Inteligentní bipolární nabíječ s AT89C2051

Uveřejnění úpravy inteligentního nabíječe olověných aku s AT89C2051 v čísle 03/2012 Praktické elektroniky vzbudilo zájem o stavbu, objevilo se několik návrhů na další úpravy tohoto nabíječe. Zaujal mně návrh postavit nabíječ, který by sám poznal kam je jaký pól baterie připojen tudíž by výstupní svorky nebyly označený + a -. Tato verze se uplatní tam, kde se těžko zjišťuje označení pólů akumulátoru (za tmy) nebo pro ty uživatele, kteří se tím nechtějí zabývat, např. ženy.

Popis zapojení

Srdcem nabíječe je mikropočítač AT89C2051, který obstarává všechny funkce nabíječe. Regulace proudu spočívá v pouštění na výstup určitý počet period napětí 100%=10 z 10ti 10% 1 z 10ti period napětí. Každá fáze se skládá ze dvou cyklu, vlastního nabíjení asi 1min. a měření baterie asi 2vt. kdy je proud do baterie vypnut. Po připojení na baterii zjistí nabíječ polaritu prostřednictvím IO4, optočlenu 4N35, který buď uzemní log 0 nebo ponechá na pinu P1.1 log 1 a na základě této informace přepne relé tak, aby výstupní svorky nabíječe byly v souladu s baterií. Po zpoždění asi 2vt začne samostatný cyklus nabíjení. Ten je rozdělen do čtyř fází, které závisí na napětí nabíjené baterie. Měření baterie obstarává čtyřnásobný komparátor LM339. První fáze 1/10 proudu je při hlubokém vybití baterie napětí, menší jak 10,8V, pevný dělič napětí R12/R25, svítí LD1. Druhá fáze 100% proudu nabíječe je v rozmezí napětí baterie 10,8 až 14,2V dělič R11/P1, svítí LD1, LD2 . Třetí fáze 1/7 proudu v rozmezí napětí 14,2-14,6V dělič R9/P2, svítí LD1, LD2 LD3. Čtvrtá fáze, nabíjení ukončeno napětí větší jak 14,6V dělič R10/P3, svítí LD1, LD2, LD3, LD4. Pokud proběhne po sobě 2x čtvrtá fáze rozsvítí se LD5, informace že baterie je 100% nabita. Není-li baterie po dosažení tohoto stavu odpojena může napětí po čase klesnou tak, že je opět zahájeno nabíjení, LD5 svítí trvale až do odpojení baterie a tak nás informuje, že už baterie dosáhla 100% stavu.. U starších baterií, kde je vnitřní odpor již větší může přejít nabíječ při nabíjení z fáze 2 hned do fáze 4, ale LED5 se rozsvítí pouze projdou-li po sobě dvě fáze 4, po fázi nabíjení 3. Aby bylo možno použít i transformátory s menším výkonem, tedy nabíjet menšími proudy (změna hodnoty odporu R1), byl využit volný pin P1.2 kdy změnou logické úrovně na tomto pinu můžeme volit velikost proudu při fázi 1 a 3. Je-li pin uzemněn, tedy LOG 0 nabíjí se proudy 1/10 a 1/7 a pokud je pin na LOG 1 tak se změní na 1/7 a 1/4 max. proudu nabíječe. Toto se uplatní ve chvíli, kdy použijeme např. trafo s polovičním výkonem a tedy 100% proud bude 4A (R1 asi 0,15Ω). Potom by doba závěrečná fáze byla při 1/7 max. proudu zbytečně prodloužena a tedy máme možnost zvolit hodnotu 1/4 max. proudu nabíječe.

