Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Konica Minolta
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Ładowarka Pb, Li-Ion, USB

djfarad02 10 Sty 2012 02:48 19580 7
  • Ładowarka Pb, Li-Ion, USB
    Projekt:

    Przedstawiam projekt, który opracowałem z potrzeby posiadania wielofunkcyjnej ładowarki. Projektując układ kierowałem się uzyskaniem maksymalnej funkcjonalności przy zachowaniu prostoty i niezawodności. Procesora z premedytacją do tego projektu nie pchałem, zwłaszcza że w codziennej pracy mam wystarczająco wypełniony czas klepaniem programów na atmegi i attiny. Teraz do rzeczy, cechy urządzenia:

    - ładuje akumulatory Pb (kwasowe) i Li-Ion
    - posiada wyjście USB z napięciem 5V 600mA do ładowania urządzeń USB
    - wskaźnik ładowania (ładuje, naładowany, brak akumulatora)
    - niewrażliwe na pomyłki biegunowości i zwarcia
    - nie rozładowuje akumulatorów przy braku zasilania
    - prąd ładowania Li-Ion około 400mA, Pb 1...1,4A


    Ogólnie o układzie:

    Układ zasilany jest z transformatora sieciowego przez prostownik dwupołówkowy. W układzie wykorzystałem wyprostowane napięcie tętniące sieci do realizacji zamierzonych funkcji, tak więc gdyby ktoś próbował dodać po mostku kondensator filtrujący to srodze się zawiedzie powodując niedziałanie ani układu automatyki ładowania ani sygnalizacji prądu. Transformator powinien dawać na luzie około 18V napięcia zmiennego, mieć moc 25...30W i powienien posiadać dzielone uzwojenie wtórne (w celu zasilania niższym napięciem stabilizatora USB 5V). Dioda LED3 sygnalizuje włączenie do sieci. Płytkę
    wykonałem pisakiem, w dodatku za grubym, w skutek pomyłki na zakupach w papierniczym. Mimo niedoskonale poprowadzonej masy stabilizator pracuje stabilnie.
    Załączam wymagający dopracowania projekt płytki w eagle.

    Układ ładowania:

    Ładowanie metodą ze stałym napięciem z ograniczaniem prądu. W przypadku ładowania akumulatora 12V ograniczeniem prądu zapewnia sam stabilizator LM 317, wydajność transformatora oraz opcjonalnie rezystor R12 (w modelu zwora). Przy ładowaniu akumulatora 3,6V prąd ograniczają rezystory R13 i R14. Napięcie ustala dzielnik R7, R9, R8, R19. Odpowiednie rezystory dołączane są przełącznikiem wyboru rodzaju akumulatora S1. Dla akumulatora 12V należy dobrać R8 aż do uzyskania 14,1...14,2V. Dopiero po dobraniu tego rezystora można przełączyć S1 na pozycję 4.1V (Li-Ion) i precyzyjnie ustawić za pomocą R19 napięcie ładowania akumulatora litowo jonowego. W przypadku tego typu akumulatorów jest to bardzo istotne. 4,1V jest wartością bezpieczną dla wszystkich typów choć w zasadzie można stosować 4,2V. W celu zgłębienia szczegółów dot. doboru właściwego napięcia odsyłam do publikacji na temat rzeczonych akumulatorów. Na czas ustawiania napięć należy dołączyć tymczasowo do mostka B1 elektrolit 1000uF/25V i podłączyć na chwilę jakikolwiek akumulator, bądź też zewrzeć kolektor i emiter Q3. Układ powinien zatrzasnąc się w stanie włączonym. Ułatwi to pomiary napięcia, które można w tym momencie wykonać bez akumulatora.




    Dioda D9 (schottky) zapewnia wyłączenie się przekaźnika w przypadku zaniku napięcia sieci. D9 jest podwójna z racji tego, że jej funkcję pełni element z odzysku po zasilaczu PC (gałąź 5V). Sprawdzi się tu dowolna inna dioda o wystarczającym prądzie. Schottky użyłem tylko ze względu na mniejszy spadek napięcia na niej oraz spory ich zapas w zwłokach zasilaczy. Bez diody D9 prąd z akumulatora przepłynąłby aż do R11 przez stabilizator LM317. Mimo braku o tym wzmianki w nocie katalogowej, posiada on wudowaną diodę zabezpieczającą włączoną w kierunku z wyjścia na wejście (przynajmniej tak było w posiadanym przeze mnie egzemplarzu). Puryści mogą dodać taką diodę zewnętrzną.

