Procesor pro řízení nabíjení CCS 9310CB Objednací číslo: 17 53 58 SOIC 18 18-ti vývodové, malý obrys, široké (WN)
Použití pro počítačem řízený systém: Alarmy, počítače, elektromobily, elektronika, radiové přístroje, domácnost, hobby-oblast, měřící přístroje, modelové stavebnice, nouzové zdroje proudu, solární zařízení, telefony, videa, nářadí apod. Mikropočítač s CCS (počítačem řízený systém) pro NiCd/NiH akumulátory: Přednosti: ✪ mikropočítačové rychlé nabíjení na přesně 100 % za cca. 1 hodinu ✪ nepřebíjí, není nutné vybití, nevyskytuje se paměťový efekt ✪ automaticky udržované nabíjení v procesorem řízených intervalech ✪ nezávislost na okolní teplotě a stavu nabití ✪ funguje i za přítomnosti ochranné diody v zapojení akumulátorů ✪ nejjednodušší obsluha, nezávislost na druhu akumulátorů: NiCd, NiH ✪ vestavěná ochrana
Blokové schéma zapojení:
Buffer Bzučák Buffer
Popis vývodů:
Charakteristika: Napájecí napětí:
3,0 V až 6,25 V
1
OUT 1, stav 1
13 OUT 2, stav 2
Vlastní spotřeba:
< 2 mA
2
WATCHDOG
14 VDD
Rozsah teplot:
0 - 70°C
3
TST (na GND)
15 CLKOUT
Pouzdro:
PDIP 18, SOIC 18
4
RST
16 OSC
5
GND
17 INTOUT, integrátor
Počet článků podle vnějšího provedení:
od 1 NiCd/NiH
6-12 Výstup TEST
Provedení: DIP 18 18-ti vývodové plastické
1
18 INTIN, integrátor
Hraniční hodnoty VDD Proudová spotřeba při VDD INPUT-Port Pin-č. 4, 18 INPUT-Port Pin-č. 4, 18 OUTPUT-Port Pin-č. 4,18 Celkový ztrátový výkon
min. 0V -0,6 V -
Napájení: při 25°C VDD Proudový odběr naprázdno (OUT1/2 nezapojené) Provozní hodnoty: při 25°C Input – log. 0 Input – log. 1 Input (odběr proudu – vysokoohmový vstup) Output - log. 0 Output – log. 1 RESET (délka impulzu) RC oscilátor (10k, 120pF)
max. 9,5 V 50 mA VDD+0,6 V +/-500µA 800 mW min. 3,0 V min. VSS 2V -1 µA VDD – 0,7V 100 ns -
jmenovité 5,0 V 2,1 mA jmenovité 0,5 µA 625 kHz
max. 6,25 V 3,6 mA max. 0,2 VSS VDD + 1 µA 0,6 V -
Jakmile je zapnuto napájení (čas t0), čeká procesor, dokud není střída na integrátoru OUT menší než 35 % (akumulátor vložen). Je-li zjištěno vložení akumulátoru (čas t1), začne procesor měřit vnitřní impedanci akumulátoru a v čase t2 zapne nabíjecí proud (pulsy). Když je zjištěná vnitřní impedance rovna 100 % nabití, vypne procesor nabíjecí proud (čas t3).
Popis funkce CCSC-procesor pro nabíjení s odpovídajícím vnějším zapojením nabíjí automaticky akumulátory NiCd/NiH na 100 % kapacity akumulátoru, která je k dispozici, přičemž je sledován průběh vnitřní impedance akumulátoru (patentováno v Austrálii, Belgii, NSR, Dánsku, Francii, Itálii, Japonsku, Lucembursku, Nizozemí, Rakousku, Švédsku, Švýcarsku, USA, Velké Británii). Dále umožňuje inteligentní udržování nabití (dobíjení) a rozpoznání vadných akumulátorů.
Dobíjení se provádí poprvé v čase t4, vypnutí je definováno opět pomocí vnitřních parametrů akumulátoru (čas t6). Časový okamžik dalšího dobíjení určuje procesor. Pomocí dobíjení je možné zaručit, že při zatížení akumulátoru (IStandby<0,2 C) je v každém okamžiku k dispozici kapacita akumulátoru ve výší nejméně 80% jmenovité kapacity.
Automatické zapínání a vypínání nabíjecího proudu je řízeno pomocí obvodu WATCHDOG (WDC). Střední hodnota nabíjecího proudu se má pohybovat okolo 1 CA (tolerance: 0,5 CA - 2 CA ) a musí být stabilizována pomocí obvodu s konstantním proudem. Napájení výkonových dílů se provádí pomocí půlvlného sinusového napětí s frekvencí 100 Hz (např. dvoucestné usměrnění). Tím také pulsuje nabíjecí proud. Zjištění vnitřní impedance akumulátoru je prováděno pomocí procesoru na vývodech s integrátory OUT a IN.
