Procesor pro řízení nabíjení
CCS 9310CB
Objednací číslo: 17 53 58
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
SOIC 18
18-ti vývodové, malý obrys, široké (WN)
Blokové schéma zapojení:
✪ 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
Charakteristika:
Napájecí napětí: 3,0 V až 6,25 V
Vlastní spotřeba: < 2 mA
Rozsah teplot: 0 - 70°C
Pouzdro: PDIP 18, SOIC 18
Počet článků podle
vnějšího provedení: od 1 NiCd/NiH
Buffer
Bzučák
Buffer
Popis vývodů:
1 OUT 1, stav 1
2 WATCHDOG
3 TST (na GND)
4 RST
5 GND
6-12 Výstup TEST
13 OUT 2, stav 2
DD
14 V
15 CLKOUT
16 OSC
17 INTOUT, integrátor
18 INTIN, integrátor
Provedení:
DIP 18
18-ti vývodové plastické
1
Hraniční hodnoty min. max.
V
DD
Proudová spotřeba při V
DD
INPUT-Port Pin-č. 4, 18
INPUT-Port Pin-č. 4, 18
OUTPUT-Port Pin-č. 4,18
Celkový ztrátový výkon
0 V
-
-0,6 V
-
-
-
9,5 V
50 mA
+0,6 V
V
DD
+/-500µA
800 mW
Napájení: při 25°C min. jmenovité max.
V
DD
Proudový odběr naprázdno (OUT1/2 nezapojené)
3,0 V
-
5,0 V
2,1 mA
6,25 V
3,6 mA
Provozní hodnoty: při 25°C min. jmenovité max.
Input – log. 0
Input – log. 1
Input (odběr proudu – vysokoohmový vstup)
Output - log. 0
Output – log. 1
RESET (délka impulzu)
RC oscilátor (10k, 120pF)
V
SS
2 V
-1 µA
– 0,7V
V
DD
100 ns
-
-
0,5 µA
-
-
625 kHz
0,2 V
V
DD
+ 1 µA
0,6 V
-
-
-
SS
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.
Automatické zapínání a vypínání nabíjecího
proudu je řízeno pomocí obvodu WATCHDOG
(WDC). Střední hodnota nabíjecího proudu se má
pohybovat okolo 1 C
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.
(tolerance: 0,5 CA - 2 CA )
A
Jakmile je zapnuto napájení (čas t
), čeká
0
procesor, dokud není střída na integrátoru OUT
menší než 35 % (akumulátor vložen). Je-li
zjištěno vložení akumulátoru (čas t
), začne
1
procesor měřit vnitřní impedanci akumulátoru
a v čase t
zapne nabíjecí proud (pulsy). Když je
2
zjištěná vnitřní impedance rovna 100 % nabití,
vypne procesor nabíjecí proud (čas t
Dobíjení se provádí poprvé v čase t
).
3
, vypnutí je
4
definováno opět pomocí vnitřních parametrů
akumulátoru (čas t
). Časový okamžik dalšího
6
dobíjení určuje procesor. Pomocí dobíjení je
možné zaručit, že při zatížení akumulátoru
(I
<0,2 C) je v každém okamžiku k dispozici
Standby
kapacita akumulátoru ve výší nejméně 80%
jmenovité kapacity.
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 t
4
(dobíjení) spuštěn ještě jeden nabíjecí cyklus.
2
Popis vývodů
PIN 5 GND zem
PIN 14 V
DD
kladné napájecí napětí
PIN 4 RST GND…RST/VDD (pull-up)…start programu
Kladné čelo podle V
…18 msec RESET-TIME
DD
PIN 16 OSC vstup R/C oscilátoru
PIN 15 CLKOUT výstup oscilátoru (1/4 f
osc
)
PIN 17 INTOUT 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
PIN 18 INTIN vstup integrátoru (výstup komparátoru)
PIN 2 WATCHDOG řídící impulsy pro nabíjecí proud (vypnuto=0V, zapnuto=cca. 16 kHz
PIN 1 OUT 1 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
PIN 13 OUT 2 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 čekání dokud nebude akumulátor vložen (zapnutí při vložení akumulátoru)
t
– t2 1. čas měření cca. 20 s.
1
t2 – t3 nabíjecí čas v závislosti na stavu nabití a nabíjecím proudu od 1 min. až do 60 min.