    Włączanie ładowania:

    Podłączenie akumulatora powoduje otwarcie tranzystorów w układzie Darlingtona Q3 i Q4. Jako Q3 w modelu zastosowałem BC211 z uwagi na duży prąd cewki przekaźnika (przekaźnik spotykany w alarmach samochodowych - cewka 100....120 Ohm). Przewodzące tranzystory włączają cewkę przekaźnika poprzez diodę D3, która zapobiega pojawianiu się ujemnych szpilek na kolektorze Q3 i emiterze Q2. Rezystor R11 redukuje napięcie na cewce przekaźnika a kondensator C2 filtruje je (jest on przy okazji odpowiedzialny za wspomniane wcześniej szpilki). Załączone styki przekaźnika powodują dołączenie dodatniego zacisku akumulatora do stabilizatora IC1.

    wyłączanie ładowania:

    W przypadku braku akumulatora, na wyjściu pojawia się wyprostowane tętniące napięcie sieci. Napięcie to, po oddzieleniu składowej stałej za pomcą kondensatora C4 zostaje wyprostowane diodą D2, ładując kondensator C3 napięciem ujemnym. Powoduje to przepływ prądu przez D7, który po wzmocnieniu przez tranzystor Q5 powoduje zatkanie układu Darlingtona z tranzystorami Q3 i Q4 a tym samym rozłączenie przekaźnika. Dioda D8 zapewnia symetrię impedancji prostownika zapobiegając "zapychaniu się napięciem" kondensatora C4 :) Jest konieczna, z racji tego, że prostownik jest jednopołówkowy. Rezystor R17 zmniejsza prąd płynący przez diody i zabezpiecza kondenastor C4 przed uszkodzeniem w przypadku odwrotnego podłączenia akumulatora. Przy akumulatorze 12V podłączonym "plus na minus" prąd z niego wypływający wynosi niecałe 2mA. Podobna jest zresztą jego wartość w przypadku prawidłowego podłączenia akumulatora ale przy braku zasilania z sieci 230V

    Czujnik prądu:

    Elementem pomiarowym jest rezystor R1. Diody D5 i D6 zabezpieczają przed nadmiernym spadkiem napięcia na nim, w czasie gdy ładowarka oddaje duży prąd. Przy wystarczająco dużym prądzie odkładające się napięcie na rezystorze R1 powoduje wysterowanie bazy tranzystora Q1 poprzez rezystor R2. To z kolei powoduje zmianę kierunku przepływu prąd przez diodę dwukolorową włączoną w mostku złożonym z elementów: R4, R5, R3+R10 oraz złącza C-E tranzystora Q1. Zmiana kierunku prądu powoduje zaświecenie w diodzie czerwonej struktury zamiast zielonej. Tranzystor Q2 zapewnia dodatnie sprzężenie zwrotne w celu usunięcia martwego punktu w układzie, kiedy żaden kolor w diodzie nie świeci bądź świecą słabo. W chwili wzrostu napięcia na R10 spowodowanym otwieraniem się Q1 tranzystor Q2 przez rezystor R6 przesterowuje bazę Q1 powodując jego nasycenie. Z każdym półokresem napięcia sieci układ staje się spowrotem niezatrzaśnięty, co chroni przed ciągłym świeceniem czerwonej diody, nawet przy małym prądzie ładowania. Za sprawą tranzystora Q3, sterującego również przekaźnikiem, przy braku akumulatora cały układ sygnalizacji ładowania jest wyłączony (dioda wygaszona)

    prąd mały (konserwacja, doładowywanie): dioda świeci na zielono
    prąd duży (ładowanie akumulatora 12V): dioda świeci na pomarańczowo
    prąd duży (ładowanie akumulatora 3,6V): dioda świeci na czerwono

    Różne kolory świecenia diody podczas ładowania (pomarańczowy i czerwony) wynikają z różnego momentu włączania się czerwonej podczas półokresów sieci. W przypadku akumulatora 3,6V prąd wcześniej osiąga wartość progową i praktycznie przez cały półokres świeci się dioda czerwona.
    Próg zaświecania czerwonej diody zależy od rezystora R1 i napięcia B-E tranzystora Q1. W modelu wynosił on około 50mA co wydaje się być optymalną wartością dla spodziewanych akumulatorów

    Zasilacz USB:

    Klasyczna aplikacja stabilizatora 7805. Napięcie prostuje ujemna połowa mostka B1. Na pierwszy rzut oka dioda D1 wydaje się niepotrzebna (bez niej układ zasilacza 5V też pracuje) lecz jej brak powoduje niewłaściwą pracę głównej ładowarki wskutek przedostawania się napięcia z C6 za mostek B1. Napięcie dla
    zasilacza 5V pobrano ze środkowego odczepu transformatora.