Pokud leží napětí po ukončení nabíjení nad nebo pod úrovní poškození (S1 resp. S2), bude procesor po dalších 2 měřících cyklech ukazovat stav „akumulátor poškozen“. Zůstane-li v tomto případě akumulátor zapojen, bude v čase t4 (dobíjení) spuštěn ještě jeden nabíjecí cyklus.
2
Popis vývodů PIN 5 PIN 14 PIN 4
GND VDD RST
PIN 16 PIN 15 PIN 17
OSC CLKOUT INTOUT
PIN 18 PIN 2 PIN 1
INTIN WATCHDOG OUT 1
PIN 13
OUT 2
zem kladné napájecí napětí GND…RST/VDD (pull-up)…start programu Kladné čelo podle VDD…18 msec RESET-TIME vstup R/C oscilátoru výstup oscilátoru (1/4 fosc) výstup integrátoru: pravoúhlý impuls, perioda T cca. 52 ms střída (H/T) < 23% .…akumulátor připojen střída (H/T) cca. 14 % až 23 %….měření, akumulátor nabit střída (H/T) < 14 %….spodní úroveň poškození střída (H/T) < 23 %….horní úroveň poškození resp. akumulátor není připojen vstup integrátoru (výstup komparátoru) řídící impulsy pro nabíjecí proud (vypnuto=0V, zapnuto=cca. 16 kHz indikátor stavů 1 (pravoúhlé 0V-5V) napájení „ON“: cca. 1 s, 550 Hz akumulátor vložen: cca. 2x0,5 s, 550 Hz nabíjecí cyklus: impulsy cca. 0,3ms/s akumulátor nabit: cca. 1 s, 550 Hz přerušení nabíjení: cca. 3×0,5 s, 550 Hz poškozený akumulátor: cca. 5×0,5 s, 550 Hz akumulátor odepnut: opakování posledního signálu indikátor stavů 2 možnost nastavení LED akumulátor vložen: výstup nastaven na HIGH nabíjecí cyklus: výstup zůstane na HIGH akumulátor nabit: výstup se nastaví na LOW poškozený akumulátor: výstup vydává pulsy 0,5 s/s až do dalšího pokusu nabíjení
Časování procesů t0 – t1 t –t 2 1 t2 – t3
čekání 1. čas měření nabíjecí čas
t3 – t4 t4 – t6
pauza nabíjecí čas
dokud nebude akumulátor vložen (zapnutí při vložení akumulátoru) cca. 20 s. v závislosti na stavu nabití a nabíjecím proudu od 1 min. až do 60 min. (120 min. při 0,5 CA) do 100% nabití akumulátoru až k dalšímu dobíjení (cca. 1 hodina – řízeno procesorem) dobíjení (jako t1 – t3)
3
Časový diagram nabíjení akumulátorů Horní úroveň poškození cca. 167% jmenovitého napětí
Nabíjení
Napětí akumulátoru
Automatické dobíjení
Bez nabíjení
Dolní úroveň poškození cca. 104% jmenovitého napětí
Vypnutí v maximu
OUT 1 Stav 1 (Ton)
OUT 2 Stav 2 (LED)
t7= event. akumulátor odpojen
Nabíjecí čas
t0 = Napájení připojeno 1 s. 550 Hz
t3 = Akumulátor nabit 1 s. 550 Hz
t1 = Připojen akumulátor 2×0,5 s. 550 Hz Impulz asi. 0,3 msec./sec.
t4 = Automatické dobíjení Impulz
t6 = Akumulátor nabit 1 s. 550 Hz
t7= Opakování posledních stavů 1-signál
t1 = vysoký
t3 = nízký
t4 = vysoký
WATCHDOG (Impulz)
t6 = nízký
t6 = vypnuto t2 = Měření ukončeno, nabíjecí proud zapnut
t3 = Nabíjecí proud vypnut
t5 = zapnuto
Časové značky nejsou v měřítku V čase t0 je zapnuto napájení, v čase t1 je v tomto případě akumulátor připojen a může být trvale spojen s obvodem při automatickém dobíjení. Čas mezi t1 a t2, stejně jako mezi t4 a t5, slouží jen k prvnímu změření vnitřní impedance akumulátoru a činí cca. 20 s.
