Regulator ładowania tiny-PWM
Projekt dostępny z dwoma wersjami oprogramowania dla mikrokontrolerów ATTiny13A oraz ATtiny25. Wersja na mikrokontrolerze ATtiny25 charakteryzuje się mniejszym poborem prądu o około 1mA
oraz dodatkową funkją, umożliwiającą precyzyjne ustawianie napięcia zadziałania zabezpieczenia PWM:
- pojedyncze krótkie kliknięcie przyciskiem MODE – zwiększamy napięcie o około 0,1V
- szybki dwuklik przyciskiem MODE (drugie kliknięcie w czasie poniżej 0,5s od pierwszego) – zmniejszamy napięcie o około 0,1V
Obie wersje oprogramowania regulatora (ATTiny13A i ATtiny25) pozwalają na pracę w instalacjach 12-48V DC.
Całość opracowania jest własnością Autora.
Zabronione jest wykorzystywanie projektu lub jego fragmentu w celach komercyjnych (zarobkowych).
Dozwolone jest kopiowanie, publikowanie i wytwarzanie na użytek własny, jednakże w przypadku przedruku
czy publikacji konieczna jest pisemna zgoda Autora.
Niezastosowanie się do powyższych warunków będzie skutkować zgłoszeniem do odpowiednich służb.
Regulator pozwala w prosty sposób zabezpieczyć akumulator przed przeładowaniem załączając płynnie obciążenie za pomocą PWM. Układ jest stosunkowo niewielki, przy tym niezwykle funkcjonalny, przez co może znaleźć zastosowanie w wielu przeróżnych instalacjach.
Pomysł budowy tego urządzenia zrodził się w mojej głowie całkiem przypadkiem, a oto efekt jego realizacji...
Regulator jest niewielki, prosty/tani w wykonaniu i zapewnia możliwie dużą funkcjonalność. W związku z tym, że tego typu projekty są bardzo często kopiowane i sprzedawane jako własne, nie udostępniam kodu źródłowego oraz plików projektu z programu EAGLE. Projekt wraz z oprogramowaniem dla instalacji 12-48V DC udostępniam nieodpłatnie i kazdy może go wykonać sam, na użytek własny i własną odpowiedzialność.
Cechy i funkcje regulatora:
- miniaturowy, uniwersalny kontroler ładowania akumulatorów PWM
- współpraca z elektrowniami wiatrowymi i panelami fotowoltaicznymi
- praca w instalacjach 12V oraz 24V, 36V, 48V, *60V, *72V - po odpowiednim podłączeniu
- kontrola napięcia ładowania akumulatorów poprzez płynne (PWM ~300Hz wersja ATtiny13A / PWM ~500Hz wersja ATtiny25) załączanie dodatkowego obciążenia do 50A (w zależności od zastosowanych tranzystorów i radiatora)
- możliwość ustawienia, za pomocą jednego przycisku, dowolnego napięcia progu zadziałania zabezpieczenia PWM (z zakresu napięć bezpiecznych dla regulatora)
- precyzyjne ustawianie napięcia progu zadziałania zabezpieczenia PWM, za pomocą jednego przycisku (wersja ATtiny25)
- dioda LED1 sygnalizująca stan pracy mikrokontrolera
- dioda LED2 sygnalizująca tryb PWM
- możliwość przywrócenia ustawień fabrycznych przy starcie urządzenia
- wymiary regulatora (bez radiatora): 50 x 41 (57 z tranzystorem) x 19mm (PCB: 50 x 41mm)
- napięcie zasilania układu: 9-17V (zalecane 11-15V), pobór prądu przez układ: 8-9mA wersja ATtiny13A / 7-8mA wersja ATtiny25
* - z pełną wersją oprogramowania
Opis działania
Mikrokontroler ATtiny13A mierzy napięcie na akumulatorze (akumulatorach) i kiedy wzrośnie ono powyżej zaprogramowanego poziomu, włącza w sposób płynny dodatkowe obciążenie (np. grzałkę), utrzymując stałe napięcie ładowania i zapobiegając uszkodzeniu akumulatora (akumulatorów). Pracę regulatora sygnalizuje dioda LED1, działanie zabezpieczenia PWM sygnalizuje dioda LED2.
Obejrzyj film na YouTube.com
Układ oparty na standardowych, łatwo dostępnych i tanich elementach, bardzo prosty w wykonaniu.
Wymiary PCB: 50x41mm. Rozstaw otworów montażowych: 40x33mm. Radiator: A5723 7cm
Opis schematu urządzenia
Schemat urządzenia podzielono na bloki funkcjonalne realizujące poszczególne funkcje.
Zasilanie układu. Elementy D1, IC1 oraz C1-C4 stanowią zasilacz +5V DC.
R1 (rezystor podciągający /pull-up/ wejście RESET) oraz C5 (filtrowanie zasilania) zapewniają stabilną pracę mikrokontrolera IC2.
Pomiar napięcia (ADC_V). Rezystory R2-R3 i R4 stanowią dzielnik napięcia, redukujący poziom napięcia wejściowego (mierzonego), do poziomu akceptowalnego dla wejścia pomiarowego ADC mikrokontrolera.
