, смущает регулировка тока. По моей задумке, ток заряда прямо пропорционален напряжению, приложенному к клеммам АКБ, и регулируя это напряжение мы регулируем ток заряда. Тут таится вопрос "как правильно сделать"... Но об этом, пожалуй, позже.

Надеюсь я доходчиво выразил свою мысль. Если что, попробую на картинках

ПС. идея достойна права на существование?

ПС2. пока суд да дело, пойду тестировать связку БП - ЛМ317...

[vem566]

По моей задумке, ток заряда прямо пропорционален напряжению, приложенному к клеммам АКБ

Вот тут и есть ошибка. По мере заряда напряжение на аккумуляторе растет, а ток падает. Это значит, что растет внутреннее сопротивление аккумулятора (см. закон Ома). Стало быть, для поддержания стабильного тока заряда нужен стабилизатор тока, а не напряжения, о чем впрочем, сами упомянули. Из этого блока вполне можно сделать полноценное зарядное устройство, если измерить напряжение на подстроечном резисторе и вместо него прикрутить дифференцированный ШИМ. Регулируя скважность можно регулировать выходное напряжение для поддержания постоянного тока заряда, или напряжения в конце зарядки. Схема автоматического регулирования есть здесь, на коте. Правда без МК. Однажды его собрал, дал знакомому зарядить, тот слезно выпросил - уж шибко понравилось. Но алгоритм зарядки очень близок к рекомендованному. Заменить компараторы на МК проблемы нет. Ну и потом можно расширить функционал.

[DataLife]

Из этого блока вполне можно сделать полноценное зарядное устройство, если измерить напряжение на подстроечном резисторе и вместо него прикрутить дифференцированный ШИМ. Регулируя скважность можно регулировать выходное напряжение для поддержания постоянного тока заряда, или напряжения в конце зарядки.

А том-то и задумка! "Играемся" напряжением, чтобы не допустить высокие токи.

Теперь я столкнулся с дилеммой. Казалось бы, вместо подстроичника, и делителя в целом, вставить дифф. ШИМ и делов-то, но как-то я запутался в измерениях...
ЩИМ блока питания на микросхеме 1203P60 (DataSheet прикреплён)

Срисовал часть схемы, где стоит делитель напряжения:



AZ431 - хреновина в корпусе ТО-92 под кодовым названием "Регулируемый прецизионный шунт регулятор" (ну или как-то так) (DataSheet прикреплён). Делитель стоит перед ней и вот где странность...
Меряем напряжение в точке "REF" относительно земли: 2,48В. Причём, что странно, это показание постоянно, несмотря на положение подстроичника!
Меряем напряжение в точке "REF" относительно Vcc (точка "Реф" как "минус"): и оно равно (Vcc - 2.48). То есть ставим напряжение на выходе БП 12,48В и имеем на контрольной точке ~10.0 Вольт...

Может это из-за ОУ или Vref внутри микросхемы, не могу понять... Пока с ОУ я на "вы" ...
Подскажите, как быть? Как сюда ШИМ прикрутить? Просто выдрать подстроичники и вставить LM317 с крутилкой на REF "шунта"? Крутим и смотрим?

[vem566]

431 - это регулируемый стабилитрон. Но важно не это.
Схема работает так: При увеличении выходного напряжения (Vcc) меняется напряжение в точке соединения резисторов и управляющего электрода стабилитрона (Ref). Он открывается, увеличивается ток через светодиод оптопары, которая шунтирует управление контроллера блока питания и уменьшает скважность импульсов силового ключа. Напряжение выхода падает. Вся эта мутота находится в устойчивом состоянии, когда напряжение, заданное делителем, на управляющем электроде стабилитрона составляет 2,48 вольта. Это в упрощенном варианте. Меняя сопротивления делителя можно регулировать выходное напряжение. Попробуйте посчитать, какое напряжение должно быть на выходе, если полностью укрутить подстроечник в одну и другую сторону. Сравните с фактом. Вот и готовый регулятор. А чем регулировать - дело десятое. Как вариант - ШИМ Атмеги. Контроль выходного напряжения и тока завести на АЦП. Или вместо подстроечника поставить транзистор, который будет управляться ШИМом. В общем масса вариантов. Можно и LM317, только лишнее усложнение. Сначала управлять стабилизатором, который будет управлять стабилитроном.

[DataLife]

Попробуйте посчитать, какое напряжение должно быть на выходе, если полностью укрутить подстроечник в одну и другую сторону. Сравните с фактом. Вот и готовый регулятор.

Хорошо. Только, наверное, делать нужно так: исходя из задачи "заражать АКБ", выбираем минимальное зарядное напряжение 10В, допустим. Максимальное 14,4В. Отталкиваясь от этих цифр можно прикинуть напряжения, которые можно измерить на точке REF: это будет 7,52В и 11,92В соответственно. И эти цифры нам, пожалуй, мало что скажут...

Может так?
Предположим, что при выкрученом подстроечнике в "0" образуется делитель напряжения с такими параметрами: R1=10k (статично), R2=1k, При этом, напряжение входа упало до 10В.



