Форум РадиоКот

Тема перенесена отсюда для обсуждения автоматического зарядного устройства для свинцовых аккумуляторов.
Есть идея разработать зарядное усторйство, полностью управляемое микроконтроллером, реализующее алгоритмы IUoU и IUIoU.
Все параметры вышеупомянутых алгоритмов настраиваются пользоватетелм из меню. Предполагается заложить несколько пользовательских профилей, из которых один-два заданы по умолчанию, остальные- настраиваемые.
Управление зарядом осуществляется микроконтроллером с помощью ШИМ и buck-converter`а. В качестве силового источника напряжения можно использовать любой, у кого какой имеется, на напряжение 16-18В переменного тока или 20-25В постоянного, обеспечивающего требуемый ток заряда. Это может быть подходящий трансформатор, в том числе из старого совдеповского зарядника, котоый достать не проблема. Это может быть, например, блок питания от компьютера, в котором выходное напряжение поднято до 20-22В. О том, как это сделать, есть много статей, и мы их здесь рассматривать не будем.
ЗУ-приставка содержит в себе управляемый DC-DC преобразователь, максимальный расчётный ток которого 30А.
Черновой вариант схемы прилагается. Это пока что именно черновой вариант, который предлагается доработать. Не решён пока еще вопрос о принципе разряда аккумулятора, также под вопросом и выбор микроконтроллера. Пока что это ATmega16, может быть и другой, но только AVR. С PIC-ами я "не дружу" .
Прошу всех высказывать умные мысли.

Все версии ЗУ-приставки* выполняют стандартные алгоритмы IUoU и IUIoU
описанные в этой статье: http://www.jgdarden.com/batteryfaq/carf ... algorithms
плюс к этому имеют разрядкик по алгоритму IU
В алгоритмах этап обозначенный буквой - I - означает стабилизацию тока, до достижения значения следующего этапа
В алгоритмах этап обозначенный буквой - U - означает стабилизацию напряжения, до достижения значения следующего этапа
В алгоритмах этап обозначенный буквой - o - означает out - выход, т.е. отключение или ожидание значения следующего этапа

вариации по этим алгоритмам:
IUIoU - заряд в 3 этапа, "с добивкой", с последующим режимом "хранения" (или "буферный")
IUoU - заряд в 2 этапа, без добивки, с последующим режимом "хранения"
IUIo - заряд в 3 этапа, с "добивкой", без режима "хранения" - отключение АКБ от ЗУ.
IUo - заряд в 2 этапа, без "добивки" и без режима "хранения" - отключения АКБ от ЗУ
IU+IUIo - "тренировка" - разряд с последующим зарядом, с "добивкой", без хранения.
IUo+IU+IUIo - "КТЦ" - заряд+разряд+заряд, с "добивкой", без хранения.
трижды IUo+IU+IUIo - "3КТЦ" или "десульфатация", с "добивками", без хранения.

Все версии имеют режим БП.

1. zu_30a_14_14_1 - первая версия ЗУ-приставки, с разворотом чоппера*, разработка закончена, ПО рабочее.
микроконтроллер ATmega16A 16МГц
Выходное напряжение до 20 Вольт током до 30А.
недостатком является встроенный 8-ми битный АЦП микроконтроллера - не очень точное измерение,
по сравнению с другими версиями с внешними АЦП и ЦАП и опорными источниками REF.
А так-же неудачное расположение датчика тока (по "плюсу"), что при разряде АКБ показывает ток в нагрузку,
а не ток разряда АКБ.

2. zu_30a_14_14_5 - пятая версия ЗУ-приставки, в принципе не чем не отличается от 1-ой версии,
с теми-же недостатками, что и 1-ой версии, за исключением,
вместо линейных стабилизаторов напряжений +5 и +12 Вольт установлены импульсные преобразователи на LM2576,
т.к. линейные стабилизаторы сильно греются.
Усовершенствовано ПО.