4
Použití: Zapojení musí být napájeno dvoucestným usměrňovačem bez vyhlazovacího kondenzátoru! Napájecí napětí Vin má být 100 Hz pulsující usměrněné napětí. Napájecí proud by měl odpovídat cca. 1 CA (tolerance 0,5 – 2 CA): ILADE=URef / R8, přičemž URef=0,38 V. Jmenovité akumulátoru
napětí 1,2 V 2,4 V 3,6 V 4,8 V 6,0 V 7,2 V 8,4 V 9,6 V 10,8 VC 12,0 V=
Počet článků
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Odpor R9
1k
34k
67k
100k
133k
166k
199k
232k
265k
298k
Vin typ
9V
9V
9V
10V
12V
14V
16V
18V
20V
22Vef
Zapojení: Akumulátor
při 12-ti článcích
Zůstává nezakryté
Zenerova dioda 6V/1W
Tabulka Zem Síť Napájení
6) Odepnutí akumulátoru: signální tón bude opakován (plný nebo poškozený).
Návod k použití: 1) Zapnuto napájení: 1 dlouhý signální tón (připraveno k použití).
7) V průběhu nabíjení: piezo článek tiká s periodou 1 s a červená dioda svítí.
2) Vložení akumulátoru: respektujte polaritu! 2 krátké tóny a svítí červená LED-dioda. 3) Akumulátor plně nabit: 1 dlouhý signální tón a červená LED-dioda zhasne. 4) Poškozený akumulátor: 5 krátkých tónů a bliká červená LED. 5) Přerušení napájení: 3 × 2 krátké tóny.
5
nezávislé, impedance akumulátoru. Ta má při plně nabitém akumulátoru charakteristickou extrémní hodnotu, která znamená 100% nabití a tak se zabrání přebíjení, které vede k poškození akumulátoru (např. zaplynění nebo zvýšení teploty). Proti tomu jsou běžné rychlonabíjecí způsoby bezmocné, jako např. Delta-Peak-Lader, který reaguje na spád svorkového napětí při začínajícím přebití. Ale to už je pozdě, pokud pečujete pečlivě o akumulátor. Proto jsou uvedené hodnoty 300, 500 nebo dokonce 1000 nabíjecích cyklů v praxi sotva dosažitelné. Se zde uvedeným způsobem nabíjení se prokázalo ve dlouhodobé zkoušce 5000 cyklů a to za tvrdých podmínek!
Komentáře z časopisu ELECTRONIC ACTUELL Magazin (8/93)
Kontrolér nabíjení akumulátorů V této rubrice Vám představíme nově vyvinutý integrovaný obvod, s kterým zlepšíte výkonnost obvyklých zapojení nebo jsou možná úplně nová zapojení. Tyto strany nejsou chápány jako stavební návod, nýbrž jako prvotní seznámení, které Vás uvede do problematiky a poslouží Vám pro vlastní pokusy.
BTI-CCS Zase už nějaký IO pro nabíjení akumulátorů? Ano, ale jaký! Stačí se podívat do tabulky dole, která odpoví na Vaší otázku, zda je tento spínací obvod zajímavý nebo ne. Bez přehánění se může udělat i další krok: s tímto IO mohou být psány nové dějiny, alespoň u nabíjení akumulátorů….! Tomuto neobvyklému označení vděčí tento IO vývojářům z rakouského Büro für Technologie und Innovation (Ústav pro technologie a inovace), kteří se zabývají optimalizací nabíjecích zařízení pro akumulátory. Tento nabíjecí procesor je postaven na principu malého mikropočítače na čipu (mikrokontrolér). To, co má procesor uložené ve své programové paměti, je vlastní výsledek vývoje, který je chráněn světovým patentem. Stručně řečeno, tento obvod umožňuje během hodiny nabít libovolný typ akumulátoru bez škodlivého přebití a bez předchozího vybití! To je něco nového, neboť dosud převládal názor, že nabíjení musí začínat ve výchozím stavu, aby se zabránilo přebití. Tento výchozí stav se nastavoval předchozím vybitím, což ale pokaždé znamenalo časovou ztrátu navíc, nehledě na riziko možného hlubokého vybití.
n.u.: Nezapojen Obrázek 1: U BTI kontroléru nabití se jedná o 1-čipový mikropočítač, který je dodávaný v různých pouzdrech.
Charakteristika BTI-µCnabíjecího procesoru • Plné nabití akumulátorů maximálně za 1 hodinu! • Nabití přesně na 100% - přebití je vyloučené. • Nemusí se provádět žádné předcházející vybití! • Nevzniká paměťový efekt. • Inteligentní, automatické dobíjení.
