IMAX B6: схема и печатная плата

Вот я и сделал схему и печатку зарядного устройства. В основном упирал на оформление схемы, печатка получилась так себе. Правда, качество разводки и в оригинале не блещет. Мне не очень интересная оригинальная разводка, ведь я рассматриваю переделку всей печатки.

Есть небольшие отличия от оригинала, потому что я поленился из рисовать. Я не стал рисовать USB-порт, и кварц. Долгое время уже сижу на PIC24, там кварц обычно нафиг не нужен.

Прошу помощи по прохождению нормоконтроля по ГОСТ в оформлении схемы (pdf, p-cad2006).  Где есть косяки(кроме того, что нумерация компонентов не по порядку)? Уж сильно много времени убил на оформлении, буквально каждый компонент перерисовывал из своей библиотеки. Получилось красиво, но хочется ещё красивее. Для сравнения, чья-то схема IMAX B6. Нормоконтролировать картинки в посте не надо, на картинках может быть старая версия.

Вот ещё печатка (тоже P-CAD 2006)

Переченя элементов пока так же нет, почти все номиналы на схеме.

Библиотеками поделиться, к сожалению, не могу.

А теперь я расскажу как работает схема. Она весьма интересная.

1. Защита от переполюсовки по питанию

Защита сделана на N-канальном MOSFET транзисторе. Такое решение позволяет обеспечить почти нулевое падение напряжения, по сравнению с защитой на диоде. Например, при токе 3А 12В диод довольно сильно грелся бы, более Ватта.
У этой схемы есть небольшой недостаток: для повышенного напряжения, более 20В, резистор R6 надо заменить на 10-вольтовый стабилитрон.

2. DC-DC преобразователь
Для работы зарядного устройства необходимо наличие регулируемого источника питания. Источника, способного из 12 В сделать как 2В, так и 25В. Вот его схема:
6a
Управляется преобразователь тремя линиями:
1) Линия DCDC/ON_OFF - это запрет работы преобразователя. Подавая на линию 5V, выключается как VT26 (ключ для STEP-UP режима), так и VT27 (ключ для STEP-DOWN режима).
2) Линия STEPDOWN_FREQ двойного назначения: в STEP-UP режиме на этой линии должно быть 5V, иначе питание на катушку L1 не поступит, в step-down на этой линии должна быть частота. Регулируя скважность меняем выходное напряжение.
3) Линия SETDISCURR_STEPUPFREQ. В повышающем режиме на этой линии ШИМ, в понижающем - 0V
Дополнительно реализована защита от КЗ по линии аккумулятора: при превышении зарядного тока сработает VT8, и питание с преобразователя будет снято, транзистор VT26 разомкнётся. Как точно это работает, я не разобрался, можете сами поизучать схему.

Вопрос залу: что делают R114+R115+C20?

Силовые MOSFET ключи VT26 и VT27 управляются двухтактный эмиттерным повторителем: VT13-VT14 и VT17-VT18.

Частота работы преобразователя 31250кГц.

Данный преобразователь нельзя включать без минимальной нагрузки, в качестве которой выступает R128. Причём, в моей версии зарядки, он припаян напаян он поверх других элементов - ошибка разработчиков.


3. Включение аккумулятора
1a
Ни один вывод аккумулятора не подключен на землю напрямую. Это касается как силовых цепей, так и балансировочного разъёма. Плюс аккумулятора подключен на DC-DC преобразователь, минус - к зарядному транзистору. Включив Charge transistor, а также регулируя напряжение на DC-DC, устаналивается необходимый зарядный ток.

4. Защита от дурака при переполюсовке аккумулятора
2
Включением заряда управляет DA4.2, и заряд идёт лишь при правильном подключении аккумулятора. Запретить же заряд может и контроллер, транзистором VT9.


5: Схема разряда
3
Схема разряда построена на транзисторе VT24 и двух операционниках. Для включения разряда надо открыть VT12. VT24 - разрядный транзистор. Именно он рассеивает тепло при разряде. Управляет им два операционных усилителя.
Посылая на вход двух RC-цепочек меандр,
4a
контроллер формирует напряжение на In+ DA3.2:

DA3.2 - это схема интегратора(фильтр низких частот). Он будет увеличивать напряжение на выходе (и на затворе разрядного транзистора VT24), а значит и разрядный ток до тех пор, пока напряжение на выводах In+ и In-(красные цепи) не сравняются. На In+ подаётся опорный сигнал от контроллера, на In- сигнал со схемы обратной связи на DA3.1. Результат - ток плавно нарастает до номинального
Коричневый провод - запрет разряда. Если на нём 5 Вольт - разряд запрещён.
По синей линии можно проконтролировать фактический разрядный ток.

6. Схема балансировки и измерения напряжения на ячейках

Как, например измерить напряжение шестой ячейки? Напряжение BAL6 и BAL5 с шестой ячейки подаётся на дифференциальный усилитель DA1.1, который из 25В на шестой ячейки вычитает 21В на пятой. На выходе - 4В.
Нижние ячейки измеряются без участия дифференциального усилителя, делителем. Особо отмечу, что измеряется даже "земля"(BAL0).
Выход коммутируется мультиплексором HEF4051BT на контроллер. Без мультиплексора - никак, ног не хватит.

Балансировочная схема сделана на двух транзисторах. Применительно к шестой ячейке это VT22 и VT23. VT22 - цифровой транзистор, в нём уже встроены резисторы, и он подключается напрямую к выводу контроллера. Если микроконтроллер замечает, что какая-то ячейка перезарядилась, он остановит заряд, включит соответствующую перезаряженной ячейке схему, и через резисторы побежит ток около 200мА. Как только ячейка немного разрядилась, вновь включается заряд всей батареи аккумуляторов.

