Зарядное устройство на микроконтроллере PIC12F675

Данное зарядное устройство (ЗУ) автоматизирует процесс зарядки аккумуляторов. Если аккумулятор не разряжен до напряжения 1 В, оно проведет его разрядку до этого напряжения и только потом начнется зарядка. По ее окончании ЗУ проверит работоспособность аккумулятора и, если он неисправен, подаст соответствующий сигнал

Предлагаемое ЗУ предназначено для одновременной независимой зарядки трех Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов типоразмера АА или AAA током 0,23 А. С целью упрощения в нем применен микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем.

Принципиальная схема собственно ЗУ показана на рис. 1.
 

Рис.1

Оно состоит из узла управления и трех одинаковых по схеме разряднозарядных ячеек А1—A3. Для его питания применен сетевой импульсный блок питания (БП) схема которого показана на рис. 2.

Рис.2

Узел управления собран на микроконтроллере (МК) DD1 и регистре DD2. Выбор МК PIC12F675 обусловлен наличием встроенного аналого-цифрового преобразователя и невысокой стоимостью. Питание микросхем DD1, DD2 стабилизировано интегральным стабилизатором DA1. Светодиод HL1 выполняет функции индикатора включения.
Каждая разрядно-зарядная ячейка состоит из стабилизатора тока на микросхеме 1DAI (здесь и далее указаны позиционные обозначения элементов ячейки А1) с токозадающим резистором 1R2, электронных ключей на транзисторах 1VT1 — 1VT3, индикатора разрядки на светодиоде 1HL2 желтого цвета свечения и индикатора зарядки на светодиоде 1HL1 красного цвета свечения.

В БП резистор R1 ограничивает пусковой ток. Диодный мост VD1 выпрямляет напряжение сети, а фильтр C1C2L1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Преобразователь напряжения собран на микросхеме TNY264P и работает на частоте около 132 кГц. Элементы VD2, R5, СЗ образуют демпфирующую цепь, подавляющую выбросы напряжения на первичной обмотке трансформатора Т1. Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т1 выпрямляет диод VD3, а фильтр C6L2C7 сглаживает выпрямленное напряжение. Для контроля выходного напряжения применены оптрон U1, стабилитрон VD4 и резистор R6. После подачи питающего напряжения МК DD1 последовательно проверяет наличие подключенных к ячейкам аккумуляторов. При отсутствии напряжения на гнезде XS1 МК DD1 "делает вывод", что аккумулятор не установлен и переходит к анализу состояния следующей ячейки.

Когда аккумулятор подключен, МК DD1 измеряет его напряжение, и если оно более 1 В, ячейка включается на режим разрядки. На выводе 5 регистра DD2 появляется высокий уровень напряжения, открывается транзистор 1VT3, и через него и резистор 1R8 протекает ток разрядки около 100 мА, а свето-диод 1HL2 начинает светить, индицируя этот режим.
Как только напряжение аккумулятора станет менее 1 В, МК DD1 выключит режим разрядки и светодиод 1HL2 погаснет. Высокий уровень появится на выводе 6 регистра DD2. откроются транзисторы 1VT1 и 1VT2, начнется зарядка аккумулятора и загорится светодиод 1HL1. В этом режиме МК DD1 периодически измеряет напряжение на аккумуляторе, и когда оно достигнет значения 1,45 В, он начинает проверять возрастает напряжение или нет. Когда напряжение перестает увеличиваться, режим зарядки прекращается и кратковременно включается режим разрядки (загорается светодиод 1HL2) и измеряется напряжение на аккумуляторе. Если оно будет 1,1 В и менее, что свидетельствует о неудовлетворительном состоянии аккумулятора, светодиод 1HL2 станет мигать. При подключении к ЗУ аккумулятора, напряжение на котором менее 1 В, режим зарядки включается сразу.

Для охлаждения элементов ЗУ применен вентилятор М1, который начинает работать при включении режима зарядки любого из аккумуляторов. Так как на него поступает напряжение питания меньше номинального (примерно 8,5 В), вращается он медленно, но производительности достаточно для охлаждения устройства. После окончания зарядки всех аккумуляторов вентилятор прекращает работу, а светодиод HL1 зеленого цвета свечения начинает мигать, показывая, что ЗУ можно отключить от сети.

Детали ЗУ монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 3. Она рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ, С2-33, оксидных конденсаторов — К50-35 или импортных, конденсаторов С1, С2, С4 — К73-17. Светодиоды могут быть любого типа диаметром корпуса 3...5 мм, желательно повышенной яркости свечения. Для установки микросхем DD1, DD2 применены панели, резисторы 1R2, 1R4, 1R6, 1R8 установлены перпендикулярно плате. Все светодиоды установлены со стороны печатных проводников, там же размещены четыре перемычки из провода МГТФ-0,12. Вентилятор М1 с напряжением питания 12 В и размерами 8x40x40 мм — от компьютерной техники.
Чертеж печатной платы БП показан на рис. 4. Для трансформатора использован магнитопровод EFD25 с каркасом. Суммарный зазор между половинами магнитопровода — 0,2 мм. Первичная обмотка содержит 171 виток провода ПЭВ-2 0,13, вторичная — 15 витков провода ПЭВ-2 0,75, дроссель L1 — SBCP-47HY102B фирмы TOKIN, дроссель L2 — ДМ-3. Для получения выходного напряжения 9 В применен стабилитрон BZX79-B8V2 с напряжением стабилизации 8,2 В.

Платы соединены между собой винтами и пластмассовыми стойками длиной около 32 мм (рис. 5). После сборки плат их размещают в корпусе подходящего размера с посадочными местами для аккумуляторов на одной стороне и вилкой для подключения к сети на другой. Вентилятор размещен в нижней части корпуса (рис. 6) там же, а также в верхней части сделано несколько вентиляционных отверстий.
Налаживания устройство не требует. Перед установкой микросхем в панели надо проверить напряжения на выходе блока питания и на выходе стабилизатора DA1.

Автор В. КИБА  Журнал Радио №10 2007г.