Wstęp.
Witam.
Czasem trzeba sprawdzić stan akumulatorków. Naładować i rozładować parę razy, mierząc przy tym pojemność.
Czasem projektując sekcję zasilania w jakimś urządzeniu nie mamy pewności czy na przykład zastosowany radiator jest w stanie odprowadzić założoną ilość ciepła. Można wtedy obciążyć zasilacz wymaganym prądem z pewnym zapasem i sprawdzić empirycznie.
Między innymi w takich właśnie przypadkach zastosowanie znajduje przedstawione przeze mnie urządzenie.
Inspirowałem się tym tematem: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3042963.html
Brakowało mi w tym wykonaniu głównie licznika miliamperogodzin.
Poza tym chciałem dołożyć funkcję odłączania rozładowywanej baterii gdy jej napięcie spadnie poniżej bezpiecznego progu.
Zasada działania.
Zacznę może od omawiania schematu (jest też do pobrania w eagle w załącznikach).
Układ zasilam transformatorem o napięciu wtórnym 12V. Myślę, że 5W da radę, ja zastosowałem taki jaki miałem, z pewnością o wiele za duży. Najwięcej prądu pobiera zdecydowanie podświetlenie LCD.
Badany akumulator/zasilacz podłączamy do zacisków znajdujących się z prawej strony schematu. Prąd płynie przez styki przekaźnika, następnie przez tranzystor polowy IRFZ44N, a potem przez rezystor pomiarowy. U mnie jego wartość to 1 Ohm.
Prąd obciążenia regulowany jest przez wzmacniacz operacyjny LM358N, który podaje odpowiednie napięcie na bramkę tranzystora w taki sposób, by napięcie odłożone na rezystorze pomiarowym było równe temu, które jest zadane przez potencjometr POT. Potencjometr ten jest dziesięcioobrotowy.
Źródłem napięcia dla tego potencjometru jest układ LM336 w wersji 2,5V. Stabilność tego napięcia wpływa bezpośrednio na stabilność zadanego prądu. Dwie diody i potencjometr widoczny na schemacie obok LM336 to układ z noty katalogowej, który zmniejsza dryft temperaturowy tego źródła.
Dalej schemat się rozrasta o mikrokontroler atmega8, który zbiera informacje o napięciu na zaciskach wejściowych, aktualnym prądzie i przewidywanym nastawionym prądzie (przydatne w momencie gdy badany układ jest odłączony daje informacje jakiego prądu można się spodziewać po podłączeniu).
Atmega jest też odpowiedzialna za ewentualne odłączenie obciążenia gdy napięcie badanego obiektu spadnie poniżej zadanego progu. Na schemacie pod procesorem widać złącze JP1, do którego jest podłączony przełącznik obrotowy.
Przełącznikiem wybieramy cztery możliwości:
- brak (przekaźnik jest zawsze aktywny)
- 3,2V (ustalane dzielnikiem rezystor-potencjometr)
- 1V (ustalane dzielnikiem rezystor-potencjometr)
- Vo - zewnętrzne napięcie (trafia do komparatora atmegi przez dzielnik napięciowy 1/5)
Z prawej strony od procesora na schemacie mamy wyprowadzenie na przyciski frontowe, sterowanie przekaźnikiem oraz wyżej dzielnik do pomiaru napięcia.
Jest też wyświetlacz HD44780.
Warto wyjaśnić, że złącze JP4 również podłączone jest do przełącznik obrotowego. W pozycji przełącznika "brak" powoduje ono niezależne włączenie przekaźnika.
Złącze JP2 również trafia do przełącznika obrotowego. Złącze to odpowiada za doprowadzenie napięcia do komparatora analogowego atmegi. W pozycji przełącznika obrotowego "3,2V" oraz "1V" podajemy przez rezystor napięcie zza przekaźnika. W pozycji "brak" lub "Vo" napięcie to dzielone jest przez 5.
Dlaczego dzielę napięcia przez 5?
Atmega8 swoim ADC może mierzyć napięcia do Vcc czyli tutaj 5V.
Dzieląc niektóre napięcia przez 5 jest możliwość zwiększenia zakresu, kosztem dokładności.
Napotkane problemy.
Jak widać na schemacie, który umieściłem powyżej w pliku graficznym jest nakreślone trochę niebieskim kolorem.
1.
Pierwszy problem jaki napotkałem po uruchomieniu układu to ogromne wahania nastawionego prądu.
Mam dwa obrazki jak to wyglądało, niestety nie jestem w stanie określić który przebieg jest który, ale z pewnością jeden z nich to napięcie na zaciskach, a drugi napięcie na rezystorze pomiarowym.
Zdjęcia mają parę miesięcy.
Niestety nie widać nastaw oscyloskopu, oprócz tego, że jedna pionowych to 0,5V/div.
W każdym razie wahania były nie do zaakceptowania, ich amplituda zależała od ustawionego prądu. Obciążałem akumulator.
Rozwiązaniem okazało się dołączenie kondensatora 100nF na wyjściu OpAmpa.
Niestety nadal nie wiem dlaczego tak się stało.
2.
Kolejne problemy miałem z kalibracją wskazań napięcia na wyświetlaczu.