ПО 1-вой и 5-той версии работает только с кириллическими дисплеями (ПО писал Слон, других версий нет и не будет)

3. zu_40a_14_14_6 - шестая версия ЗУ-приставки, с разворотом чоппера*, разработка закончена, ПО рабочее.
микроконтроллер ATmega1284P 20МГц
Выходное напряжение до 20 или до 40 Вольт, током до 50А.
По входу ЗУ-приставки может быть подано как переменное так и постоянное напряжение,
если переменное то от ~18 до 42 Вольт, если стабилизированное постоянное 24-60 Вольт,
а. теперь датчик тока по "минусу" ток заряда и разряда показывает с АКБ,
б. использован внешний 12-ти битный АЦП с внешним опорным источником REF 4.096 Вольта,
в. использован внешний 16-ти битный ЦАП с внешним опорным источником REF 4.096 Вольта,
г. датчик тока опирается на стабильное опорное напряжение REF 5.00 Вольта
д. 4-ре версии ПО, две кириллические и две латинские, до 20 и до 40 вольт,
е. четырёх строчный 20-ти символьный дисплей с расширенной цифровой клавиатурой,
ё. появился адаптер USB-UART, появилась возможность самостоятельной прошивки ПО,
ж. появился внешний RTC - часы реального времени с сохранением хода, при отсутствии питания,
Замеры и точность установки стали не превзойдёнными, на уровне настоящих измерительных приборов,
о чём свидетельствует видео:

Спойлер

4. zu_40a_14_14_7 - седьмая версия ЗУ-приставки, с разворотом чоппера*, разработка не закончена, ПО пока нет,
аналогична 6-ой версии, но
а. усовершенствован чоппер* для больших токов и напряжений,
б. установлен дополнительный ЦАП для задания токов ограничения на физическом уровне (без участия МК),
ранее выполнялось построечным резистором "раз и навсегда".

5. zu10a - промежуточная "ё-бэй" версия ЗУ-приставки,
микроконтроллер ATmega128A 16МГц (аналог Atmega128-16AU)
Выходное напряжение до 40 Вольт, током до 10А|20A|50A.
По входу ЗУ-приставки исключительно стабилизированный источник питания от 24 до 48 вольт,
идея этого ЗУ в унифицировании готовых блоков приобретаемых на e-бэй и т.п. инет площадках.
что облегчает самостоятельную сборку устройства начинающими радиолюбителями или экономии средств.
Но блок ЦАП, АЦП и REF нужно собрать самостоятельно.
в версиях 20А и 50А - применяется самодельный чоппер и разрядник.
Видео по этой версии:

Спойлер

6. zu_20a_14_14_8 - восьмая версия ЗУ-приставки, без разворота чоппера*,
зато теперь установлен линейный разрядник до 15А,
микроконтроллер ATmega128A 16МГц (аналог Atmega128-16AU)
Выходное напряжение до 20, током до 20А.
По входу ЗУ-приставки может быть подано как переменное так и постоянное напряжение,
если переменное то от ~18 до 20 Вольт, если стабилизированное постоянное 24-27 Вольт,
включила в себя всё лучшее, что было ранее, т.е. "гибридная" версия,
а. Чоппер* из 7-мой версии
б. унифицированные блоки из "ё-бэй" версии
в. удешевление конструкции применением более дешёвых ЦАП-ов и прецизионных резисторов.
Видео по этой версии:

Спойлер

----------
P.S.:
* Чоппер - это импульсный понижающий преобразователь, иначе Dc-DC Step-Down
* Разворот чоппера - нормальное состояние входом к внешнему источнику питания, выходом в АКБ или др. нагрузке,
при помощи реле чоппер можно развернуть входом преобразователя к АКБ, а выходом в другую нагрузку,
иначе говоря разряд АКБ или питание внешней нагрузки от АКБ, регулируя ток и напряжение тем-же преобразователем.

