Активне навантаження з вимірюванням ємності акумулятора

Представляємо проект саморобної активної електронної навантаження. Сама по собі активне навантаження не є чимось особливим, але тут розширення бази являє собою мікроконтролер, який використовується для вимірювання струму, напруги та потужності і тестування ємності будь-яких акумуляторів від 100 мА / год до 99 А / ч з функцією автоматичного відключення навантаження від джерела після досягнення встановленого напруги розряду. Додатковим дією мікроконтролера є управління швидкістю вентилятора в залежності від температури радіатора.

Схема вимірювача ємності АКБ з електронної навантаженням

Робота базової схеми активного навантаження досить проста – силовий транзистор послідовно з’єднаний з резистором вимірювання потужності джерела з джерелом живлення (наприклад, блоком живлення, акумулятором). Транзистор управляється сигналом помилки, що генеруються в вимірювальному підсилювачі на основі сигналу напруги, одержуваного з вимірювального резистора, і сигналу напруги, що подається з потенціометра управління. Різниця цих сигналів змушує транзистор відкриватися або закриватися через вимірювальний підсилювач для їх вирівнювання. Це впливає на величину струму, що протікає через транзистор, і, отже на струм, що надходить від перевіряється джерела. Напруга, пропорційне току протікає через нього відповідно до закону Ома, подається на вимірювальний резистор.

Звичайно, ця базова схема має багато різних модифікацій, наприклад більше одного силового транзистора, додаткові керуючі транзистори, MOSFET-транзистор замість біполярних, поліпшені версії операційних підсилювачів і так далі.

В даному проекті використаний найпростіший варіант з одним польовим транзистором STW20NB50 в корпусі TO-247. Транзистор безпосередньо управляється здвоєним операційним підсилювачем LM358, що живиться від одного напруги 9 В. Вимірюється напруга від силового резистора (2 паралельних резистора 0R1 5 Вт) подається через простий RC-фільтр на інвертується вхід першого підсилювача, а на неінвертуючий вхід іншого операційного підсилювача для посилення напруги перед передачею в мікроконтролер – вимір струму.

Напруга двох послідовно з’єднаних потенціометрів управління також подається на вхід неинвертирующего першого підсилювача, створення системи грубої і точної регулювання, поглиненої поточної навантаженням. У першому ОУ генерується сигнал помилки, керуючий силовим транзистором. Транзистор працює лінійно, що дещо незвично для MOSFET, але абсолютно нормально в даному випадку.

Увага: ця схема активного навантаження може не витримати зворотного підключення перевіряється джерела живлення!

Проект заснований на мікроконтролері ATtiny26. Він управляється внутрішнім генератором з частотою 8 МГц, який при перших декількох спрацьовування калибруется «вручну» методом проб і помилок, змінюючи параметр, введений в регістр генератора OSCCAL на початку програми (кілька разів коректуючи, компілюючи і програмуючи). Хоча в схемі є функція вимірювання ємності батареї, яка полягає в підрахунку прийнятої навантаження як функції часу, не вважаємо за необхідне стабілізувати час за допомогою кварцу, оскільки це не лабораторне обладнання, і невеликі відхилення відлічуваного часу (після калібрування генератора) мало впливає на результат вимірювання АКБ . Якщо хтось хоче стабілізувати таймер кварцом – можете зробити і так.

Програма була написана повністю на асемблері і займає доступну пам’ять процесора, всього 2 КБ.

АЦП подаються через блокуючий конденсатор в кінці AVCC і як джерело використання еталонного напруги внутрішнє напруження 2,56 В. Вимірювання проводяться циклічно кожні 200 мсек в основному циклі програми.

Щоб переглянути струм і напруга з точністю до 0,01, точність обробки АЦП була програмно збільшена з 10 до 12 біт. Без цієї процедури точність індикації напруги в передбачуваному діапазоні 30 В становила 30 В / 1023 (АЦП) = ~ 0,03 В, що не дуже.
Завдяки передискретизации до 12 біт точність показань напруги склала 30 В / 4095 (АЦП) <0,01 В. Для струму з передбачуваним діапазоном 10 А надлишкова дискретизація була по суті непотрібної, тому що 10 А / 1023 (АЦП) = ~ 0,01 А, що досить.

При кожному вимірі робиться багато «швидких» показань з АЦП, з яких витягується середнє значення, який потім потрапляє в «вільний» кругової буфер, який циклічно заповнюється при кожному вимірі. Середнє значення цього буфера береться тільки для подальших правильних розрахунків струму або напруги. В результаті показання досить стабільні і досить швидко реагують на зміни вимірюваних величин.

Температура радіатора вимірюється схемою на датчику Dallas (це може бути 18B20 або 18S20 – програма розпізнає і налаштовує) з точністю до найближчих градусів, і на цій основі визначається, як швидко крутити вентилятор радіатора – чим він гаряче, тим швидше обертання. При включенні харчування вентилятор запускається з високою швидкістю і через деякий час досягає мінімальної швидкості згідно температурі.