Tyto problémy tento IO odstranil, protože v protikladu ke všem známým způsobům nezjišťuje stav nabití akumulátorů např. velikostí svorkového napětí, nýbrž zjištěním časového průběhu napětí akumulátoru a nabíjecího proudu a z toho zjištění charakteristické, na typu
6
• Životnost akumulátoru dosahuje 5000 nabití a vybití. • Šetrné zacházení se týká i akumulátorových sad. • Sériové zapojení 1..30 článků a více je možné! • Vhodné pro všechny druhy a typy akumulátorů (NiCd, NiMH, Pb).
Při konstantní frekvenci tohoto pravoúhlého signálu má kontrolér možnost změnit střídu. Na vývodu INTIN (vývod 18) sleduje kontrolér působení změn střídy: podle stavu akumulátoru dodává IC2.1 na výstup (výstup1) úzký, široký nebo dokonce žádný signál úrovně LOW. Z tohoto střídavého cyklu na vývodech kontroléru (17 a 18) je možné velmi pěkně analyzovat nabíjecí napětí akumulátoru (tabulka vpravo – vývod 17 - INTOUT). Přitom má absolutní hodnota napětí podřadný smysl, mnohem důležitější je časová změna, ze které lze usoudit stav nabití.
Usměrňovač
Aby elektroniky vůbec poznala, zda je akumulátor připojen nebo ne, dodává zdroj konstantního proudu s FET tranzistorem T5 malý proud na výstupní větev obvodu (cca. 100µA). Pokud akumulátor chybí, vzniká na děliči R22…R33 tímto proudem tak vysoký úbytek napětí, že vyhodnocovací logika zjistí chybu. Činnost IC1 může být ostatně sledována na piezo bzučáku a 7LED diodě 2 (tabulka vlevo a uprostřed).
na
Síť
Relé
Protože zapojení má být univerzální, musí pokrýt širokou paletu napětí (1…12 článků v sérii). Na tento rozsah musí být také dimenzován transformátor, jehož výkon při malém akumulátorovém napětí (tzn. malém počtu článků) je velký. Ztráty jsou závislé na tranzistoru T1, neboť ten je značně tepelně závislý.
Obrázek 4: Dioda D1 představuje jednoduchou, ale účinnou ochranu proti přepólování; při špatné polaritě zapůsobí pojistka Si2. Na IC4 mohou být nastaveny 4 různé nabíjecí proudy. Toto odstupňování zahrnuje také velmi malé akumulátory (např. knoflíkové články < 0,1 Ah), protože nabíjecí proud je potom dříve odseknut. Nabíjeny mohou být i větší akumulátory než 2 Ah, nabíjení trvá ovšem déle než 1 hodinu.
Takto porovnává komparátor IC5 napětí akumulátoru s pevnou úrovní. Na odporu R45 je přiloženo 50% napětí akumulátoru, zatímco odpor R7 dodává přibližně 90% napětí +5V. Výsledek: Při napětí akumulátoru < 9 V je transformátor přepnut na střední vývod, čímž se redukuje ztrátový výkon.
Aby použitý transformátor nebyl poškozen, je dovolen maximální nabíjecí proud 2A. Při možném počtu článků 1…12 vychází transformátor 60 VA, který je dostatečně silný. Zatímco měření nabíjecího proudu probíhá relativně jednoduše (měření napětí na R41), je zjištění napětí daleko obtížnější: přepínatelný napěťový dělič R22…R33 snižuje napětí akumulátoru tak, že část napětí na R35 je přibližně stejná. Přes převodník impedance IC2.2 se dostává tato hodnota na komparátor IC2.1. Na vstupu – tohoto porovnávacího stupně leží přibližně usměrněný pravoúhlý signál s periodou 52 ms, který vychází z vývodu 17 kontroléru.
7
OUT 1 (vývod 1): piezo (550 Hz)
OUT (vývod 13): LED 2 (červená) INTOUT (vývod 17): τ=52 ms
Připojeno napětí: 1 pípnutí (1 s)
Akumulátor připojen: dioda se rozsvítí
Akumulátor připojen: 2 pípnutí (0,5 s)
Akumulátor nabíjen: dioda Akumulátor nabíjen: pípaní po 1 s zůstane svítit Akumulátor plně nabit: 2 pípnutí Akumulátor plně nabit: dioda zhasne (1 s) Přerušení: 3 pípnutí (0,5 s) Poškozený akumulátor: 5 pípnutí (0,5 s)
Akumulátor poškozen: dioda bliká v sekundovém taktu
Hi/Lo < 14%: spodní úroveň poškození Hi/Lo < 23%: akumulátor je připojen Hi/Lo = 14…23%: měření stavu nabití Hi/Lo < 23%: horní úroveň poškození resp. akumulátor není vložen
Akumulátor vyjmut: opakování posledního signálu Nabíjení
+ Akumulátor *) připájejte do mezery
S1
S2
Proud
Články
zapnuto
Zdířka
Obrázek 5: Podle typu se montuje piezo bzučák na vrchní stranu (jako kotouč) nebo se přilepí na zadní stranu např. základní desky.
