Przeszukaj forum

LiPol Charger v1.0 / v2.0 Szanowni czytelnicy forum w tym krótkim artykule przedstawię Wam projekt ładowarki do akumulatorów litowo-polimerowych 2 celowych (7,4V). Prace nad projektem rozpoczęły się bardzo dawno temu, co można było śledzić w tym wątku. Dużą rolę w trakcie projektowania samego układu odegrał kolega @marek1707. Tak naprawdę ostateczna forma pierwszej wersji ładowarki została bardzo mocno zasugerowana przez niego dzięki temu działa ona niezawodnie. Układy zostały zaprojektowane wedle następujących założeń: możliwość ładowania akumulatorów 2 celowych przy pomocy źródła zasilania o napięciu 5V i natężeniu prądu nie większym niż 1A (na tyle pozwalały zastosowane elementy elektroniczne) oraz ładowanie z wykorzystaniem 2 paneli słonecznych 6V/300mA, które aktualnie miałem pod ręką - stąd zastosowano układ przetwornicy typu boost, zastosowanie przewodowej lub bezprzewodowej komunikacji z komputerem PC, wykorzystanie diod LED do sygnalizacji stanów pracy ładowarki, (v2.0) wyświetlanie informacji na wyświetlaczu alfanumerycznym 2x16, (v2.0) dodanie przycisków do ręcznej interakcji użytkownika z urządzeniem, (v2.0) wbudowanie prototypu prostego balansera ogniw, (v2.0) wyprowadzenie padów do programowej kalibracji przetwornika ADC. LiPol charger v1.0 Wersja pierwsza ładowarki jest wersją niekombinowaną oraz dość niezawodną. Pełny cykl ładowania akumulatora obejmuje zarówno fazę CC (stałoprądową) oraz CV (stałonapięciową). Cykl ten świetnie obrazuje WYKRES, który podrzucił mi kolega @marek1707 i który zapamiętam do końca swojego życia Zasadę działania przetwornicy boost wydaje mi się, że każdy elektronik powinien znać. Jeśli jednak czytelniku nie miałeś okazji zapoznać się z tym rodzajem przetwornic podsyłam ciekawe artykuły na ten temat: LINK, LINK. W skrócie - na wejściu przetwornica otrzymuje napięcie maksymalne 6V oraz prąd maksymalny 1A. Sygnał PWM generowany przez mikrokontroler ze stałą częstotliwością, a zmiennym wypełnieniem otwiera lub zamyka tranzystor kluczujący przetwornicę, który dzięki temu reguluje napięcie lub prąd wyjściowy przetwornicy w zależności od fazy algorytmu ładowania CC/CV. Zastosowano w tym celu najzwyklejszy regulator proporcjonalny. Mikrokontroler ma możliwość pomiaru potrzebnych parametrów tj. napięcia i prądy wejściowe/wyjściowe oraz napięcie międzyogniwowe. Napięcia są mierzone poprzez dzielniki napięciowe natomiast pomiar prądów odbywa się z wykorzystaniem układów bocznikowych. Komunikacja z komputerem odbywa się poprzez moduł Bluetooth (BTM222 lub HC-05) lub z wykorzystaniem przejściówki USB-UART. Dodatkowo domowymi metodami wykonałem shield umożliwiający podłączenie wyświetlacza alfanumerycznego 2x16. Ostatecznie wykorzystując źródło napięcia stałego 5V/1A udało się uzyskać przetwornicę o sprawności ok. 65%. Całkiem niezły wynik jak na prototyp. Straty mocy są związane ze stratami na diodzie, indukcyjności oraz NIE zastosowaniu kondensatorów typu Low ESR. Wszystkie te parametry można jeszcze trochę poprawić przez co możliwe jest zwiększenie sprawności samej przetwornicy. Wykorzystanie do ładowania paneli słonecznych zmusiło do zastosowania najprostszego algorytmu MPPT - śledzenia punktu maksymalnej mocy. Panele słoneczne połączone są równolegle przez co uzyskano większy prąd wejściowy na przetwornicę. W tym połączeniu maksymalny prąd wejściowy wynosi 600 mA dla posiadanych przeze mnie paneli 6V/300mA. Biorąc pod uwagę to, że w polskich warunkach z tych paneli jestem w stanie wyciągnąć maksymalnie 70-80% całkowitej sprawności przy bezchmurnej pogodzie prąd ładowania akumulatorów jest niewielki. Dlatego ten tryb ładowania sprawdza się raczej przy niewielkich akumulatorach. Ale najważniejsze, że się sprawdza LiPol charger v2.0 Druga wersja ładowarki nie została jeszcze przetestowana!!! Natomiast wzbogaciłem ją o kilka praktycznych dodatków, których brakowało mi w poprzedniej wersji. Wersja v2.0 została wzbogacona o prototyp balansera złożonego z dwóch oporników dużej mocy oraz tranzystorów sterowanych z poziomu mikrokontrolera, który na podstawie pomiaru napięcia międzyogniwowego decyduje o tym, który obwód „strat mocy” załączyć. Jeśli któryś z tranzystorów zostaje otwarty, przez rezystor przepływa prąd, natomiast ładowanie danego ogniwa akumulatora jest pomijane. Dzięki temu możliwe jest wyrównanie poziomów napięć na obu ogniwach. Dodatkowo wyprowadzone zostały pady pomiarowe, które znacznie ułatwiają kalibrację odczytów z przetwornika ADC. Wbudowano również konwerter USB-UART na podstawie chipu FT230XQ, wyprowadzono również piny Rx i Tx w celu podłączenia np. modułu Bluetooth. W tym projekcie udało się znacząco zmniejszyć wymiary ładowarki. Kompletne schematy obu wersji ładowarki udostępniam w pdf’ach poniżej. LiPolCharger_v1_0.pdf LiPolCharger_v2_0.pdf Wykaz ważniejszych elementów wykorzystanych w układach ładowarek: mikrokontroler ATmega32 tranzystor kluczujący MOSFET-N STS12NF30L driver MOSFET MCP1402T cewka 220 uH wzmacniacze operacyjne LM358 wyświetlacz alfanumeryczny 2x16 konwerter USB-UART FT230XQ, tranzystory bipolarne NPN i PNP dowolne, pod warunkiem, że maksymalny prąd kolektor-emiter będzie większy niż 1A. Jeśli ktoś z czytelników będzie zainteresowany tematem owych ładowarek serdecznie zapraszam do zadawania pytań w komentarzach, a także ewentualnego krytykowania (oczywiście konstruktywnego) mojego projektu.