(120 min. při 0,5 C
) do 100% nabití akumulátoru
A
t3 – t4 pauza až k dalšímu dobíjení (cca. 1 hodina – řízeno procesorem)
t4 – t6 nabíjecí čas dobíjení (jako t1 – t3)
3
Časový diagram nabíjení akumulátorů
Horní úroveň poškození cca. 167% jmenovitého napětí
Automatické
dobíjení
Napětí
akumulátoru
OUT 1
Stav 1
(Ton)
Nabíjení
Dolní úroveň poškození
cca. 104% jmenovitého napětí
t0 = Napájení připojeno
1 s. 550 Hz
t1 = Připojen akumulátor
2×0,5 s. 550 Hz
Impulz asi. 0,3 msec./sec.
Bez nabíjení
Vypnutí
v maximu
t3 = Akumulátor nabit
1 s. 550 Hz
t4 = Automatické
dobíjení
Impulz
t7= event.
akumulátor
odpojen
Nabíjecí čas
t6 = Akumulátor nabit
1 s. 550 Hz
OUT 2
Stav 2
t1 = vysoký t3 = nízký t6 = nízký
(LED)
WATCHDOG
(Impulz)
t2 = Měření ukončeno, nabíjecí proud zapnut t3 = Nabíjecí proud vypnut
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 t
a t2, stejně jako mezi t4 a t5, slouží jen
1
k prvnímu změření vnitřní impedance akumulátoru
a činí cca. 20 s.
t7= Opakování
posledních stavů
1-signál
t4 = vysoký
t6 = vypnuto
t5 = zapnuto
Časové značky nejsou v měřítku
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 C
Jmenovité 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=
(tolerance 0,5 – 2 CA): I
A
LADE=URef
/ R8, přičemž U
=0,38 V.
Ref
akumulátoru
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:
při 12-ti článcích
Zenerova dioda
6V/1W
Akumulátor
Zůstává nezakryté
Tabulka
Zem
Síť
Napájení
Návod k použití:
1) Zapnuto napájení: 1 dlouhý signální tón
(připraveno k použití).
2) Vložení akumulátoru: respektujte polaritu!
2 krátké tóny a svítí červená LED-dioda.
6) Odepnutí akumulátoru: signální tón bude
opakován (plný nebo poškozený).
7) V průběhu nabíjení: piezo článek tiká
s periodou 1 s a červená dioda svítí.
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
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….!
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!
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.
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
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.
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).
Usměrňovač
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.
Síť
Relé
na
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.
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.
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).
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.
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.
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: 2 pípnutí
(0,5 s)
Akumulátor nabíjen: pípaní po 1 s
Akumulátor plně nabit: 2 pípnutí
(1 s)
Přerušení: 3 pípnutí (0,5 s)
Poškozený akumulátor: 5 pípnutí
(0,5 s)
Akumulátor vyjmut: opakování
posledního signálu
Nabíjení
Akumulátor připojen: dioda se
rozsvítí
Akumulátor nabíjen: dioda
zůstane svítit
Akumulátor plně nabit: dioda
zhasne
Akumulátor poškozen: dioda
bliká v sekundovém taktu
S1
Proud
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
S2
zapnuto
Články
+ Akumulátor *) připájejte do mezery
Obrázek 5: Podle typu se montuje piezo
bzučák na vrchní stranu (jako kotouč) nebo se
přilepí na zadní stranu např. základní desky.
Program nabíjení
Co můžeme zvenku akusticky a opticky pozorovat
o postupu nabíjení, odehrává se uvnitř procesoru
podle následujícího časování:
Časový okamžik t
Čeká, dokud není detekovaný akumulátor
Časový okamžik t
Měřící doba (cca. 20 s); je zjišťován stav nabití
(včetně rozpoznání chyby, např. poškození
akumulátoru).
Časový okamžik t
:
0
:
1
:
2
Zdířka
(maximálně 120 min. při 0,5 × C). Akumulátor je
nabit na 100% jeho kapacity, aniž by se vyskytlo i
jen částečné přebití.
Časový okamžik t
:
3
Pauza cca. 1 hodina k dalšímu dobíjení.
Časový okamžik t4:
Dobíjení (opakování t
Během fáze měření (od t
1…t3
).
) se provádí dříve
1
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
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.
Nakonec ještě uvedeme, že řídící impulsy pro
nabíjecí proud na výstupu Watchdog mají
frekvenci cca. 16 kHz.
