Зарядное устройство на микросхеме MC33340

Введение


Захотелось мне однажды собрать зарядник для древнего КПК CASIO PocketViewer, рассчитанного на работу от обычных батареек — после каждого извлечения аккумов для зарядки приходилось заново калибровать экран и настраивать время. С обычными батарейками это оправдано — они там живут по полгода, если подсветкой не злоупотреблять, а вот NiMH аккумы уже за месяц сдувают свой заряд в никуда. Да и подсветкой злоупотреблять на аккумах жаба не мешает :)

Для этого я вывел концы батареек на разъем дата-кабеля (благо там более половины пинов не используется, а запасные штекеры были) и задумался над контроллером. 16-часовую зарядку как-то не хочется, а для быстрой нужен контроль dv/dt. Реализовать можно на MAX712/713 (дорогая, зараза, да и в корпус штекера не влезет), МК с АЦП (тоже дорого, а единственный оправданный по цене PIC12F675 использует напряжение питания в качестве опорного, которое у меня оно нифига не стабильное) и MC33340 (порядка полусотни за микру жаба таки давит — это самая дорогая деталь в девайсе, но вариантов больше нет).

Описание м/с


Итак, что из себя микра представляет. Это контроллер (только контроллер, в отличие от МАХ713 нету ни стабилизатора тока, ни стабилизатора собственного питания) зарядки, с отключением по dv/dt, выходу напряжения за допустимые пределы, выходу температуры за допустимые пределы и времени, все упихнуто в корпус-осьминожку. Кроме того, есть еще тестовые режимы, резко ускоряющие работу таймера, активируемые подачей спецсигналов на некоторые ножки)

Блок-схема и типичное включение MC33340
Блок-схема и типичное включение MC33340

Не буду глубоко вдаваться в подробности работы микросхемы, все описано в даташите (на буржуйском правда). Опишу как ее использовать.

Выходы

Микросхема управляет внешним стабилизатором тока (никелевые аккумы заряжаются постоянным током) через линии VsenGate и Fast/Trickle. Обе с открытым коллектором, обе придавливаются, когда необходимо зарядку отключить. Весьма часто они просто объединяются. Первый вывод глушит зарядку на период замера напряжения на аккумуляторах (на 33мс каждые 1.38с) — для повышения их точности. Второй падает в ноль при завершении зарядки, стабилизатор тока при этом должен выдавать на выход ток порядка C/10 для капельной дозарядки и выравнивания заряда в батареях. В даташите есть схемы применения совместно с LM317, сетевым источником на UC3842 и импульсным стабилизатором на MC34166/MC34167.

Слежение за dv/dt.

Характеристики заряда аккумулятора

В большинстве случаев отключение по отрицательному dv/dt (после того, как аккумулятор заряжен, при дальнейшей зарядке напряжение на нем не растет, а немного падает — участок после Vmax на графике) — основной метод зарядки. Напряжение с батареи подается через делитель R1R2 на вход Vsen. Рабочий диапазон напряжений по входу — 1..2 В, что в принципе соответсвует граничным напряжениям на одной никелевой банке, так что можно выбирать коэффициент деления равным количеству банок. Фильтрующий конденсатор давит помехи, единственное требование — сигнал после отключения тока через аккум (т.е. придавливания VsenGate) должен установиться в течении 11мс. 0.01-0.1мкФ вполне сойдет.

Логика работы:
  • При напряжении менее 1В: коза на выходе или аккум разряжен в ноль, быстрый заряд недопустим. Fast/Trickle придавлен, аналоговая часть должна заряжать аккум током C/10 или менее, пока напряжение на нем не станет допустимым.
  • При напряжении более 2В: аккума нет или он перезаряжен. Fast/Trickle придавлен. В обоих случаях состояние микросхемы сбрасывается и после входа параметров аккумулятора в норму (Vsen=(1..2)V, T=(Tlo..Thi), т.е. при подключении аккума или его выходе из непригодных для быстрой зарядки состояний) начинается цикл заряда.
  • При напряжении в пределах 1..2В начинается заряд. Микросхема мониторит напряжение на аккумуляторе и как только обнаружит, что оно падает — отключит заряд. Единственное исключение — начальный период заряда, первые 177 (MC33340) или 708 (MC33342) секунд падение напряжения игнорируется. Это время дается аккумулятору на завершение переходных процессов. Единственное различие MC33340 и MC33342 — как раз в величине этого времени.
Иногда мониторить dv/dt не нужно (например, аккумуляторы от аккумуляторного инструмента обычно контролируются по температуре, а не dv/dt). В этом случае вход Vsen соединяется с VsenGate — в результате логика dv/dt сбрасывается при каждой попытке замера напряжения. Делитель R1R2 в этом варианте все равно нужен — для определения наличия аккумулятора или его переразряда.

Таймер

У некоторых аккумуляторов (весьма редко, но все же) падения напряжения в конце заряда не происходит — а значит, и его детектор не сработает. Поэтому нужен резервный канал отключения. Это таймер или температура. Именно или, задействовать можно только один блок. Время до срабатывания таймера задается ножками t1-t3. Выбирать время следует по формуле:

Tmin(ч) > 1.5 * (C / Ich),

где С — емкость аккумулятора в А*ч, а Ich — ток зарядки в А.