Winne okazały się diody zenera, które dołożyłem jako zabezpieczenie wejść analogowych przed zbyt wysokim napięciem. Pomimo, że występowało na nich napięcie poniżej napięcia przebicia to i tak przepuszczały one prąd na tyle duży, że przy zastosowanych rezystorach miał on znaczny wpływ na wynik.
Usunąłem je więc i kwestię zabezpieczenia pozostawiam wbudowanym w mikrokontroler diodom oraz rezystorom o dość sporej wartości.
3.
Zapomniałem o regulacji obrotów wentylatora, mogłem do tego użyć mikrokontroler, ale płytka była już wykonana, dlatego na szybko dorobiłem prosty układzik na jednym tranzystorze i termistorze.
4.
Grzał się stabilizator liniowy LM7805 ze względu na brak radiatora i dość spory prąd pobierany przez oświetlenie LCD.
Umieściłem w szereg z oświetleniem rezystor 51Ohm by ograniczyć pobór prądu. Trochę spadła jasność, ale jest wystarczająca.
Budowa.
Zastosowana obudowa to Z1W.
Radiator od jakiegoś procesora, wywiercone i nagwintowane otwory z jednej strony umożliwiły zamocowanie w obudowie.
Tylny panel powiercony celem umożliwienia przepływu powietrza przy wentylatorze.
Bezpiecznik na tylnym panelu.
Przełącznik obrotowy z przodu cztero położeniowy z trzema obwodami.
Podsumowania.
Parametry/osiągi:
Maksymalny prąd: około 2,5A przez krótki czas (ze względu na moc rezystora pomiarowego)
Maksymalne napięcie wejściowe: ograniczniem jest tu tylko IRFZ44N, datasheet podaje 55V jeśli dobrze patrzę. Pomiar napięcia do 25V.
Maksymalna rozpraszana moc: ciężko to zmierzyć, na pewno 20W wytrzymuje parę godzin i sterowanie wentylatorem nie osiąga maksa. Szacuję na 30-40W, nie bardzo wiem jak to precyzyjnie zmierzyć nie uszkadzając urządzenia.
Zakres "napięć odłączenia" czyli rzecz przydatna do testowania akumulatorów: 0-25V z wyborem 3,2V do li-ion oraz 1V do nimh, nicd.
Wskazaniom wbudowanego woltomierza i amperomierza na pewno nie można w pełni ufać. Rozdzielczość amperomierza to 5mA, choć wynik jest średnia z czterech próbek, więc rozdzielczość ta to może nawet 2,5mA. Z pewnością jednak zmiana temperatury rezystora pomiarowego ma większe znaczenie.
Co do woltomierza - rozdzielczość podstawowa to 25mV ze względu na wejściowy dzielnik 1/5.
Licznik miliamperogodzin jednak wypadł jak najbardziej OK w teście.
Przez 30 minut przepuszczałem przez urządzenie prąd 500mA (ustawiony z zewnętrznym amperomierzem w szeregu) i wynik to 506 mAh. Dla mnie w zupełności wystarczająca dokładność.
Jeszcze dodam oscylogramy z obciążenia połączonych dwóch ogniw li-ion prądem 1A.
Przebiegi to napięcie na rezystorze pomiarowym. Czyli prąd.
Oscylogram pierwszy: 2mV/div 5ms/div.
Drugi: 1mV/div 500us/div.
Te ogromne szpilki na pierwszym obrazku to prawdopodobnie zakłócenia z sieci. Niestety cały dom u mnie lata na jednej fazie, jeszcze nie zlokalizowałem źródła tych zakłóceń.
Co do drugiego oscylogramu - dziwnie wygląda to zakłócenie. Jego amplituda zmienia się wraz z ustawionym prądem.
Ogólnie urządzenie uważam, że w zupełności spełnia swoją funkcję, chociaż podkreślam, że nie przydaje się zbyt często. Na pewno można sobie poradzić bez takowego. To też mówiłem zanim je zbudowałem, ale wcale nie żałuję, bo teraz nie muszę szukać odpowiednich żaróweczek/rezystorów tylko mam użyteczne narzędzie.
No i jak to każde DIY - jest satysfakcja i edukacja
Jeśli urządzenie miałbym robić raz jeszcze, dodałbym/zmieniłbym:
- Zewnętrzne przetworniki ADC z osobnym źródłem odniesienia dla pomiaru prądu i osobne dla napięcia, dokładniejsze niż 10 bitów.
- Możnaby zastosować sterowanie PWM/DAC i programowo realizować funkcje stałego prądu, stałej rezystancji itp.
- Kompensacja zmiany temperatury rezystora pomiarowego
- Zwiększenie mocy rezystora pomiarowego. Dodanie kolejnych mosfetów w celu lepszego rozpraszania mocy.
- Komunikacja z PC przez RS232 lub USB. Odczyt parametrów i zadawanie różnych cykli rozładowywania/obciążania itd.
- Zadawanie zewnętrznego napięcia odłączenia nie jest niestety izolowane od badanego układu
Załączam pliki eagle i program.
Niestety płytkę rysowałem na szybko i z pewnością przydałaby się jej optymalizacja.
Program też nie jest zbyt czytelny, ale jeśli coś będzie nie zrozumiałe to wyjaśnię.
Huh, trochę sporo wyszło treści
To pierwsza konstrukcja, którą prezentuję na forum.
Zapraszam do komentowania i zadawania pytań.
Cool? Ranking DIY