Какой операционник используется? Что меряет DS18B20 - температуру радиатора или температуру плюсовой клеммы аккумулятора?
Индуктивность 100 мкГн? На каком сердечнике? На AREF какую напругу выставляем? на ОР5 какой точности резисторы?
Зачем на чоппер такой мощный полевик? У нас он 3 доллара стоит. Может 2 попроще в параллель поставить (IRFZ44 60V, 48A, 2,3 милиома)? А то както жаба давит экспериментировать на таком.

Саид писал(а):Индуктивность 100 мкГн? На каком сердечнике?

не торопись, на 71.8 мкГн хоть и помех на исток-затвор меньше становится,
но это искуственно увеличивает скважность, не соответствующую заданной МК.
Скорее всего нужно будет до 24 мкГн ...

Саид писал(а):Зачем на чоппер такой мощный полевик? Может 2 попроще в параллель поставить (IRFZ44 60V, 48A, 2,3 милиома)?

он тормозной, всего 15000 мА/В (15 S) - тут и так трапеция, а если ещё и тормозной полевик ...
Ориентируйся на более скоростные - более 100000 мА/В (100 S)
Хорошо себя показал IRFP3077

На чёппере по минусу есть небольшая проблема - первый % скважности пропускает (не открывается), при шунтировании 10 кОм на +12 (ноль +1 вольт) - при включении сразу пробивает полевик, спалил уже 5 полевиков типа IRL3705N, IRLBA1304P, IRFP3077
Причину пока не нашел

Саид писал(а):Зачем на чоппер такой мощный полевик? У нас он 3 доллара стоит. А то както жаба давит экспериментировать на таком.

я IRFP3077 по 8$ покупаю и палю, а тут 3 бакса ...

ребятки, дохлый номер - управлять чоппером от МК. пока он тратит время на проход по программе, он безнадежно опоздает изменить заполнение импульса. МК должен только выдать ШИМ-контроллеру задание, какую напругу или какой ток держать.
в любом случае надо сначала сделать чоппер на обычной ШИМ-микросхеме, и все на ней отладить. только после этого можно пробовать с МК.
и нужно ловить ограничение тока через ключ на уровне долей микросекунды. тут нужен ШИМ с контролем тока ключа. МК не в состоянии обрабатывать входные сигналы на уровне одной микросекунды и тут же выдавать выходной сигнал.
есть еще вариант выбросить выходную емкость С15. так как аккум сам по себе лучше всякого электролитического конденсатора на любую большую емкость.
а так у вас, без контроля тока, пока заряжается этот кондер на 4700 мкФ, дроссель влетает в насыщение, и через ключ фигачит немерянный ток.
не знаю, как у вас сделана программа. но нужно сделать "мягкий старт" - при включении постепенно наращивать длительность импульса, чтобы дроссель выходил в режим сначала мелкими порциями энергии.
нельзя во всем полагаться на МК, не поленитесь сделать чоппер на ШИМ-контроллере, и давайте ему задание тем же самым аналоговым выходом.
на ACS758 полагаться тоже нельзя, у нее не хватает быстродействия для контроля за током через дроссель и ключ.
примерно так, для начала...

Starichok51 писал(а):ребятки, дохлый номер - управлять чоппером от МК...

ну не совсем так, есть готовый фирменный девайс AVR-450, на базе которого и сделан сей девайс ...
Советую почитать, чтоб быть в курсе события - там есть и схемы и алгоритмы и расчетные формулы.

Starichok51 писал(а):МК не в состоянии обрабатывать входные сигналы на уровне одной микросекунды и тут же выдавать выходной сигнал.
пока он тратит время на проход по программе, он безнадежно опоздает изменить заполнение импульса.

Это и не требуется, процесс заряда достаточно стабилен и не требует опроса каждые 1мкС
и Мы не собираемся в 1мкС изменять токи - это не импульсынй БП ...
Нагрузка не изменяется так быстро, соответственно не так быстро нужно управление ...

не знаю, как у вас сделана программа. но нужно сделать "мягкий старт" - при включении постепенно наращивать длительность импульса, чтобы дроссель выходил в режим сначала мелкими порциями энергии.