(maximálně 120 min. při 0,5 × C). Akumulátor je nabit na 100% jeho kapacity, aniž by se vyskytlo i jen částečné přebití.
Program nabíjení
Časový okamžik t3:
Co můžeme zvenku akusticky a opticky pozorovat o postupu nabíjení, odehrává se uvnitř procesoru podle následujícího časování:
Pauza cca. 1 hodina k dalšímu dobíjení. Časový okamžik t4: Dobíjení (opakování t1…t3).
Časový okamžik t0:
Časový okamžik t2:
Během fáze měření (od t1) se provádí dříve popsaný střídavý cyklus změny střídy na vývodech 17 a 18 kontroléru. Přitom se nezjišťuje jen stav nabití, ale také se rozpoznává chyba připojeného akumulátoru (např. je vyschlý). Při vložení se špatnou polaritou se přepálí pojistka Si2. Dokud není nahrazena, nic nefunguje, což je znamení, že uživatel udělal chybu.
Nabíjení akumulátoru; podle stavu akumulátoru trvá 1…60 min, pokud je nabíjen 1 × C
Udávané časy jsou jen ukázkou, jak je mikrokontrolér závislý na taktování oscilátoru
Čeká, dokud není detekovaný akumulátor Časový okamžik t1: Měřící doba (cca. 20 s); je zjišťován stav nabití (včetně rozpoznání chyby, např. poškození akumulátoru).
8
(R9/C6). Frekvence oscilátoru vydělená 4 (jmenovitá je 625 kHz) se přivádí na taktovací výstup IC1 (vývod 15 s τ=6,4 µs). Také zde se nedodržují přesné hodnoty, neboť rozhodující kritérium není čas nabíjení, ale stav nabití: ten se zjišťuje neustále během nabíjení z impedance akumulátoru.
T1 namontován uvnitř, chladič Hliníková je přišroubován zvenčí zadní strana
Síť 230 V/ 50 Hz
K síťovému vypínači od na T1
Nakonec ještě uvedeme, že řídící impulsy pro nabíjecí proud na výstupu Watchdog mají frekvenci cca. 16 kHz.
Deska pro obsluhu a zobrazení (postavena svisle) Lišta kolíků a zdířek
Obrázek 6: síťový transformátor přidá 1 kg váhy; přišroubujte ho proto pevně k desce! Horní úroveň poškození Akumulátor
(Nabíjecí napětí)
Dolní úroveň poškození
(Akumulátor může zůstat zapojen)
Vypnutí v maximu Nabití za max. 1 hodinu Pípnutí-1s 2 × 0,5 s pípnutí 0,3 s pípá (Takt 1 Hz)
Dobíjení 5× při poškození
Bliká při poškození
Trvale (svítí)
Impuls t2 : Nabíjecí proud zapnut t1 : Akumulátor připojen na svorky, fáze měření t0 : Napájecí napětí zapnuto
t3 : Nabíjecí proud vypnut
Obrázek 9: Tento diagram ještě jednou ukazuje průběh nabíjení resp. dobíjení. Respektujte prosím, že je to schématické znázornění, v kterém není časová osa ani napěťové hodnoty v měřítku.
9
Již předem má být nastavena pojistka S1 na vhodný nabíjecí proud. Ten se zjistí z kapacity akumulátoru: 1-Ah akumulátoru má být nabíjená proudem 1 A (=1 × C); odchylky od 0,5…2,0 × C jsou povolené, tzn. s minimálním nabíjecím proudem 100 mA mohou být nabíjeny také typy 50 mAh (nabití 2 × C) a 4 Ah akumulátory budou při nabíjení maximálním proudem 2 A také vhodně nabíjeny (nabíjení s 0,5 × C).
Přesný postup Pro správnou manipulaci a především porozumění přesnému pracovnímu postupu popisuje obrázek 9 ještě jednou graficky funkční průběh. Je to schématický přehled, ve kterém nejsou časové ani napěťové hodnoty v měřítku.
Časový okamžik t0: Napájecí napětí je zapnuto a kontrolér (IC1) obdrží na vývod 4 (Pin 4) automatický mazací impuls; ten ho nastaví na definovaný výchozí stav, ze kterého bude vycházet vnitřní uložený program. Jako akustické znamení připravenosti zazní z piezo bzučáku signál dlouhý cca. 1 s. Zelená světelná dioda LED 1 svítí jako signalizace toho, že napájecí napětí je připojeno. Procesorem řízená červená LED dioda zůstává nerozsvícená, dokud není připojen akumulátor (optická signalizace stavu).
