wersja mobilna | kontakt z nami

Słoneczna ładowarka akumulatorów Li-Po

Numer: Grudzień/2015

Przedstawiona ładowarka akumulatora Lipo (1S) pozyskuje energię z ogniwa słonecznego wykorzystując algorytm śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) dla zwiększenia sprawności ładowania.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Rysunek 1. Schemat ideowy ładowarki

Schemat ładowarki pokazano na rysunku 1. Oparto ją o specjalizowany kontroler ZSPM4521 firmy ZMDI, który zawiera niezbędne elementy zarówno dla pozyskiwania energii z ogniwa słonecznego (5 V/0,5...5 W), jak i ładowania akumulatora, zapewniając możliwość ustawienia napięcia i prądu ładowania.

Dzięki wykorzystaniu przetwornicy impulsowej i algorytmu MPPT charakteryzuje się dużą sprawnością. Ma wbudowane zabezpieczenia zapewniające prawidłowy proces ładowania: zabezpieczenie przed zwarciem z ograniczeniem prądowym, termiczne, nadnapięciowe.

Dostępne jest wyjście sprzętowe NFLT do sygnalizowania awarii. Układ wyposażono w interfejs I²C umożliwiający konfigurowanie i monitorowanie parametrów procesu ładowania. Nastawy przechowywane są w pamięci EEPROM i po jednorazowej konfiguracji możliwa jest praca samodzielna bez nadzorującego procesora.

Aplikacja ZSPM4521 nie odbiega od noty. Napięcie z ogniwa słonecznego 5V jest doprowadzone do wejścia IN układu U1. Po przekroczeniu progu 3,15 V zostaje aktywowana wewnętrzna przetwornica ładowania, która odpowiada za kontrolę prądu, końcowego napięcia oraz śledzenie MPPT.

Rezystory R3 i R4 są bocznikiem pomiarowym prądu ładowania i wbudowanego ograniczenia prądowego. Złącze I²C, oprócz wyprowadzenia magistrali komunikacyjnej, zawiera także sygnał awarii NFLT oraz wewnętrzne zasilanie 3,3 V/10 mA umożliwiające np. zasilanie kontrolera sterującego.

Rysunek 2. Sposób zapisu rejestrów

Rezystory R1 i R2 podciągają magistralę I²C i powinny być podłączone do napięcia zasilania układu sterującego (I2C-PIN3). Termistor TH wraz z rezystorem polaryzującym R5 służy do zmiany parametrów ładowania w zależności od temperatury ogniwa.

W aplikacjach, w których prąd ładowania jest niewielki i nie ma ryzyka przegrzania ogniwa lub jego ładowania w niskiej temperaturze, termistor można wlutować bezpośrednio w płytkę. Lepiej jednak zastosować termistor zewnętrzny, dołączony do złącza BAT (pomiędzy THB/GND) i umieszczony bezpośrednio na ogniwie lub wykorzystać termistor wbudowany (w przypadku użycia akumulatorów np. z telefonów komórkowych).

Rysunek 3. Mapa rejestrów ZSPM4521

Rozwarcie obwodu termistora sygnalizuje brak baterii. ZSPM4521 w odróżnieniu od popularnych ładowarek MCP73833 itp., posiada konfigurację programową pozwalająca wpływać na poszczególne fazy procesu ładowania w bardzo elastyczny sposób. Dzięki temu możliwe jest proste dostosowanie parametrów do współpracującego ogniwa i znaczący wpływ na jego trwałość (np. poprzez obniżenie napięcia końcowego ładowania).

Do poprawnej pracy U1 konieczna jest jednorazowa konfiguracja parametrów. Układ dostępny jest na magistrali I²C pod adresem 48h (uwaga: adres identyczny z ładowarką superkondensatorów ZSPM4523; jest mało prawdopodobne, że układy będą współpracowały razem w jednym urządzeniu, ale warto o tym pamiętać). Sposób zapisu rejestrów przedstawia rysunek 2.

Zestawienie rejestrów pokazano na rysunku 3. Skonfigurowania wymaga szereg parametrów zawartych w rejestrach CONFIG1...CONFIG5. W rejestrze CONFIG1 pod subadresem 02h zgodnie ustawiane są prąd ładowania wstępnego PRE_CHGR oraz napięcia zakończenia ładowania zależne od temperatury ogniwa zmierzonej termistorem TH: V_TERM_0_10 i V_TERM_10_50.

Listing 1. Symboliczny sposób konfiguracji (Arduino/Energia)

W rejestrze CONFIG2 pod subadresem 03h ustawiane są prąd końcowy ładowania (EOC) oraz napięcia zakończenia ładowania zależne od temperatury ogniwa zmierzonej termistorem TH: V_TERM_45_50 i V_TERM_50_60. W rejestrze CONFIG3 pod subadresem 04h ustawiane są maksymalne prądy ładowania MAX_CHRG_CURR w zależności od temperatury ogniwa z zakresu 0...10°C i 10...45°C.