так и сделано ...
Более того, тестовая программа - ручное управление (скважность от 1/255 до 255/255 с шагом 1/255 рабочей частоты 31 КГц)

Саид писал(а):Какой операционник используется? Что меряет DS18B20 - температуру радиатора или температуру плюсовой клеммы аккумулятора?
Индуктивность 100 мкГн? На каком сердечнике? На AREF какую напругу выставляем? на ОР5 какой точности резисторы?
Зачем на чоппер такой мощный полевик? У нас он 3 доллара стоит. Может 2 попроще в параллель поставить (IRFZ44 60V, 48A, 2,3 милиома)? А то както жаба давит экспериментировать на таком.

Операционник скорее всего LM358, в схеме от Феликса он же нормально работает?
DS18B20 меряет температуру аккумулятора.
Опорное напряжение AREF 2.56В.

Starichok51 писал(а): МК должен только выдать ШИМ-контроллеру задание, какую напругу или какой ток держать.
тут нужен ШИМ с контролем тока ключа

В принципе да, так было бы лучше. Я и сам думал об этом. Хотя, вообще-то у нас не блок питания,а зарядное устройство. АКБ- штука весьма инерционная и скорости МК хватит.
И вот ещё одно преимущество отдельного ШИМ-контроллера- можно поднять рабочую частоту чоппера. Сразу и размеры дросселя уменьшатся...

Слон писал(а):вот ещё одно преимущество отдельного ШИМ-контроллера- можно поднять рабочую частоту чоппера. Сразу и размеры дросселя уменьшатся...

чем больше рабочая частота ШИМ, тем короче шаг изменения скважности.
Т.е. к примеру 1/255 будет сразу 10 Ампер и источник уже не будет способен отдавать больше, при скважности, к примеру 10/255 ...

Вспомни таблицу теста1, с рабочей частотой 490 Гц ...

У меня сейчас, при нагрузке 30А, при скважности 1/255 ток уже под 4 ампера ...
ИМХО Наоборот рабочую частоту снижать нада ...

а что имеете при ручном управлении? транзистор греется? горит?
и плавное увеличение ширины следует делать не только при первоначальном пуске, но и "на ходу" при увеличении тока, чтобы дроссель успевал перестраиваться на другой режим.
да, размерчики дросселя на 31 кГц у вас получаются приличные. я уже помогал Роману Василевскому делать расчеты.
плевать, что АКБ- штука весьма инерционная, дроссель зато не такой инерционный, как это вам кажется.
какое задано время нарастания ширины импульса? как программа определяет, когда остановить увеличение длительности? видимо, тут, как раз, и пролетаете с остановкой...
и для начала выброси конденсатор С15, пусть сразу начинает давать ток в аккумулятор.
вы ребятки, отдельно чоппер хоть когда делали, исследовали, что в нем происходит? или сразу решили на МК его победить?
делайте отдельный, не ленитесь. от этого только выиграете.
RomanT, с отдельным чоппером уже не будет этих проблем со скважностью.
из МК что можно получить? чистый аналог или только ШИМ? если ШИМ - то его придется хорошо отфильтровать, а на большой частоте и фильтр легче сделать.

Starichok51 писал(а):а что имеете при ручном управлении? транзистор греется? горит?.

Ручное управление МК, кнопочками вперёд-назад, что на выходе МК на ШИМе увеличивается-уменьшается заполнение скважности шагом 1/255,
т.е., примерно, один шаг = 0.4% заполнения скважности.

Полевики пока горят по другим причинам:
1. При чоппере по плюсу - при выходе за предел хар-ки исток-сток, т.е. более -55 Вольт, победили увеличением индуктивности, которая опять-же привела к увеличению скважности, отличающейся от заданной. Но есть выход использованием Р-канального полевика IRF5210 у которого исток-сток -100 Вольт - пока не испытано.
2. При чоппере по минусу - при шунтировании истока, через 10 КОм на +12, в момент запуска.
Шунтирование обусловлено недостаточной амплитудой на первых шагах скважности.

В остальных случаях всё работает.

Starichok51 писал(а):вы ребятки, отдельно чоппер хоть когда делали, исследовали, что в нем происходит? или сразу решили на МК его победить?

Решили сразу...
Программа пока только тестовая. В ней двумя кнопками регулируется скважность ШИМ, плюс и минус.
В принципе, всё работает, но...
Вот осциллограммы, которые Роман сделал
Исток-сток:

Исток-затвор:

Видно, что имеется какой-то паразитный резонанс, из-за которого (по-видимому) при больших токах сгорает полевик.
Это если брать расчетную индуктивность-4 мкГН
Если её увеличить до 80 мкГн, тогда полевик не горит.

Слон писал(а):Вот осциллограммы, которые Роман сделал
Исток-затвор:

эта фотка другая, ты походу одну и туже исток-сток залил ...

для начала выброси конденсатор С15, пусть сразу начинает давать ток в аккумулятор.

пока не можем, т.к. тестуруем с нагрузкой ввиде лампочек накаливания (24 Вольт 760 Ватт)

Извиняюсь.
Исток-сток:

Слон писал(а):Извиняюсь.
Исток-сток:

ты походу все фотки перепутал - это тоже исток-сток, только при индуктивности 71.8 мкГн,
и делителем 1:10 ...

первые, обе одинаковые - на затворе. хорошо видна площадка при заряде-разряде емкости Миллера. нужно ставить драйвер в затвор. очень медленно открывается и закрывается мосфет, соответственно, долго находится в линейном режиме, отсюда и его перегрев. выходной ток МК очень маленький для перезаряда затвора.
параллельно диоду чоппера нужно поставить снаббер, как в БП ставят. он паразитку сколько-то съест.
еще бы посмотреть фотку вашего монтажа чоппера.

Starichok51 писал(а):еще бы посмотреть фотку вашего монтажа чоппера.

вечером, щас на работе пока ...

Что использовать в качестве буффера в затвор?
И что такое снаббер? Демпфер?
Может, посоветуете какой-нибудь ШИМ-контроллер, подходящий под наши задачи?

Starichok51 писал(а):хорошо видна площадка при заряде-разряде емкости Миллера. нужно ставить драйвер в затвор. очень медленно открывается и закрывается мосфет, соответственно, долго находится в линейном режиме, отсюда и его перегрев. выходной ток МК очень маленький для перезаряда затвора.

согласен на все 100 !
Думаю, вот логику и запитать её по +12, а может и по +15 ...

Кстате, вы говорите о чоппере по плюсу или по минусу ?
Я вот про тот, что по минусу, Слон переманимает меня на плюс ...
И вообще Ваше мнение, как лучше, чоппер по минусу или по плюсу ?

Кстати, наша ситуация неплохо моделируется в протеусе.
Вот осциллограмма на затворе IRF4905:

А вот что будет, если постаить полевик IRFZ44:

И резонанса нет, и фронты импульсов круче....

Слон писал(а):Кстати, наша ситуация неплохо моделируется в протеусе.
Вот осциллограмма на затворе IRF4905:
А вот что будет, если постаить полевик IRFZ44:
И резонанса нет, и фронты импульсов круче....

Интересно, как это ты умудрился, в Р-канальный полевик всунуть N-канальный ...

Яж давно уже говорю, чоппер на минус и всё будет гут
а прикинь, N-канальные есть ещё более быстродействующие, причём в разы ...

Starichok51 писал(а):еще бы посмотреть фотку вашего монтажа чоппера.

М2000НМ Ш20х28, зазор 2.0 мм, провод ПВ-3 6мм2, 9+7 витков

есть ещё такой вариант:

если соединить обе то 24 мкГн

А вот старый Стендик, ещё чоппер по плюсу и детский осцилограф:


видео: ftp://1-video.uitv.ru/test2/test2.wmv 42,2 МБ

достигал вот таких результатов на исток-затвор: