Амперметр для зарядного устройства на 6А

В статье пойдет речь о зарядном устройстве для автомобильных двенадцативольтовых аккумуляторов. Зарядка аккумуляторов будет производиться постоянным стабильным током. Номинальный ток зарядки – 6А. Контроль тока зарядки и напряжения на заряжаемом аккумуляторе осуществляется посредством цифрового амперметра и вольтметра.

Схема измерительной части зарядного устройства показана на рисунке 1.

Основой измерительной части зарядного устройства является микроконтроллер PIC16F676. В его функции входит преобразование аналоговых значений тока и напряжения в цифровой код и вывод соответствующих значений на ЖК индикатор. Аналого-цифровое преобразование конкретной величины производится 256 раз, результат складывается и делится на количество преобразований, т.е. на индикатор выводится величина, равная среднему арифметическому значению сигнала за данный период преобразования. Это позволило свести к минимуму влияние помех и шумов на показания индикатора. Файлы загрузки в микроконтроллер для однострочного и двухстрочного индикатора можно скачать из архива внизу статьи. Опорное напряжение 1,024 вольта для АЦП микроконтроллера формируется из опорного напряжения стабилизатора микросхемы К157ХП2. Эта микросхема имеет выход 8 своего внутреннего ИОН с напряжением 1,3 вольта. В связи с тем, что этот выход имеет большое внутреннее сопротивление, для исключения влияния на ИОН со стороны микроконтроллера в схему введен повторитель напряжения, реализованный на втором ОУ, входящим в состав микросхемы DA1 AD822. Выход повторителя нагружен на делитель напряжения – R9 и R11. С помощью резистора 9 настраивается опорное напряжение для АЦП – 1,024В. При использовании опорного напряжения 1,024В, мы не можем подавать на вход АЦП измеряемое напряжение более этой величины. Поэтому для измерения напряжения на аккумуляторе используется делитель 100:1 – R5 и R7. С помощью R7 осуществляется регулировка показаний вольтметра.

Измерение тока заряда осуществляется косвенным путем, измерением падения напряжения на датчике тока – R1 — шунт, встроенный в отрицательный провод зарядного устройства. Падение напряжения на шунте, соответствующее определенному току, подается на масштабирующий усилитель, выполненный на первом ОУ микросхемы DA1. Между входами ОУ поставлены диоды, защищающие ОУ от всплесков напряжения при возможных больших тока на выходе зарядного устройства. Калибруется амперметр с помощью резистора обратной связи – R6. У меня шунт имеет сопротивление в районе семи миллиом. Значит при токе, равному одному амперу, на нем упадет напряжение 7мВ. Для корректной работы АЦП нам нужно напряжение 100мВ (10 амперам соответствует 1 вольт на входе АЦП). Отсюда коэффициент усиления масштабирующего усилителя должен быть равен 100/7 ≈ 14. Исходя из этого, выбраны номиналы резисторов R2,R4 и R6. От их величины зависит коэффициент передачи ОУ. Ку = (R4 + R6)/R2.

Для уменьшения нелинейности показаний амперметра в области небольших токов масштабирующий операционный усилитель имеет биполярное питание. Отрицательное напряжение формирует микросхема DA3 – ICL7660. Это конвертор напряжения на переключаемых конденсаторах.

Конденсатор С4 и резистор R8, это элементы фильтра отрицательного напряжения. Применение биполярного питания ОУ во многом уменьшило нелинейность, но конечно не до конца. В моем случае нелинейность начинает проявляться уже при токах ниже 0,5 ампера. Беря во внимание, что я делал не контрольно-измерительный прибор… , для зарядного устройства с током зарядки 5… 6А такой амперметр пойдет.

Выбор микросхемы с ОУ AD822 связан с ее малым отклонение нуля на выходе операционных усилителей и малым температурным дрейфом нуля. Эта микросхема относится к микросхемам типа Rail-to-Rail. Она стоит дороже, чем LM358, но она того стоит.

У моей микросхемы операционные усилители имели на выходе по 700мкВ, при нулевом дифференциальном напряжении на входе.

Выбор микросхемы стабилизатора напряжения К157ХП2 обусловлен тем, что эта ИС разрабатывалась для портативных магнитофонов, а это говорит о том, что при проектировании данной ИС большое внимание уделялось термостабилизации параметров схемы. Да, и электрические параметры микросхемы совсем не плохие.

Измерительная часть собрана на печатной плате. Фото ниже.

В качестве шунта я использовал константановую проволоку диаметром 1.5мм. На следующем фото показана плата в работе.

Непосредственно, само зарядное, собрано на основе трансформатора ТПП 322 220/127. Достоинство этого трансформатора в том, что имеется возможность подстраивать выходное напряжение вторичных обмоток путем определенной коммутации секций первичной обмотки. При включении обмоток трансформатора, показанной на схеме, напряжение на выходе равно 20В, т.е. на конденсаторе С1 напряжение будет примерно 28В. Это многовато, большая мощность будет выделяться на управляющем транзисторе. Поэтому лучше увеличить число витков первичной обмотки. При испытаниях зарядного все стане ясно, надо ли и на сколько. Конечно же, можно применить и другой трансформатор, удовлетворяющий вашим требованиям к параметрам зарядного устройства.

Схема устройства показана на рисунке 2.

Про эту схему уже написано много, поэтому я в этот раз повторяться не буду, а отправлю вас к статье «Зарядное устройство для гелиевых аккумуляторов на кр142ЕН12А». Емкость конденсатора выбирайте из примерного условия — 2000мкФ на один ампер тока заряда. Но для зарядного устройства, где уровень пульсаций не учитывается, можно емкость фильтра и уменьшить. Не забывайте про теплоотводы для моста, транзистора и диода.

На этом все. Успехов. К.В.Ю.

Скачать файлы проекта.