W rejestrze CONFIG4 pod subadresem 05h ustawiane są prądy ładowania MAX_CHRG_CURR w zależności od temperatury ogniwa z zakresu 45...50°C i 50...60°C. Ostatni rejestr CONFIG5 pod subadresem 06h konfiguruje prąd wyłączenia ładowania TOP_END, rodzaj termistora pomiarowego TH oraz timery TOP_TO wyłączenia ładowania i 1C_TO maksymalnego czasu ładowania.

Status układu udostępniony jest w rejestrze STATUS (00h). Odczyt rejestru automatycznie kasuje flagi i stan wyjścia NFLT. Stany ostrzeżeń TSD/TOP_TO/VIN_UV/TH_OPEN nie są sygnalizowane na wyjściu NFLT.

Dostęp zapis/odczyt do rejestrów STATUS/CONFIG1...CONFIG5 jest możliwy dopiero po ustawieniu bitu D0=1, czyli flagi EN_CFG w rejestrze CONFIG_ENABLE (11h). Domyślnie, po restarcie, EN_CFG=0 i dostęp do rejestrów jest zablokowany.

Rysunek 4. Schemat montażowy ładowarki

Przepisanie zawartości CONFIG1...CONFIG5 do wewnętrznej pamięci EEPROM jest możliwy po ustawieniu bitu D0=1, czyli flagi EE_PROG w rejestrze EEPROM_CTRL (12h). Domyślnie zapis jes zablokowany: EE_PROG=0. Zapis możliwy jest tylko gdy ustawiona jest flaga EN_CFG. Symboliczny sposób konfiguracji (Arduino/Energia) przedstawia lisitng 1.

Urządzenie zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej. Rozmieszczenie elementów pokazano na rysunku 4. Montaż nie wymaga opisu. Istotne jest prawidłowe przylutowania pada termicznego U1. W przypadku pracy z prądami ładowania przekraczającymi 800 mA, należy do U1 dokleić niewielki radiator BGA z blaszki miedzianej.

Ładowarka nie wymaga uruchamiania, należy tylko skonfigurować parametry ładowania za pomocą zewnętrznego procesora np. Arduino, Launchpad, STM32 itp. ZMDI udostępnia także oprogramowanie konfiguracyjne, które wraz z kablem USB/I2C ułatwia konfigurowanie układów. Warto po zaprogramowaniu sprawdzić prąd ładowania i napięcie końcowe na kondensatorach.

Adam Tatuś, EP

Pozostałe artykuły

Centralka alarmowa współpracująca z czujnikiem ruchu

Numer: Sierpień/2016

Gdy zajdzie potrzeba zabezpieczenia pomieszczenia alarmem, to zamiast stosowania czujników otwarcia, kontaktronów czy barier optycznych, łatwiej użyć popularnego czujnika ruchu ogarniającego zasięgiem całe pomieszczenie. Jednak, aby powstał system alarmowy, potrzebna jest jeszcze centralka, która umożliwi uzbrajanie alarmu, rozbrajanie i zapewni sygnalizację.

Uniwersalny, 2-kanałowy moduł przekaźnikowy

Numer: Sierpień/2016

Nieskomplikowany moduł wykonawczy, który umożliwia przełączanie, na przykład, napięcia sieci energetycznej sygnałem z płytki z mikrokontrolerem lub układem czasowym.

Krańcówka ze szczelinowym czujnikiem optycznym

Numer: Sierpień/2016

W transoptorze szczelinowym nadajnik i odbiornik umieszczone są w jednej obudowie ze szczeliną powietrzną pomiędzy nimi. Wiązka światła podczerwonego przebiega przez przestrzeń od nadajnika do odbiornika. Jej przesłonięcie powoduje przełączenie obwodu wyjściowego czujnika.

Moduł miniaturowego zasilacza

Numer: Sierpień/2016

Zasilacz jest nieodłącznym komponentem każdego urządzenia elektrycznego czy elektronicznego. Opisywane rozwiązanie układowe idealnie sprawdzi się jako ?ogranicznik? dostępnego napięcia zasilającego.

Konfigurowalny przełącznik 4-kanałowy

Numer: Sierpień/2016

Układ konfigurowalnego przełącznika 4-kanałowego, pozwalającego na sterowanie w dowolny sposób dołączonymi urządzeniami. Każde z wyjść może pracować w trybie monostabilnym, bistabilnym oraz zależnym, a dzięki wyjściu i wejściu synchronizacyjnemu jest możliwe łączenie ze sobą wielu takich przełączników.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Sierpień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym