PAN 6V - Elektronické konstrukce

Přejít na obsah

PAN 6V

Nabíječky
    
Pulsní automatická nabíječka  6V - PB akumulátorů.

Charakteristika:  
Nabíjení I/U1,U2.     
Pulsní nabíjecí proud o kmitočtu 500Hz.      
Nabíjecí proud 0,36A.     
Indikace nabíjení led diodami.           
Udržovací nabíjecí proud < 120mA.     
Soft start - plynulý nárůst nabíjecího proudu
      
Ochrany:    
Jestli se připojí na svorky nabíječky napětí > 7V,  ( např: 12V aku ) bliká červená LED.  ( nejde nabíjet - ochrana ).
Ochrana proti přepólování - bliká červená LED. ( nejde nabíjet - ochrana ).
            
Provozní stav nabíječky:     
Není připojen aku. -    bliká zelená led - pohotovostní režim. U aku. < 3V.
 
     U aku.    3V - 7,25V   -    svítí  červená led - nabíjí nastaveným proudem - první fáze nabíjení            
     U aku.  =  7,2V         -    svítí  červená led - druhá fáze nabíjení
     U aku . =  6,9V         -    svítí  zelená led - nabito na 100 % - třetí fáze nabíjení

Blikající červená led signalizuje několik možností:
             přepólování akumulátoru,
             připojení akumulátoru u kterého je napětí > 7V,
             při nabíjení stouplo napětí akumulátoru nad 7,4V  

Popis:
Nabíječka má tři fáze nabíjení.V první fázi nabíjí konstantním proudem. Nabíjecí proud by měl být 8 – 10 % kapacity akumulátoru. Je nastaven na 9% kapacity – 0,36A. ( Akumulátor 6V 4Ah ).
Při dosažení napětí na akumulátoru 7,25V mikroprocesor přejde do druhé fáze nabíjení a nabíjí se konstantním napětím. Na akumulátoru se udržuje napětí na 7,2V. S přibývajícím časem při konstantním napětí pomalu klesá nabíjecí proud. Když se nabíjecí proud zmenší na 50% nastaveného proudu, to je 0,18A,
tak nabíjení přejde do třetí fáze nabíjení. Napětí na akumulátoru se udržuje na 6,9V. Svítí zelená led. Akumulátor je nabitý na 100%. Nabíjecí proud stále klesá a může klesnout až pod 50mA, podle samovybíjení  akumulátoru a času po který je v této fázi nabíjení připojený akumulátor.
   
Stát by se to nemělo, ale kdyby z nějakého důvodu při nabíjení bylo napětí na akumulátoru > 7,4V, tak v tom případě se přeruší nabíjení. Upozorní na to blikající červená led. ( Ochrana proti přebíjení akumulátoru.)

Pro napájení je vhodný nap.zdroj 9V. Pokud se použije s napětím > 9V tak na spínacím tranzistoru a snímacím rezistoru je větší ztrátový výkon a tranzistor  se přehřívá. ( viz. příklad níže ).

Schéma zapojení:
Popis zapojení:
Nabíjení řídí mikroprocesor PIC12F683. První A/D převodník (GP0) přes napěťový dělič z rezistorů R5, R6 a integrační článek R4 a C4 měří napětí na akumulátoru. Podle  napětí mikroprocesor přechází do podprogramů, které ovládají různé fáze nabíjení.
Druhý A/D převodník (GP1) měří úbytek napětí na snímacím rezistoru R8, které je vyhlazeno přes druhý integrační článek R7 a C5. Mikroprocesor porovnává naměřené napětí s konstantou, která odpovídá požadovanému proudu a udržuje napětí na C5 na hodnotě 0,54V tak, že na PWM výstupu mění šířku impulsů. Tím se udržuje konstantní nabíjecí proud.
Z PWM výstupu je spínaný T2, který spíná výkonový tranzistor T1, přes který prochází nabíjecí proud do akumulátoru. Při přepólování akumulátoru je na vstupu GP0 napětí > 3V. Mikroprocesor změří napětí a přejde do podprogramu, ve kterém bliká červená LED a je blokované nabíjení. Stačí odpojit jednu svorku akumulátoru a nabíječka přejde do pohotovostního stavu. Čeká na správné připojení akumulátoru.
LED slouží k indikaci nabíjení. ( Popis výše.)  Kmitočet nabíjecího proudu je 500 Hz. Referenční napětí pro A/D převodník je napájecí napětí mikroprocesoru.
( 5V ). D1 slouží jako ochrana, aby při odpojení nap. napětí ( vypnutí el. proudu ) nebyl mikroprocesor napájený z akumulátoru přes T1. ( Vyzkoušeno ). Při nabíjecím proudu > 1A je potřeba vyměnit D1 za diodu na > proud. Např. 1N5408.