Časový okamžik t3: Ukončení nabíjení; podle stavu akumulátoru trvá nabíjení 1 × C mezi 1..60 min.Přitom je stále zjišťována dynamická impedance akumulátoru. Na vrcholu nabíjecí křivky, tj. v maximu nabíjecího napětí, následuje vypnutí nabíjecího proudu. Leží-li koncové napětí v rozmezí mezi 104%…167% jmenovitého napětí, zazní znamení (pípnutí) a červená LED dioda zhasne. Při poruše (tzn. napětí akumulátoru leží mimo udávaná rozmezí) zazní 5 krátkých pípnutí a červená dioda bliká v sekundovém taktu. Toto rozmezí se odvodí ze jmenovitého napětí, vynásobením 1,04 a 1,67; u akumulátoru 9 V to odpovídá 9,36 a 15 V.
Časový okamžik t1: Jakmile T5 rozpozná konstantní proudový zdroj z akumulátoru, začne fáze měření. Ta se rozpozná tak, že zazní dvě krátká pípnutí a rozsvítí se červená LED dioda. Nabíjecí proud v této fázi neteče. Pro měření napětí používá kontrolér dva digitální řídící vývody: na INTOUT (vývod 17) se vytváří pravoúhlý signál s periodou cca. 52 ms a střídou 14%…23%. Děličem R22..R35 jsou přijímány a „řezány“ tyto pravoúhlé signály. Podle posuvu těchto impulsů dodává komparátor (IC2.1) rozdílné střídy, pomocí kterých může být vstup INTIN (vstup 18) připojen na aktuální napětí akumulátoru. Aby toto měření proběhlo bez problémů, musí být přepínač S2 nastaven na správný počet článků. Jestliže tento počet není známý (u akumulátorových sad), může být toto číslo vypočteno: napětí akumulátoru naprázdno (V) vyděleno 1,2 dává počet článků (zaokrouhlit, např. 7,6=8!).
Obrázek 10: Zdroj akustického signálu má důležitou kontrolní a dozorčí funkci (pohled na zadní stranu)
Časový okamžik t2:
Přerušení
Vlastní nabíjení začíná cca.po 20-ti sekundách po vložení akumulátoru do svorek. Červená LED dioda zůstane trvale rozsvícena a piezo bzučák dodává v sekundovém taktu krátká pípnutí.
Pokud je akumulátor občas vyjmut ze svorek (je to povoleno), zazní 3 krátké tóny a červená LED dioda zhasne. Při opětovném zapojení do svorek následuje znovu měřící fáze (jako u t1) a normální nabíjení (jako u t2).
10
akumulátorů jako výborný objekt pozorování, ale v několika bodech zde již předběhneme. Podporu získáme zkoumáním pomocí osciloskopu.
Oznámení stavu: V normálním případě, tj. po úspěšném ukončení nabíjení, nejsou aktivní akustické a optické hlásiče stavu (piezo bzučák je ticho a červená LED dioda nesvítí). Jestliže se nepostřehne hlášení o správném ukončení měření, tak chybí signalizace o úspěšném ukončení nabíjení.
Předesíláme zde, že výkonové díly akumulátorového nabíječe nejsou jako obvykle napájeny stejnosměrným napětím, nýbrž „holou“ sinusovou půlvlnou, která je odebírána přímo za můstkovým usměrňovačem Br1. Slabě dimenzovaný vyhlazovací kondenzátor C1 (100nF) ořezává pouze napěťové špičky.
Toto hlášení se však dá zjistit tak, že se po ukončení nabíjení vyjme akumulátor ze svorek: piezo bzučák totiž zopakuje poslední vytvořený signál (např. 1 s dlouhé pípnutí znamená úspěšné ukončení nabíjení).
Z tvaru napájecího napětí vyplývá, že také nabíjecí proud pulsuje půlvlně s frekvencí 100 Hz a proto neteče konstantní proud, nýbrž je přiváděn pulzující (s mezerou v rozsahu průchodů nulou a špičkami v oblasti vrcholů).
Časový okamžik t4 (=t1): Jestliže nebyl akumulátor vyjmut ze svorek, začne asi po hodině od ukončení nabíjení dobíjení a to nezávisle na tom, s jakým výsledkem bylo předchozí nabíjení ukončeno.
Vedle toho pozorujeme na tomto pulsujícím průběhu proudu skutečnost, že také u částečně vybitých akumulátorů nedochází k obávanému paměťovému efektu (který má za následek částečnou ztrátu kapacity).