Вимірювання ємності акумулятора полягає в основному з підсумовування поточних показань через задані тимчасові інтервали (тут 1 с) і подальшого інтегрування цієї суми для інтервалів певного часу (тут 1 ч = 3600 с). Наприклад, нехай це буде поточне вимірювання 1 А; якщо ми підсумовуємо його протягом години кожну секунду, то отримуємо суму показань = 1 A х 3600 с = 3600 Ас; якщо розділимо його на постійний період інтеграції, рівний 3600 с (1 година), то отримаємо 3600 Ас / 3600 с = 1 А в годину.

Давайте перевіримо, чи буде ток = 4 А протягом 10 годин, тоді що вийде? 4 A х 36000 з = 144000 Ас -> 144000/3600 = 40 Ач.

Щоб виміряти ємність акумулятора він повинен бути підключений до навантаження з мінімальними грубими і точними потенціометрами (відключення навантаження) і з максимальним потенціометром регулювання напруги відсічення. На дисплеї повинно відображатися напруга на акумуляторі, наприклад, 12,15 В і струм без навантаження. Одиниця напруги повинна бути записана як «V» (з великої літери), якщо це маленька буква «v», слід натиснути кнопку, щоб активувати функцію відключення навантаження, щоб повернутися до великого «V».

Тепер відрегулюємо напруга відсічення для потенціометра, наприклад, для 12-вольтової кислотної батареї це буде повне напруга розряду 10,20 В (1,7 В / елемент, різні джерела можуть давати трохи різні розміри, особливо в залежності від його виробника). Натискаємо довго (понад 3 секунд) функціональну кнопку відключення навантаження, поки буква «V» не зміниться на маленьку «v». Поверніть потенціометр напруга до максимального значення і залишити вже – з ізолюючої навантаженням повернуться в режим очікування.

Тепер досить встановити бажаний струм навантаження, бажано на 20 годин (зазвичай відповідно до рекомендацій для кислотних АКБ), наприклад, 2,5 А для акумулятора 50 А / ч, і чекати сигналу завершення – Піканья. Залежно від стану АКБ, це може зайняти кілька годин. Завдяки функції відключення навантаження не потрібно турбуватися про те, щоб пропустити момент повної розрядки і пошкодити акумулятор – навантаження відключиться автоматично. На дисплеї можемо прочитати значення ємності і часу вимірювання, яке пройшло.

Вимірювання ємності активується автоматично після виявлення струму не менше 50 мА без будь-якої операції натисканням кнопки і регулюванням напруги відключення, описаних вище – вони служать тільки для активації режиму контролю напруги і відключення навантаження.

На одному з виходів процесора є передача від програмного забезпечення USART зі швидкістю 9600 8N1 в односекундного циклі, в яку включена інформація, ідентична показаної на дисплеї у вигляді кодів ASCII. Ви можете відправити передачу даних, наприклад, на комп’ютер через будь-який адаптер RS232-TTL / USB і прочитати інформацію безпосередньо на будь-якому терміналі, вказавши відповідний COM-порт адаптера. Передані дані включають в себе коди ASCII, керуючі терміналом, а саме коди CR + LF на кінцях лінії і код CLRSCR для очищення екрана на початку кожної передачі, завдяки чому дані відображаються у вікні терміналу в фіксованому місці (прокрутка вікна при отриманні даних не проводиться) .

Мікроконтролер безпосередньо управляє буквено-цифровим ЖК-дисплеєм 2 × 16 в 4-бітному режимі. Дисплей відображає 6 параметрів,

  • у верхньому рядку: напруга, струм, температура радіатора;
  • в нижньому рядку: потужність, потужність, час вимірювання.

У схемі є кілька потенціометрів. Вони використовуються для корекції вимірювань напруги і струму, а також контрастності дисплея і для регулювання рівня струму навантаження (грубої і точної), а також для установки напруги відсічення для вимірювань А / ч.

Джерело живлення служить силовий трансформатор потужністю 3 Вт і напругою 12 В. Стандартний вбудований стабілізатор в версії SMD забезпечує напругу 5 В для живлення всієї схеми, в той час як стабілізатор 9 В в корпусі TO-92 для операційного підсилювача припаяний з боку доріжок, напруга відфільтровано декількома електролітичними конденсаторами і керамікою.

Електронна схема була розділена на дві друковані плати: плату процесора з взаємодіючими ланцюгами і плату навантаження з транзистором і резисторами. Вони розроблені так, що їх можна розділити на дві частини або залишити як одну велику плату. За рівної кількості плати з’єднуються за допомогою коротких відрізків проводів, переважно кабелів, і розміщуються в корпусі так, щоб вони були якомога ближче один до одного (як можна коротше з’єднувальні дроти). Силовий транзистор приєднаний до досить великого радіатора з вентилятором.

Вся схема була розміщена в типовому металевому корпусі від блоку живлення комп’ютера АТХ. На одній зі стін прикріплена лицьова панель з отвором для дисплея. На додаток до дисплея є також банани-роз’єми для підключення перевіряється джерела і потенціометрів регулювання. Завдяки тому, що це корпус від БП комп’ютера, тут вже є роз’єм для мережевого 220 В шнура харчування.

Ссылка на основную публикацию