Со временем накопилось небольшое количество разнообразных аккумуляторов, поэтому решил собрать зарядный адаптер способный самостоятельно распознавать и заряжать их.
Адаптер заряжает аккумуляторы :
- 1.2 вольт током 500 мА
- 4.2 вольт (liion) током 1А
- 14.2 вольта (свинцовые) током 500 мА
При необходимости, подправив прошивку, можно добавить другие аккумуляторы напряжением от 0 до 15 вольт.
Адаптер выполняет функцию контроля, стабилизации и измерения зарядного тока, контроль напряжения аккумулятора, его отключение и индикацию заряда.
Схема зарядного адаптера
Адаптер выполнена на распространенном и дешевом микроконтроллере STM8S003F3P6.
Работает устройство следующим образом:
При подаче сетевого напряжения на разъём Х4 конденсатор С3 заряжается выпрямленным напряжением. Через резисторы R16, R18 заряжается конденсатор С20 до величины пробоя динистора DI1, динистор лавинно открывается, и открывает на транзистор VT4, одновременно открывается транзистор VT6 и разряжает конденсатор С20. Таким образом на затворе транзистор VT4 возникают короткие импульсы частотой несколько сотен герц. Транзистор vt4 через обратноходовый трансформатор Т1 заряжает емкость С5 до напряжения запуска микроконтроллера, микроконтроллер запускается и с помощью шим начинает управлять через GDT трансформатор T2 ключом VT4 и запитывает сам себя. Так как частота работы схемы запуска на динисторе несколько сотен герц, а частота работы преобразователя 30-60 кГц, то положительные импульсы с трансформатора T2 блокируют работу схемы запуска на динисторе. После запуска контроллер измеряет напряжение на клеммах аккумулятора, определяет его вид и начинает зарядку. На VT1, VD3, L1, C6 выполнен понижающий преобразователь. Микроконтроллер поддерживает с помощью шим управления транзистором VT4 стабильное напряжение на выходе преобразователя (конденсатор С5). С помощью понижающего преобразователя на VT1 осуществляется зарядка аккумулятора и стабилизация тока. Резистор R5 является датчиком тока. Информация о величине зарядного тока, напряжения на аккумуляторе отображается на OLED дисплее 120х64.
Алгоритм работы адаптера:
Контроллер измеряет величину на клеммах аккумулятора, если там менее 0,8 вольт то значит аккумулятор отсутствует, либо неисправен, зарядка не осуществляется, контроллер запитывает только сам себя.
Если на величина напряжения на клеммах аккумулятора более 0,8 вольт и она попадает в установленный диапазон напряжений то контроллер определяет тип аккумулятора, задает ток, максимальное напряжение, частоту преобразования и стартует зарядка.
Алгоритм зарядки :
Плавно нарастает зарядный ток до заданной величины и стабильно поддерживается понижающим преобразователем на VT1. Через некоторое время (2-3 секунды) ток уменьшается до 0, контроллер выдерживает паузу для установления напряжения на аккумуляторе, измеряет его, выводит на индикатор измеренную величину тока и напряжения и процесс повторяется до достижения на аккумуляторе напряжения заданной величины.
Адаптер выполнен на печатной плате:
Осциллограммы работы устройства при зарядке аккумулятора Liion 4.2v:
На Диоде VD1
Частота преобразователя 62,5 кГц.
Затвор VT4
Осциллограмма работы на холостом ходу
Диод VD1
При работе на холостом ходу (отсутствует аккумулятор) для точного поддержания напряжения на конденсаторе C5 снижается рабочая частота до 20 кГц. Ее необходимо снижать, так как важно чтобы сигнал шим был без пропусков, с минимальным заполнением, чтобы отключать схему запуска на динисторе.