Příklad změny nabíjecího proudu:
I = U/R = 0,54 / 1,5 = 0,36A = střední hodnota nabíjecího proudu.
Změnou R8 se dá měnit nabíjecí proud podle potřeby. R = U/I

Např:
Nabíjecí proud  0,72A ---- R8 = 0,75Ω.
                       1,2A ---- R8 =  0,45Ω.

T1 se musí umístit na chladič. Místo spínacího tranzistoru BD 912 lze použít BD 172, BD 140 nebo mosfet např. IRF 4905, popř. jiný s kanálem P.
Při použití mosfetu vyměnit  R2 - 1K za 56 Ohm.  Napájecí zdroj musí být na požadovaný nabíjecí proud + 20% rezerva.

Porovnání ztrátového výkonu při různém nap. napětí.

Příklad 1:
Nap. zdroj = 9,3V. R8 = 1,5Ω.
P = Umax² / R x 70%
( 70% = délka impulsu v %, +Duty )
0,82² / 1,5 x 70% = 0,314W.
Ztrátový výkon na R8 = 0,314W.

Úbytek napětí na R8 = Uavg = 0,537V.
I = U/R = 0,537 / 1,5 = 0,358A.
Střední hodnota nab. proudu  je 0,358A.
Špičkový proud je 0,546A. ( Umax / R ).
Příklad 2:
Nap. zdroj = 12V. R8 = 1,5Ω.
P = Umax² / R x 44%
( 44% = délka impulsu v %, +Duty )
1,34² / 1,5 x 44% = 0,526W.
Ztrátový výkon na R8 = 0,526W.

Úbytek napětí na R8 = Uavg = 0,54V.
I = U/R = 0,54 / 1,5 = 0,36A.
Střední hodnota nab. proudu  je 0,36A.
Špičkový proud je 0,893A. ( Umax / R ).
Proto je dobré používat napájecí zdroj jehož napětí je o 3V > jak jmenovité napětí akumulátoru. Není tak velký ztrátový výkon a není potřeba
použít velký chladič na odvod tepla z tranzistoru T1. 6V aku. = nap.zdroj 9V.
Seznam součástek:
C1, C3, - 100n / 50V - SMD 1206
C2 - 100μ / 10V, radiální
C4, C5  - 1μ / 10V, radiální
R1 - 4k7
R2 - 1k
R3 - 2k2
R4, R7, - 8k2
R5 - 15K 1%
R6 - 5k6 1%
R10, R11 - 1k5
všechny rezistory - SMD 1206
R8 - 1,5Ω  2W
T1 - BD912, BD712,  ( BD 140, IRF 4905 apod. )
T2 - BC337 nebo BC546
IO1 - 78l05
IO2 - PIC 12F683 - naprogramovaný
D1 - 1N4007  
D2, D3 - dvojitá LED nízkopříkonová, R/G 3 mm
napájecí  zdířka 5,5/2,1 mm do DPS
plošný spoj
patice DIL08
chladič pro T1 - upravit podle velikosti tranzistoru
kabel - Cu dvojlinka 2x1,5 mm2 - 0,6 m
krokosvorky - 2 ks, červená + černá nebo vhodný konektor
plastová krabička - KM 02 A,  42x48x22 mm
Ke stažení:
Plošný spoj 42x37 mm
Štítek na panel
Rozmístění součástek
Příklad použití:
Při původním nabíjení svítilny bylo napětí na akumutátoru 9V, což zkrátilo jeho životnost. ( Vadná elektronika ve svítilně.) Max. napětí na akumulátoru může být 7,3V. Proto byla elektronika v nabíjecí svítilně odstraněna. Akumulátor se nabíjí přes ochrannou trubičkovou pojistku T 2,5A, která je zabudovaná ve svítilně.

Prototyp s BD 140
Návrat na obsah