7. Цифровые цепи

Контроллер измеряет контроллером напряжения на плюсе и минусе аккумулятора. Если произойдёт переполюсовка - на экран будет выведено предупреждение.
Подсветка индикатора зачем-то запитана от транзистора, сам индикатор включен в 4-битном режиме.
Ещё из интересного - источник опорного напряжения TL431.

Ещё вопрос к залу про кварц: неужели для ATMEGA кварц обязателен?
Для атмега кварц необязателен. С завода кристаллы приходят запрограммированные на использование внутреннего калиброванного RC генератора на 8 МГц. Но, раз ставят кварц, значит, видимо, недостаточно точен этот калиброванный генератор. Вроде атмел обещает его точность в 3% во всём температурном диапазоне, во всяком случае, на 38400 последовательный порт всегда работает.
У последовательного порта предел погрешности как раз около 3%, так что для него кварц обязателен.
Спасибо за схему, авось пригодится. Снова :)

В оригинале зарядку лучше не использовать при токах более 2-3 А,
горят шунты в зарядных и разрядных цепях, горят ключи из-за плохого охлаждения,
горят транзисторы SEPIC-преобразователя.

После двух ремонтов у меня Аймакс живёт на подоконнике, на сквозняке :)
Кварц пофиг, а вот кат обязательно надо.
"Вопрос залу: что делают R114+R115+C20?"

Поджирают коммутационные выбросы. Почему они стали проблемой - хрен знает, часто это бывает из-за плохой трассировки. А может какой-то из элементов близко к пределу по напряжению - лень смотреть даташиты.
electronik_irk, пожалуйста, настойчиво повторяю просьбу поставить кат в статье, чай, не новичок
иначе будем вынуждены принимать меры, которые принимать не хочется, сорри
Вот всю эту красоту, да под кат бы -- так круто бы было...
есть куча клонов с подобной схематикой но с другими процессорами. название либо сошлифовано, либо написана ерунда. например, у меня валяется покойник со стабильным перезарядом, на проце написано MEGA32, судя по ногам это вообще не атмел. есть трупик с Nuvoton M051, чинить безсмысленно, ибо нужна массовая замена транзисторов, дешевле купить новый.
Можно я утащу схему защиты от переполюсовки себе в бложек?
Со ссылкой, естественно.
vj;
Можно. В PDF-файле транзистор в схеме защиты более красиво оформлен, если что.
Поправлю.
С удовольствием прочитал статью. Спасибо большое.
Но при вычислении напряжения не просто вычитается из предыдущей ячейки, а и делится почти на 2, что бы сразу на АЦП.
И при балансировке, не уверен, но думаю не зря поставили 6 по 120 ом в параллель, 20 ом. 4.2/20 = 210мА как раз тот токна котором обычно останавливается заряд двух параллельно включенных банок. Т.е. балансировать можно как раз хорошо в конце заряда током в 210мА.
Вопрос по печатной плате. Она проверена. ошибок в разводке нет? А то в PCAD 2006 есть замкнутые контакты в пару мест и одна дорожка не доведена и висит в воздухе. это пикад 2006 такой или в печатке есть огрехи? Кто пробовал. кто знает?
Печатка в реале не проверялась. У меня DRC не показывает ошибок.

А в каком месте проблемы, можете привести результат проверки utils-DRC? Я обычно проверяю cleanance violations и unrouted nets, может проблема по какой-то другой проверке?
(Anonymous)
подскажите пожалуйста, а как устанавливается зарядный ток с помощью DC-DC? Путем регулировки напряжения? Что-то немного не понимаю этого.
Да, ток устанавливается путём регулировки напряжения. Контролирует этот процесс микроконтроллер.
Причём в моей зарядке ток не поднимается мгновенно, а постепенно нарастает секунд за 10-20, начиная от 0,1А.

Скорее всего для регулировки тока заряда микроконтроллер контролирует даже не напряжение, а ток(см. линиюcharge_current), соответствующим образом изменяет скважнотсь ШИМ(линии STEPDOWN_FREQ и SETDISCURR_STEPUPFREQ), и изменяется и напряжение/ток на аккумулятор. Ведь для изменения тока на 0,1А изменение напряжения может быть очень маленьким, контроллер может и не почувствовать его изменение.

Edited at 2016-01-01 04:58 am (UTC)
C Yjdsv ujljv/ Bynthtce.cm gj gtxfnyjq gkfnt/ Jnrhsnm yb jlye bp ccskjr yt cvju
(Anonymous)
С Новым годом! Интересуюсь печатной платой. Не сумел открыть ни одной ссылки. У меня на аймаксе "крякнул" микроконтроллер неопозноваемый и видимо ни нонейм, ни атмега. Думаю попробовать перенести элементы с со своей платы на готовую, ту что с атмегой. Где эту плату глянуть можно?
Re: C Yjdsv ujljv/ Bynthtce.cm gj gtxfnyjq gkfnt/ Jnrhsnm yb jlye bp ccskjr yt cvju
С Новый годом! Что пишет при попытке скачать с указанной ссылки? ( https://yadi.sk/d/PRntYIMmf4Zim ). Я проверил, файл скачивается.
(Anonymous)
Спасибо за схему! Возник такой вопрос: "Нижние ячейки измеряются без участия дифференциального усилителя, делителем" - почему верхние ячейки на усилителях, а нижние - без? Почему все ячейки не без усилителей или наоборот - все кроме последней - с усилителями?
Нуу... Кажется, тут всё очевидно. АЦП изменяет напряжение относительно земли. И только нижнюю ячейку можно измерить относительно земли, по остальным надо извратиться.