Программирование таймера

Температура

Для слежения за температурой необходимо подключить термистор с отрицательным ТКС на вход Tsen и два образцовых резистора на входы Tref. При выходе температуры за рамки, задаваемые ими, заряд будет прекращен (причем в случае превышения температуры — до сброса м/с модулем UVLO или Vsen). Выводы T* обеспечивают стабилизированный ток 30 мкА через резисторы, падение напряжения на них при таком токе не должно превышать Vcc-0.7 В, иначе микросхема решит, что вывод не подключен и активирует таймер. Компаратор Tsen и TrefLo имеет гистерезис в 44 мВ (эквивалентно изменению сопротивления термистора на 1.46 кОм), чтобы избежать колебаний на выходе при температуре, близкой к порогу.
Для отключения и таймера, и контроля за температурой следует придавить к земле TrefHi и подтянуть остальные два вывода так, чтобы на них было напряжение более нуля, но менее Vcc-0.7 В, причем на TrefLo напряжение должно быть выше, чем на Tsen.

UVLO

Микросхема оснащена модулем UVLO (UnderVoltage LockOut) — блокировка при недостаточном напряжении питания. Микросхема сбрасывается и включается, когда напряжение питания поднимается больше 3 В и выключается при понижении до 2.8В. При недостаточном напряжении питания (т.е. сработавшем UVLO) выход Fast/Trickle придавлен к земле.

Зарядное


В наличии была китайская зарядка для мобилки, купленная за 15р, с подходящим разъемом. Именно это и навело на мысль собрать контроллер заряда в корпусе разъема. Зарядки эти выполнены по довольно простой схеме и представляют собой CP/CV (Constant Power, стабилизированная выходная мощность) источник с ограничением напряжения. Практически то, что нужно — при работе на аккумы CP источник будет работать почти как CC (по мере заряда ток будет несколько снижаться, но это вполне приемлемо). Единственная проблема — питать контроллер надо от него же, а на разряженных аккумуляторах 2В — что явно меньше необходимого для контроллера (порог отключения UVLO — 3..3.3 В). Поэтому добавлен диод VD1 — падения напряжения на нем и ключевом транзисторе достаточно для обеспечения питания контроллера. На схеме БП не изображен, подключается к выводам VCC. Аккумуляторы, соответсвенно, к BAT.

Схема зарядника

Поскольку стабилизация тока уже есть и управлять ей невозможно (точнее, очень не хочется разбирать заклеенный корпус и менять кабель на трехжильный), в качестве исполнительного элемента необходим транзистор. Биполярный выбран из-за того, что обеспечит большее падение напряжения — зачем это нужно сказано выше. Конкретный — по условию коммутации тока в 0.5-0.7А, именно столько выдает зарядка при работе на 2 ААА аккумулятора, в SMD и доступный в магазине.
Аккумуляторов в батарее два, значит — нужен делитель в два раза. Сопротивление 10 кОм выбрано из соображений не слишком большого сопротивления (чтобы не мучаться с утечками), но и не слишком малого (чтобы не грелись и не сажали аккумуляторы, если зарядное воткнуто, а питания нет) и наличия на плате от винта — единственном источнике SMD :). Конденсатор — вполне типичный, постоянная времени с ним около 1мс, так что в требования по времени установления сигнала укладывается.
R4 обеспечивает капельный заряд, значение выбрано из соображений рассеиваемой на нем мощности (резистор 1206, ток капельного заряда около 30 мА, что намного меньше C/10 = 100 мА). Ток небольшой, так что на точность слежения за напряжением не сильно влияет.
Назначение остальных элементов в принципе понятно — индикация и смещение на базу транзистора (поскольку выход м/с может только тянуть вниз).

Плату публиковать не буду, т.к. врядли он конкретно такой кроме меня кому-то нужен, а искать куда ее залить лень.

Ну и традиционно — фоточки собранного девайса :)
Зарядник в работе
Открытый
Обратная сторона платы

Ссылки:
Даташит

  • +3
  • 09 марта 2011, 06:45
  • Vga

Комментарии (10)

RSS свернуть / развернуть
отличная статья. прочитал с удовольствием. эта микруха только на никелевые аккумы нацелена?
0
Да. Точнее, только на NiCD и NiMH. NiZn как-то иначе заряжаются. А вообще, для любых аккумуляторов из перечисленных подходит микра PIC12F675) Заодно выполнит функции ШИМ-контроллера. Ну или любой другой МК с АЦП.
0
Видел оригинал статьи. Может следует указать что конструкция делалась с ресурса бла-бла-бла.com?
0
Это оригинал. Конструкция делалась с ресурса alldatasheet.com, откуда я слил даташит, а также icdarom.ru, где я подбирал силовой транзистор.
Название микросхемы выцепил давным-давно на каком-то форуме. По моему сопровождалось оно комментарием не информативнее «контроллер заряда NiCd».
0
Что с корпусом у транзистора?
0
А что с ним? Разве что флюсом запачкан, фотки сделаны чуть раньше финальной отмывки (я еще энное время ловил баги из-за непропаев).
0
По фотке создается впечатление, что он покоцан.
0
Флюс это. Оно долго чудило из-за непропаев смд резисторов и диодов, а я срал кирпичами на предмет «как делитель из двух 103 резисторов может делить в полтора раза?!» и «почему при стабильном питании индикатор питания мерцает как ему вздумается?!». Ну и не уверен насчет флюса, надписи на баночке утверждают что no clean, no corrosive, good insulation, но китайский же, тоже мог добавить багов… Так что финальная версия была неоднократно пропаяна, отдраена и искупана в УЗ-ванночке. Ща работает более-менее стабильно, разве что включение КПК приводит к просадке напряжения и практически немедленному прекращунию зарядки.
0
Нормально, держи плюс))
0
Хорош парень… эх… мне бы эту статью год назад прочитать… ненагородил бы с зарядниками такого… молодец!
поднимаю +!
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.