Oživení

Nabíječ je osazen na jednostranné DPS kde je pár drátových propojek. Pro přívody napětí z transformátoru, pro rezistor 0,08W a pro výstupní kabely jsou v desce vyvrtány díry Æ 3mm a v nich nanýtovány duté nýty a vše propájeno cínem. Zkontrolujeme-li před zapájením součástky pak by neměly být problémy. Osadíme všechny součástky včetně patice procesoru ale nevkládáme ho, JP1 nepropojujeme, JP2 propojíme na základě naší volby. Nabíječ zapneme a voltmetrem kontrolujeme napětí na VR1-2,5V, na D3 asi 4,5V, napájecí napětí pro procesor 5V pin 20. Potom na výstup zapojíme nejlépe žárovku 12V/21W neb podobnou a odpor R4 střed JP1 spojíme s GND, zemí, žárovka svítí. Spojíme-li tento bod s napětím 5V, žárovka zhasne. JP1 necháme propojený na +5V. Je-li vše OK přistoupíme k nastavení jednotlivých úrovní napětí pro dané fáze nabíjení. Na výstup nabíječe připojíme regulovatelný zdroj napětí, nastavíme 0V a voltmetrem zkontrolujeme napětí na pinech patice procesoru P1.4-P1.7 na všech pinech musí být 5V. Potom necháme voltmetr na pinu P1.4 a na zdroji zvyšujeme napětí až se na P1.4 změní úroveň na 0V což by mělo být v rozmezí 8-9V. Voltmetr dáme na pin P1.5, zdroj nastavíme na 10,8V a trimrem P1 nastavíme právě změnu na 0V. To samé opakujeme pro napětí 14,2V, pin P1.6 trimr P2 a napětí 14,6V pin P1.7 trimr P3. Máme-li takto nastavené úrovně napětí pro jednotlivé fáze nabíjení vložíme procesor do patice. Připojeným zdrojem a změnou jeho napětí zkontrolujeme postupné rozsvícení LD1-LD5 pro jednotlivé fáze nabíjení. Změna rozsvícení se ale projeví po změně napětí až po proběhlé fázi nabíjení, tedy asi po minutě. Na konec zkontrolujeme při změněpolarity zdroje přepnutí relé. Tím je nabíječ nastaven a připraven k používání.

Závěr

Touto úpravou vznikl prakticky vnějšími vlivy „nezničitelný“ nabíječ. Děkuji všem, co mě svými náměty donutili se touto tématikou tak dlouho zabývat. Všem zájemcům o stavbu poskytnu potřebné soubory k naprogramování procesoru neb je možno si naprogramovaný procesor objednat na e-mailové adrese l.j.ok1jtzzavináčseznam nebo stáhnout na stránkách Radioamatéru.

Seznam součástek

• R1                               0,08W/10W (8A výst proudu, drátový)
• R2,3,13,14,17,
• R18,19,20,21,24        2k2            vel.0207
• R4                               68k            vel.0207
• R5                               5k6            vel.0207
• R6                               680W            vel.0207
• R7                               15k            vel.0207
• R8                               1k2            vel.0207
• R9,10,11,12                39k            vel.0207
• R22,23                                    4k7            vel.0207
• R25                             22k            vel.0207
• R26                             1k            vel.0207
• R27                             100W            vel.0207
• P1-P3                          trimr 22k(15k
• C1                               470mF/35V rad.
• C2,4,8,10,11               M1/63V ker.
• C3                               100mF/10V rad.
• C5                               2,2mF/10V tantal
• C6,7                            33pF/63V ker.
• C9                               100mF/10V SMD
• D1                               MBR3060
• D2,6                            1N4003
• D3                               5,1V/0,5w zener.
• D4                               12V/0,5W zener.
• D5                               MBR1060
• D7                               1N4148
• LD1,2,3,4,5,6              LED Æ3mm
• T1                               IRF4905
• T2,3,5                         BC237
• T4                               BC307                        
• IO1                             Atmel  AT89C2051, naprogramovaný
• IO2                             LM339
• IO3                             7805 stab.
• IO4                             4N35
• IO5                             7812 stab.
• VR1                            TL431
• Q1                               krystal 12MHz
• RE1                             FINDER 12V  (40.52.9.012.0000) GM Elektronic
• Transformátor volíme dle požadovaného proudu, pro výst. I=8A trafo o výkonu okolo 140W s výstupním napětím 2x14V AC.

Schéma