Dioda Zenera D2 zabezpiecza dodatkowo port ADC przed zbyt wysokim napięciem. Kondensator C6 wraz z rezystancją dzielnika napięcia stanowi prosty filtr dolnoprzepustowy RC, filtrujący zakłócenia.
Wyjście PWM1. Sterowane z portu mikrokontrolera stanem wysokim, służy jako kontrolka działania zabezpieczenia PWM LOAD (elementy R6, LED2).
Wyjście PWM0 (LOAD). Wyjście sterowane z portu mikrokontrolera stanem niskim, służące do załączania dodatkowego obciążenia.
Rezystor R10 (R11) ogranicza prąd ładowania bramki tranzystora T4 (T5).
Tranzystory T2 i T3 stanowią driver push-pull ładujący i rozładowujący bramkę T4 (*T5).
Bazy tranzystorów T2-T3 sterowane są z portu mikrokontrolera poprzez rezystor R8 i tranzystor T1. Kondensator C7 przyspiesza wyłączanie tranzystora T1.
Rezystor R9 ogranicza prąd bazy tranzystora T2 i kolektora T1.
Rezystor podciągający /pull-up/ R7 ustala stan portu podczas włączania lub resetu mikrokontrolera (driver zwiera bramkę mosfeta do masy - obciążenie LOAD wyłączone).
Tranzystor T4 (T5) trzeba zastosować na napięcie o minimum 5-10V wyższe, niż przewidywane maksymalne napięcie w instalacji.
Dla instalacji 12-24V może to być np. IRF1405.
Gdy korzystamy z tylko jednego tranzystora N-MOSFET o bardzo dużej pojemności bramki, rezystor R10 można zmniejszyć do 15-33R.
Jeśli chcemy przełączać 2 mosfety o dużych pojemnościach bramek, wartość rezystorów R10 i R11 zmniejszamy do 22-33R.
Przy powyższych zmianach można także zmniejszyć R9 do 2k2-4k7, aby zapewnić odpowiednią szybkość przełączania tranzystora(-ów).
Montaż elementów
Montaż elementów rozpoczynamy od wlutowania zworki srebrzanką 0,8mm. Jeden z otworów montażowych można podłączyć do masy układu za pomocą opcjonalnej zworki.
Następnie lutujemy małe elementy (rezystory, diody, przycisk, podstawka, kondensatory, stabilizator, tranzystory, złącza, LED-y),
a kończymy na montażu tranzystora(-ów) mocy na radiatorze. Tranzystor(y) mocy lutujemy od strony ścieżek.
Tranzystory muszą być zamontowane na radiatorze z użyciem pasty termoprzewodzącej, cienkich podkładek mikowych i tulejek izolacyjnych.
Wyprowadzenia tranzystorów mocy powinny być możliwie jak najkrótsze.
Konieczne jest solidne pocynowanie ścieżek (można dodatkowo zatopić kawałek drutu miedzianego, aby zwiększyć przekrój ścieżki) masy prowadzących od złącz GND i LOAD do tranzystorów T4 i T5.
Płytkę PCB regulatora montujemy do radiatora z wykorzystaniem tulejek dystansowych 5mm z tworzywa sztucznego.
Sposób podłączenia
Przed podłączeniem i uruchomieniem regulatora proszę dokładnie zapoznać się z Instrukcją Obsługi.
Przed pierwszym podłączeniem zasilania bardzo dokładnie sprawdzić stronę lutowania elementów, pod względem poprawności lutowania (zwarcia, zimne luty, itp.). Mikrokontroler zamontować w podstawce jako ostatni - dopiero po sprawdzeniu napięć w układzie. Pierwsze uruchomienie przeprowadzić pod zasilaczem 12V, z ustawionym zabezpieczeniem prądowym 20-50mA.
Historia zmian w programie regulatora
Programowanie mikrokontrolera
Ze względu na oszczędnośc miejsca, w projekcie nie przewidziano złącza ISP 10pin w standardzie KANDA, zatem mikrokontroler ATtiny13A/ATtiny25 musi być programowany poza układem.
Wersja na ATtiny13A - Fuse bity mikrokontrolera należy ustawić na wewnętrzny oscylator 4,8MHz, wyłączyć bit CKDIV8 oraz włączyć wbudowaną funkcję monitorującą napięcie zasilania Brown-out Detection na napięcie 4,3V.
Wersja na ATtiny25 - Fuse bity mikrokontrolera należy ustawić na wewnętrzny oscylator 8MHz, pozostawić włączony bit CKDIV8 oraz włączyć wbudowaną funkcję monitorującą napięcie zasilania Brown-out Detection na napięcie 4,3V.
Uruchomienie i kalibracja
Urządzenie nie wymaga kalibracji. Mikrokontroler zaprogramowany udostępnionym wsadem jest gotowy do pracy w instalacji 48V.
Pozostałe informacje i wskazówki znajdują się w Instrukcji Obsługi
W razie pytań, wątpliwości, sugestii, proszę kontaktować się drogą
Zdjęcia regulatora tiny-PWM.
Regulator zamontowany na radiatorze o profilu A5723 długości 7cm.
