Зарядное устройство было разработано с учетом необходимости зарядки отдельных NiMH-элементов.

                 Основные технические данные

Количество ячеек для зарядки:    От 1 до 4 NIMH (NiCd - см. Текст).
                                 Режимы: зарядка и обслуживание.

Зарядный ток:                    опционально, максимум от 0,8 до 1 А.
                                 Ток удержания: необязательно.

 метод конца зарядки:            AV (метод дельта-пика).

AV чувствительность:             8 мВ.

Электропитание:                  5,3 В от блока питания ПК AT (5 В / 20 А).

Управление:                      MCU Atmel ATtiny26L-8PI.

сигнализация:                    Светодиод - вкл/выкл/мигает.

                          Общая характеристика зарядки NIMH

Метод оценки цикла зарядки -dV основан на измерении и оценке падения напряжения на элементе после достижения полного заряда - пика характеристики Vmax. Если бы мы хотели зарядить аккумулятор с этим значением напряжения (отключить зарядку после достижения этого пика), его нужно было бы сначала определить, и мы также получили бы зарядное устройство только для одной элемента. Более того, максимум может меняться, например, со временем, температурой, возрастом ... Для универсального использования лучше прекратить зарядку после оценки -dV (или других методов определения полного заряда, основанных на оценке зарядных характеристик). Они будут относительно одинаковыми, только зарядный ток будет меняться в корне.
Метод -dV - отключить зарядку «сразу» после полной зарядки. Таким образом, элемент может быть заряжен из любого состояния (например, 50% разряда), и нет необходимости полностью разряжать его заранее. Здесь есть смысл опровергнуть догму о «эффекте памяти»! Такое явление существует, но оно не имеет приписанных ему катастрофических последствий и может игнорироваться в обычной практике, поскольку его влияние очень мало. Кроме того,может быть исключен один полный цикл разрядки и зарядки . Следовательно, нельзя сказать, что эффект памяти сократил наш срок службы или уменьшил нашу емкость. Ограничения емкости или срока службы могут быть достигнуты плохой зарядкой, которую мы устраняем с помощью этого зарядного устройства (неправильная зарядка происходит на зарядных устройствах с разряжением по истечении точно указанного времени, когда батарея не используется или не полностью разряжается - как правило, зарядные устройства с таймером) или неправильно использует, в основном из-за чрезмерного тока разряда или глубокого разряда.
  Никель-кадмиевые элементы (NiCd) имеют очень похожие зарядные характеристики, разница заключается в их более крутом снижении после достижения максимального напряжения (-dV / dt), поэтому их также можно заряжать этим зарядным устройством. Можно даже сказать, что NiCd будет заряжаться лучше, чем NiMH. Тем не менее, устройство было разработано,спроектировано и используется только для NiMH аккумуляторов.

                                                          Работа схемы

Сердцем устройства является микроконтроллер Atmel ATtiny26L-8PI, который содержит достаточное количество линий ввода-вывода, объем памяти и, в основном, 10-разрядный АЦП с 11-кратным мультиплексированием и внутренним опорным напряжением 2,56 В. Вся точность измерения зависит от этого внутреннего напряжения, но нам нужна точность только при -dV. MCU работает с внутренними генератором RC 8MHz.
MCU напрямую контролирует базы PNP-транзисторов BD140 (Uce = -80 В; Ic = -1,5 А; Ib = -0,5 А; Pc = 12,5 Вт) через линии PA [0..3]. Напряжение на аккумуляторах измеряется с помощью выводов PA [4..7], которые подключаются к АЦП мультиплексором. Контакты PB [0..3] управляют зелеными светодиодами. Резисторы R1 - R4 определяют Ib примерно при 13 мА. Резисторы R10-R13 определяют ток удержания, когда зарядка завершена, так как зарядное устройство не полностью отключает батареи после достижения полной зарядки, но питает их током удержания, тем самым компенсируя потери от саморазряда. Основные зарядные резисторы RA1-RA4 также влияют на ток удержания, но их размер примерно в десять раз меньше, и их влиянием можно пренебречь.
 Зарядный ток определяется с помощью резисторов RA1-RA4, и их выбор зависит от текущей емкости используемых батарей. Светодиоды от D6 до D9 предотвращают разрядку батарей в цепи зарядного устройства при отключенном питании.
Значения R1x и RAx определяются следующим образом:

                                                   где:
Inab - требуемый зарядный ток
Iudr - требуемый ток удержания
Ucc - напряжение питания - около 5,3 В
Uce - падение на включенном BD140 - примерно 0,2 В
Uak - падение диода - около 0,8 В
Uaku - напряжение аккумулятора - около 1,3 В

При построении устройства были рассчитаны  резисторы для батарей размера AA: Inab = 0,36 A (емкость батареи 1800 мАч),RАх = 8,2 0м/2Вт; Iudr = 36 мА, R1x = 82 Ом. Для батарей AAA: Inab = 0,15 А (750 мАч), RАх = 18 Ом / 2 Вт; = 15 мА, R1x = 180 Ом.
 АКВ заряжались током, эквивалентным 20% текущей емкости. Для полностью разряженной батареи время зарядки составляет от 6 до 7 часов.