Horní úroveň poškození
Akumulátor
T1 namontován uvnitř, chladič
je přišroubován zvenčí
na T1
Hliníková
zadní strana
Deska pro obsluhu
a zobrazení (postavena svisle)
Síť
230 V/ 50 Hz
K síťovému
vypínači od
Lišta kolíků
a zdířek
Obrázek 6: síťový transformátor přidá 1 kg
váhy; přišroubujte ho proto pevně k desce!
(Nabíjecí napětí)
Dolní úroveň poškození
Vypnutí v maximu
Nabití za max. 1 hodinu
Pípnutí-1s
2 × 0,5 s pípnutí
0,3 s pípá (Takt 1 Hz)
Trvale (svítí)
(Akumulátor může
zůstat zapojen)
Dobíjení
5× při
poškození
Bliká při
poškození
Impuls
t2 : Nabíjecí proud zapnut
t1 : Akumulátor připojen
na svorky, fáze měření
t0 : Napájecí napětí zapnuto
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.
t3 : Nabíjecí proud
vypnut
9
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 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.
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).
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.
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!).
Časový okamžik t2:
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.
10
Obrázek 10: Zdroj akustického signálu má
důležitou kontrolní a dozorčí funkci (pohled
na zadní stranu)
Přerušení
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 t
nabíjení (jako u t
).
2
) a normální
1
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.
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).
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.
Toto měření je, jako obvykle, nejdříve zahájeno
fází měření (odpovídá časovému okamžiku t
).
1
akumulátorů jako výborný objekt pozorování, ale
v několika bodech zde již předběhneme. Podporu
získáme zkoumáním pomocí osciloskopu.
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.
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).
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).
Časový okamžik t5 (=t2) a t6
):
(=t
3
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 t
Pokud byl předchozí nabíjecí cyklus chybný,
zkouší kontrolér znovu „jak nejlépe umí“
akumulátor nabít. To může podle nastavení trvat
1 hodinu i déle.
).
2
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.
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
Obrázek 11: Nahoře je řízení tranzistoru T3,
dole průběh napětí na akumulátoru během
nabíjení.
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
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.
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.
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).
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.
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.
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
Kurzor C2
Obrázek 12: tento dlouhodobý oscilogram je
zobrazen s horizontálním rozlišením 100 s/T;
vertikální dělení činí 5 V na dílek.
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.
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.
Nakonec ještě jednou poukážeme na to, že je
možné nabíjet také větší akumulátory (> 4 Ah);
nabíjení však trvá odpovídajícím způsobem déle.
od
transformátoru
LD1
zelená
zapnuto
LD2
červená
nabíjení
Obrázek 14: Při špatné polaritě akumulátoru zareaguje pojistka Si2 a tím chrání zapojení.
transformátoru
Přes zem
k pojistce 2
Konstantní
proud
Přepínání
napětí
k relé
Špatně
pólovaný
akumulátor
bez akumulátoru
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):
Objednací číslo: 19 76 90-9H cena: 4554,-
Vhodný kryt:
Objednací číslo: 10 50 15-9H cena: 800,40
Přední hliníková deska (vyvrtaná a potištěná):
Objednací číslo: 19 78 66-9H cena: 264,50
Hotový výrobek
Mikropočítačem řízený nabíječ akumulátorů
(s krytem):
Objednací číslo: 19 77 69-9H cena: 6854,-
Jednotlivé díly
CCS 9310CB (kontrolér nabíjení akumulátoru;
18 vývodů DIL):
Díky odlišnosti jednotlivých exemplářů daného typu
součástky se může přihodit, že zapojení nepracuje
s 1 článkem. Tomu zamezíte tím, že zapojení
upravíte:
Změněné stavební díly:
R2 = 8,2k (šedá, červená, červená), R22/R44 = 1k
(hnědá, černá, červená), C4 = 100µF
Navíc musí být vytvořeny dvě drátové
propojení.
Čelní deska: lišta zdířek – vývod 3 (pin 3) na anodu
D2
Deska transformántoru: lišta kolíků – vývod 3 (pin
3) na střední vývod transformátoru (sekundární
strana – cesta na desce plošných spojů k relé)
Objednací číslo: 17 53 58-9H cena: 793,50
Drátová propojka
Vytvoření drátové propojky
Deska transformátoru Přední deska
k anodě
Změny vyhrazeny
14
!
Loading...