Toto měření je, jako obvykle, nejdříve zahájeno fází měření (odpovídá časovému okamžiku t1).
Časový okamžik t5 (=t2) a t6 (=t3): Pokud se nevyskytují žádná poškození akumulátoru, začíná znovu nabíjecí proces. V normálním případě to bude dobíjení, které je už po několika minutách ukončeno (nejdříve po 1 min.), protože to odpovídá měření impedance plného akumulátoru (časový úsek od t2). Pokud byl předchozí nabíjecí cyklus chybný, zkouší kontrolér znovu „jak nejlépe umí“ akumulátor nabít. To může podle nastavení trvat 1 hodinu i déle.
Obrázek 11: Nahoře je řízení tranzistoru T3, dole průběh napětí na akumulátoru během nabíjení.
Bezpečnostní zapojení: Při zapnutém nabíjecím proudu se stará o zajištění Watchdog-impuls na vývodu 2 (Pin 2): pokud by kontrolér jednou vypadl, chyběli by 16 kHz impulsy a tranzistor T1 okamžitě odpojí nabíjecí proud.
Sledování proudu Abychom nyní přistoupili k problému, budeme sledovat nastavení tranzistoru T1 a nabíjecího napětí akumulátoru. Oscilogram na obrázku 11 ukazuje výstup OpAmp 4, jehož signál je ještě invertován tranzistorem T3 (viz. obrázek 14). Při vrcholu v horním průběhu proudu sepne tranzistor T3 a dodává proud do báze výkonovému tranzistoru T1. Během této fáze (a jen tehdy!) může protékat pulzující nabíjecí proud. To vede
Docela zakřivený průběh V našem psaní o základech měřící techniky bylo na okraji uvedeno, že při proměřování zapojení bylo podporováno také správné porozumění zapojení. V této souvislosti přichází nabíječ
11
na jedné straně k určitému zvlnění, které je namodulované na napětí akumulátoru (dolní průběh na obrázku 11); na druhé straně vzniká na proudové sondě (odpor 41), která leží v uzemněné větvi, pravoúhlé napětí (jako na horním průběhu), které je předpokladem pro otevření OpAmp 4. To, že vrcholy na akumulátoru (nahoře) nejsou plně synchronizovány s řídícím signálem, má jednoduchou příčinu: signál z bodu P, který otevírá OpAmp 4, má oproti napájecímu napětí fázový posuv (díky R34/C9). Díky tomu se otevře tranzistor T1 při průchodu napětí nulou a nabíjecí proud tak sinusově stoupá. Se stejným fázovým posunem, jaký má napětí akumulátoru, lze pozorovat zvlnění.
Konec nabíjení nulový
Kurzor C1
Kurzor C2
Obrázek 13: Bez mřížky je průběh napětí na akumulátoru ještě lépe zřetelný; při nabíjení pulzuje napětí v rozsahu 3…4 V.
To, že je toto zvlnění tak velké (5 V), závisí na zvoleném nastavení: pro lepší znázornění nabíjíme akumulátor 9 V/100 mAh proudem 500 mA ( 5 × C je poměrně dost); při normálním nabíjecím proudu je zvlnění znatelně menší.
Obě zobrazení ukazují stejný jev, nabíjení 12 V akumulátoru NiCd. Linka osciloskopu ukazuje průběh napětí s přepínáním mřížky, na obr. 13 vidíme průběh bez mřížky.
Vliv dlouhodobého chování ukazují obrázky 12 a 13. Jsou zachyceny s rozlišením 100 s/T, takže 10 horizontálních dílků zobrazuje časový úsek nad 15 minut. Pozorování takovýchto času je možné díky DigiScope, což je paměťový díl pro normální osciloskopy (pracuje v XY režimu).
Obrázek 12 mimo rámec zobrazuje hodnoty napětí, ze kterých nás zajímá jen rozsah 0…20 V. Dvě kolmé označovací linky, kurzor 1 a kurzor 2, jsou posouvatelné vlevo a vpravo, čímž je možné analyzovat určité body resp. úseky na průběhu napětí. Na obrázku 12 odděluje kurzor 2 napěťovou křivku v bodě, který se nachází přibližně 5 minut (cca. 300 s) po ukončení nabíjení; tam má napětí hodnotu 12,65 V (lehce skloněné) (zobrazeno: C2 – Voltage + 12,65 V). Na obrázku 13 označují oba kurzory časový úsek, ve kterém probíhalo nabíjení: Time C2 - C1 564.0 s.