    Załączam schemat, płytkę do dopracowania w eagle, zdjęcia oraz film

    Schemat:
    Ładowarka Pb, Li-Ion, USB

    Opis na front:
    Ładowarka Pb, Li-Ion, USB

    Foto:
    Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB Ładowarka Pb, Li-Ion, USB


    Link


    Fajne!
  • Konica Minolta
  • #2 10 Sty 2012 14:52
    VSS
    Poziom 21  

    augur359 napisał:
    Bateria Litowo Jonowa ładowana 4.1 nie podziała długo chyba bez ladowania stałym napięciem 4.1 a rożnym prądem


    ja li-ion'y podłączałem do zasilacza z ogranicznikiem prądowym, ustawiałem napięcie 4,2V i sie ładowało. po naładowaniu aku sam zmniejsza prąd ładowania.

  • Konica Minolta
  • #3 10 Sty 2012 16:45
    c64club
    Poziom 17  

    Fajny ładowarek. Rzadki okaz konstrukcji bez µP :)

    Ale do ładowania Li-Ion zdecydowanie polecę użycie układów nadzorujących z ... akumulatorów telefonów komórkowych. Zużyte akumulatory ze sprawną elektroniką można garściami wybierać z pojemników ustawionych u operatorów, w sklepach itd. Każdy używany przeze mnie akumualtor Li-Ion wyposażam w taki układ, który jest jednocześnie ładowarką i chroni akumulator przed rozładowaniem. W dodatku do ładowania można użyć dowolnego nawet niestabilizowanego zasilacza 4.2-5V, układ sam odetnie akumulator od źródła po naładowaniu.
    Ponadto wszystkie aku wyposażam w gniazdo Jack mono 3,5mm, a odbiorniki i ładowarki we wtyk 3,5mm mono, z plusem na grocie.

    EDIT (po uwagach pietruchy): Zasilanie przez diodę prostowniczą i rezystor szeregowo z zasilaczem 5V. Podczas testów podłączałem woltomierz przed i za układem nadzorującym oraz amperomierz w szeregu, stąd taka praktyka. Używam wyłącznie ogniw z odzysku.

    Dla przeciwników układów używanych firma BTO ma gotowce za 4.5zł/szt, o prądzie max 2A.

  • #4 12 Sty 2012 00:20
    pietrucha
    Poziom 16  

    c64club napisał:
    do ładowania Li-Ion zdecydowanie polecę użycie układów nadzorujących z ... akumulatorów telefonów komórkowych

    Takie ładowanie raczej nie będzie dobre dla baterii. Układy wbudowane w fabryczne akumulatory to układy zabezpieczające akumulator przed przekroczeniem maksymalnych dopuszczalnych prądów i napięć, czyli w konsekwencji przed wybuchem. Nie powinno się ich stosować jako jedyne ograniczenie przy ładowaniu. Maksymalne napięcie, przy jakim układ taki odcina zasilanie od baterii to zazwyczaj 4,3V - typowe bezpieczne to 4,2V. Tak samo prąd, jaki ograniczają to maksymalny prąd, jaki jest przewidziany dla danej baterii - niezbyt zdrowy dla baterii. gdy Pewnie słyszałeś o aferach z zapalającymi się/wybuchającymi akumulatorami w produktach dobrej klasy producentów. A oni w swoich konstrukcjach używają specjalizowanych ładowarek z bardziej ograniczonym prądem i zawsze właśnie tych układów zabezpieczających, jako środka ostatniej, albo przedostatniej szansy przy uszkodzeniu ładowarki/zwarciu. Do ładowania baterii litowych zdecydowanie powinno się używać specjalnych układów ładowania, choćby w najprostszej postaci - dwóch układów LM317 i trzech rezystorów i ładować prądem dobranym do konkretnych ogniw.

  • #5 12 Sty 2012 08:58
    c64club
    Poziom 17  

    Po to jest forum, dzięki. Wiem, że taki układ to rodzaj inteligentniejszego dyskryminatora okienkowego, działającego w dwie strony. Podłączałem te układy z tel. kom. do ogniw z laptopów. Odcinają przy 4,2V

    A zapomniałem napisać nieco w poprzednim poście, więc go uzupełnię.

  • #6 13 Sty 2012 17:55
    Calineczka*
    Poziom 31  

    c64club, ogniwa o których piszesz powinno się ładować metodą CC/CV. Pooglądajcie datascheety producentów ogniw. W momencie gdy zabezpieczenie odetnie akkusa tracisz CV i na pojemności zmagazynowanej w akkusie.

  • #7 13 Sty 2012 20:22
    raffiki
    Poziom 13  

    To może ja tylko przed czymś uprzedzę. Jak by ktoś wpadł na taki idiotyczny pomysł jak ja (ładowanie baterii nokii z zasilacza 5V 1A) niech nawet nie próbuje. Ostro walnęło. Do teraz zostały zniszczenia (meble, wykładzina, elektronika...). Ogółem: cud, że nie zakończyło się to pożarem.

  • #8 10 Kwi 2012 21:54
    robson24
    Poziom 10  

    Ładowarka Pb, Li-Ion, USB na układzie MCP73833/4 zasilanie z usb lub ładowarka 5v do 800mA i śmiga