Плата установлена в пластиковый корпус-вилку
Фото зарядки аккумулятора liion 4.2v
Фото работы адаптера без аккумулятора
Применение микроконтроллера позволило повысить универсальность и расширить функциональные возможности зарядного устройства + остались возможности для программной и схемной модернизации. У данного адаптера так же есть слабые стороны, обусловленные типом применяемого микроконтроллера: всего лишь 10 бит АЦП при отсутствии внешнего или внутреннего ион, это несколько загрубляет результаты измерения, частота работы МК16 МГц, это ограничивает частоту работы преобразователя около 62,5 кГц при 8 битном разрешении ШИМ. Но, не смотря на все это, адаптер исправно выполняет свои функции и заряжает аккумуляторы.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Конденсаторы | |||||||
| С1 | Конденсатор 0805 | 220 пФ 100В | 1 | ||||
| С2 | Конденсатор | 3300пф 1000В 1206 | 1 | ||||
| С3 | Конденсатор | 22 мкф 400В | 1 | ||||
| С4, С6 С18, С19 | Конденсатор | 0.15 мкФ 50 В 0805 | 4 | ||||
| С5 | Конденсатор | 1000 мкф 25В | 1 | ||||
| С7 | Конденсатор | 470 мкф 25В | 1 | ||||
| С8 | Конденсатор | 4.7 мкф 25В 1206 | 1 | ||||
| С9, С16 | Конденсатор | 4700 пФ 250В | 1 | ||||
| С10-С12 | Конденсатор | 10 нФ 50В 0805 | 3 | ||||
| С13, С17, С100 | Конденсатор | 10 мкф 10В 0805 | 3 | ||||
| С14, С15 | Конденсатор | 10 мкф 25В 1206 | 2 | ||||
| С20 | Конденсатор | 0.33 мкф 50В 0805 | 1 | ||||
| С21 | Конденсатор | 220 пФ 50В 0805 | 1 | ||||
| Резисторы | |||||||
| R1, R4 | Резистор | 100 кОм 1206 | 2 | ||||
| R2, R26 | Резистор | 10 ом 0805 | 2 | ||||
| R3 | Резистор | 1 ком 1206 | 1 | ||||
| R5 | Резистор | 0.5 ом 2512 | 1 | ||||
| R6, R8, R9 | Резистор | 75к 0805 | 3 | ||||
| R10-R12 | Резистор | 18 ком 0805 | 3 | ||||
| R13, R17, R14, R25 | Резистор | 4.7 Ом 1206 | 4 | ||||
| R15 | Резистор | 470 Ом 0805 | 1 | ||||
| R16, R18 | Резистор | 300 ком 1206 | 2 | ||||
| R19, R21 | Резистор | 10 ом 0805 | 2 | ||||
| R101, R10 | Резистор | 1 ком 0805 | 2 | ||||
| R22, R23, R10 | Резистор | 10 кОм 0805 | 3 | ||||
| R23 | Резистор | 10 ом 0805 | 0 | ||||
| R24 | Резистор | 100 кОм 0805 | 1 | ||||
| Диоды | |||||||
| DI1 | Динистор | DB3 | 1 | ||||
| VD1 | диод шоттки | 3а 100В SMB | 1 | ||||
| VD2 | диодный мост | 600-800В 1А | 1 | ||||
| VD3 | диод шоттки | 3А 60В SMB | 1 | ||||
| VD5. VD6, VD7 | Выпрямительный диод | BAS321 | 3 | ||||
| VD101 | Стабилитрон | 18-20В SMC | 1 | ||||
| Транзисторы | |||||||
| VT1 | Транзистор | N-chanel 3А 40-60В SO8 | 1 | ||||
| VT2, VT6 | Транзистор | BC847 SOT23 | 2 | ||||
| VT3 | Транзистор | BC857 SOT23 | 1 | ||||
| VT4 | Транзистор | 4nk80 dpak | 1 | ||||
| VT7 | Транзистор | BC807 SOT23 | 1 | ||||
| VT8 | MOSFET-транзистор | 2N7000 | 1 | ||||
| Микросхемы | |||||||
| D1 | стабилизатор | 1117-5,0 | 1 | ||||
| D2 | D2 | stm8S003F3P6 | 1 | ||||
| Дроссели | |||||||
| L2, L3 | дроссель | 220 мкГн | 2 | ||||
| FU1 | предохранитель | 1 Ом 0805 | 1 | ||||
| LCD-дисплей | ssd1306 0.91 | 1 | |||||