Kurzor C1
Během fáze nabíjení se pohybuje napětí akumulátoru v „pásmu“ širokém 3…4 V. Na konci nabíjení dosáhne napěťový vrchol hodnoty 20 V. Po odpojení nabíjecího proudu klesne okamžitě napětí skokově zpět na 13 V a pomalu se blíží k jmenovité hodnotě 12 V (= 10 dílků). Oscilogram se dá pomocí DigiScope „zmrazit“ a pomocí různých dodatečných nastavení správně analyzovat.
Kurzor C2
Obrázek 12: tento dlouhodobý oscilogram je zobrazen s horizontálním rozlišením 100 s/T; vertikální dělení činí 5 V na dílek.
Detaily zapojení Protože při přepólování akumulátoru mohou vzniknout různé škody, byla pro tento případ připravena speciální ochrana.
12
Schottkyho dioda D5 ležící v nabíjecí větvi s tím nemá nic společného; její funkcí je ochránit vnitřní elektroniku po ukončení nabíjení před zpětným vybíjením (při správně vloženém akumulátoru). V případě přepólování teče proud tak, jak ukazuje zvýrazněná cesta na obrázku 14. V této větvi leží pojistka Si2, která zareaguje během zlomku sekundy. Musí mít velikost > 2 A, protože přes ní teče také normální nabíjecí proud (jen jinou cestou) a může být velký maximálně 2 A. Nakonec si ukážeme rozpoznávání akumulátorů, což je schématicky znázorněno na obrázku 15. Funguje to podle následujícího principu: FET tranzistor T5 vytváří konstantní proud velikosti přibližně 100µA (každý kus jiný). Tohoto proudu se musí tranzistor zbavit a při připojeném akumulátoru mizí právě tam; proud 0,1 mA
nepřipadá naopak při normálním nabíjení v úvahu, takže na stav akumulátoru nemá smysl. Pokud ovšem akumulátor chybí, tak může proud 100µA tranzistoru T5 odtékat jen přes dělič R22…35 resp. R8/R45. Jejich vysoký odpor zajistí ale tak vysoký úbytek napětí, že se bod X dostane na 30 V. Převodník impedance IC2.2 dostává na vstup + napětí > 2 V, což je dvakrát větší než normálně (typická hodnota je 1,1 V); do následujícího komparátoru IC2.1 na INTIN dodává trvale úroveň HIGH, díky které pozná kontrolér chybu akumulátoru.
od transformátoru
Nakonec ještě jednou poukážeme na to, že je možné nabíjet také větší akumulátory (> 4 Ah); nabíjení však trvá odpovídajícím způsobem déle.
Přepínání napětí transformátoru
k relé LD1 zelená zapnuto LD2 červená nabíjení
Přes zem k pojistce 2
Špatně pólovaný akumulátor
Konstantní proud
bez akumulátoru
Obrázek 14: Při špatné polaritě akumulátoru zareaguje pojistka Si2 a tím chrání zapojení.
Obrázek 15: Pokud není akumulátor připojen, zajistí konstantní proud vytvořený tranzistorem T5 zvýšení napětí v bodě X na 30 V.
13
Objednací čísla a ceny
Upozornění:
Konstrukční díly a pouzdra Mikropočítačem řízený nabíječ akumulátorů (1…12 článků, 4 nabíjecí velikost):
Díky odlišnosti jednotlivých exemplářů daného typu součástky se může přihodit, že zapojení nepracuje s 1 článkem. Tomu zamezíte tím, že zapojení upravíte:
Objednací číslo: 19 76 90-9H
cena: 4554,-
Změněné stavební díly:
cena: 800,40
R2 = 8,2k (šedá, červená, červená), R22/R44 = 1k (hnědá, černá, červená), C4 = 100µF
Vhodný kryt: Objednací číslo: 10 50 15-9H
Přední hliníková deska (vyvrtaná a potištěná): Objednací číslo: 19 78 66-9H
Navíc musí propojení.
cena: 264,50
vytvořeny
Mikropočítačem řízený nabíječ akumulátorů (s krytem):
drátové
Deska transformántoru: lišta kolíků – vývod 3 (pin 3) na střední vývod transformátoru (sekundární strana – cesta na desce plošných spojů k relé)
cena: 6854,-
Jednotlivé díly CCS 9310CB (kontrolér nabíjení akumulátoru; 18 vývodů DIL): Objednací číslo: 17 53 58-9H
dvě
Čelní deska: lišta zdířek – vývod 3 (pin 3) na anodu D2
Hotový výrobek
Objednací číslo: 19 77 69-9H
být
cena: 793,50
k anodě Drátová propojka
Vytvoření drátové propojky
Deska transformátoru
Přední deska
Změny vyhrazeny!
14