То есть, имеем первое напряжение для ШИМ. 0.91v

Топаем дальше. Если выкрутить подстроечник в другую сторону и поднять напряжение до 14,4В получаем такие цЫфры:



Имеем второе напряжение для ШИМ. 3,33 В

А чем регулировать - дело десятое. Как вариант - ШИМ Атмеги. Контроль выходного напряжения и тока завести на АЦП. Или вместо подстроечника поставить транзистор, который будет управляться ШИМом. В общем масса вариантов. Можно и LM317, только лишнее усложнение. Сначала управлять стабилизатором, который будет управлять стабилитроном.

Да, соглашусь, управлять стабализатором лишнее усложнение, но самая короткая дорога та, которую ты знаешь. Я от этого отталкиваюсь.

Если моя теория про напряжения выше более-менее верна, то завтра буду пробовать припаять навесом ЛМ317 и покручу напряжения на ней через резистор. Посмотрим, что выйдет...

ЗЫ. до глубины души меня смущают эти 2,48В... Если подкинуть туда ЛМ317 с выходом в 3,33 Вольта, то как там образуется 2,48В? Бешеным током, который посадит напряжение и сожжёт всё к чертям? ... Как-то не спокойно внутри ...

/** Update 1**/

А что если... вообще убрать всю перефирию с обратной стороны оптопары и замутить что-то попроще, но с ШИМ'ом от МК ?
Там стоят две оптопары, одна из которых управляется через тот самый управляемый стабилитрон. Обрезаем всё и... думаем что с этим делать...
Ничего умнее в два часа ночи я не придумал ...



Тут же всё проще сделано... (взято из ДатаШита)

Из того же даташита мне стало понятно, по какому принципу NCP1203 изменяет скважность: при напряжении на ноге Fb ниже 1 Вольт (если посадить на землю, другими словами) начинается уменьшение. Выше 3,2 Вольта скважность растёт. Поэтому напряжение на стабилитроне и держится в промежутке... 2,48 Вольт...
В принципе, перечитал, что вы, vem566, писали выше и всё понял.

При увеличении выходного напряжения (Vcc) меняется напряжение в точке соединения резисторов и управляющего электрода стабилитрона (Ref). Он открывается, увеличивается ток через светодиод оптопары, которая шунтирует управление контроллера блока питания и уменьшает скважность импульсов силового ключа. Напряжение выхода падает. Вся эта мутота находится в устойчивом состоянии, когда напряжение, заданное делителем, на управляющем электроде стабилитрона составляет 2,48 вольта. Это в упрощенном варианте.

[vem566]

А что если... вообще убрать всю перефирию с обратной стороны оптопары и замутить что-то попроще, но с ШИМ'ом от МК ?

Тогда на выходе получим потенциал сети (220 вольт). Оптика и стоит для изолирования сети от выхода.
Есть большая засада, если на управляющий просто подавать напряжение. При обрыве цепи блок питания уйдет "в разнос". Скорее всего будет "бах". Так что аккуратней с таким управлением. Нужно предусмотреть, что бы при обрыве напряжение на управляющем все же оставалось. Можно сначала попробовать подать напряжение от внешнего источника. Погулять напряжением и посмотреть, что получится. Только повторю, АККУРАТНО! Да и не порядок будет без обратной связи. Будут как бы два устройства, которые живут каждый своей жизнью, в то же время влияя один на другой. Короче - без обратной связи бардак.
Ну и как то 14,4 маловато будет. 14,4 = напряжению на клеммах заряженного аккумулятора? Если это в основе, то это не так. Можно почитать тут. Как раз для МК. Аналоговая часть не вывезет такое.

[DataLife]

vem566, я решил немного отложить в сторону идею с заменой делителя напряжения на стороннее устройство с регулируемым напряжением, ибо вы правы. Можно сделать "биг-бада-бум", а на это я пойтить не могу. Уж больно БП мне нравится.

Решил зайти с другой стороны.
Загулив, нашёл пару интересных статей, например вот: Когда не помогает ЦАП. Цифровые потенциометры в деталях.
Название прямо говорящее "это то, что тебе нужно!"

Если разобраться по сути: мне нужен подстроечный резистор в диапазоне 1-5 кОм. Цифровой потенциометр с номиналом, например, 10 кОм решение всех проблем! Как раз порт SPI у меня более-менее свободен, освобожу, по крайне мере.

Измеряем сопротивление для двух контрольных точек 10 и 14,4 Вольт. Преобразуем в двоичные коды и пихаем по мере надобности!

Если не брать в расчёт сложность найти микросхему, то идея очень даже живучая! Ну, на мой взгляд

[vem566]

Идея действительно стоящая. Но цена этих потенциометров....

[musor]

рещение есть давно и оч простое все влезет в ващу коробку !12в бп для светодиодов
во возмите этот кусок и не надо мк и прочеедобавте шунт датчик тока в- и транзюк который по его сгналу рулит оптроном к Э его подключать к К А 431 база через 100 к резистору после шунта