                                                                  алгоритм

Основными частями алгоритма зарядки являются таймер и АЦП. Чтобы исключить влияние падения напряжения на переходных резисторах, ведущих к аккумулятору и от него, напряжение на аккумуляторе измеряется только при отключенной зарядке (BD140 временно отключен - в аккумуляторы течет только ток обслуживания). Это обеспечивает высокую точность измерения напряжения, поскольку переходные резисторы не применяются. Следовательно, время зарядки составляет 1,98 с, затем зарядка прерывается, и после 0,02 с отдельные напряжения измеряются 100 раз, и зарядка восстанавливается. Затем оцениваются измеренные данные. Значение напряжения определяется как среднее из 100 измеренных значений (во время измерения значение попадает в большой интервал, это среднее значение напряжения исключает скачки в 1-битный интервал).
 Если напряжение на входах PA [4..7] находится в интервале <0,7-1,7> В, начинается зарядка (соответствующий BD140 закрывается) и светодиод загорается в качестве сигнала. Однако эта зарядка не включается, если аккумулятор уже был в зарядном устройстве! Поэтому сначала включите зарядное устройство, а затем вставьте аккумулятор. Если сначала вставить аккумулятор, а затем включить зарядное устройство, ничего не произойдет.
 Поскольку -dV очень часто неправильно оценивалось на уровне 8 мВ при начале зарядки, алгоритм дополняется функцией HoldOff, которая полностью отключает прекращение зарядки в течение первых 8 минут после начала зарядки. В течение этих 8 минут зарядка может быть прекращена только при извлечении аккумулятора из зарядного устройства. Это явление (колебания напряжения аккумулятора) устраняется путем прогрева аккумулятора и практически хватает на 5 минут. Убедитесь, что аккумулятор не заряжен, так как в эти 8 минут АКБ (аккумуляторная батарея)или аккумулятор будут перезаряжены и, следовательно, повреждены!
 Таким образом, после установки разряженной (или частично разряженной) АКБ и после истечения таймера удержания начинает определяться максимальный уровень . Максимум де-факто является предыдущим измеренным значением, которое сравнивается с текущим измеренным значением, и, если оно меньше, определяется максимум нового значения из текущего измеренного значения. Таким образом, максимальная характеристика аккумулятора определяется во время зарядки. Затем текущее значение вычитается из максимума, а разница составляет -dV, и если оно превышает 8 мВ, зарядка прекращается.
 В дополнение к алгоритму -dV, добавлен 30-минутный таймер для измерения времени, когда напряжение меньше максимума после истечения 30-минутного периода. Функция была добавлена, потому что NiMH не настолько радикальный,чтобы избежать ненужной перезарядки. Каждый раз, когда устанавливается максимум, этот таймер всегда сбрасывается.
 Значение точности -dv зависит от точности опорного напряжения Uоп АЦП и точности АЦП. По даташиту Uоп равно 2,56V и АЦП 10 бит, это означает, что наименьшее изменение шага, чтобы измерить входное напряжение 2,5mV (= 2,56V / 1024), так -dv может быть измерена только как 7,5mV или 10 мВ. Здесь применяется  значение скачка, а именно путем измерения -dV = 7,5 мВ (все еще применяется здесь «машинное округление», таким образом, оно составляет 7 мВ), является достаточным значением, если скачок по битам достигает 10 мВ  зарядка прекращается,не ожидая достижения значения 10 мВ.
 MCU не полностью использует все выводы ввода / вывода, поэтому три оставшихся PB [4..6] служат диагностическими выходами состояния системы. PB6 используется для сигнализации частоты прерывания таймера 1, прерывание происходит каждые 10 мс (поэтому частота составляет 50 Гц - вывод всегда отрицается). PB5 сигнализирует о состоянии подалгоритма HoldOff loop 1 (T1, R10, RA1 ...), log.1 отключен, log.0 включен. PB4 сигнализирует о загрузке основного бесконечного цикла программы (while (1) {}). Эти диагностические выводы не влияют на начисление платы, их основная цель заключалась в разработке и последующей отладке кода.

                                                          Блок питания

Зарядное устройство было разработано с самого начала с учетом питания от блока питания ПК AT. 5V / 20A абсолютно достаточно для зарядки отдельных аккумуляторов. Так как это импульсный источник питания и зарядка прерывается для точности измерения, источник питания MCU дополнен D1, C1 и C8, а для АЦП добавлены L1 и C2.

                                         Изготовление зарядного устройства...

не должно вызвать больших затруднении. Расположение элементов показано на рис.3, а печатная плата в формате Sprint-Layout 6.0 находится в архиве. При изготовлении платы зеркалить не надо.

В архиве находится также прошивка для контроллера. На рис.4 представлена  установка битов FUSE для использования внутреннего RC-генератора 8 МГц.

Материал взят из журнала "Prakticka Elektronika a radio"  за 2006.12