Принципиальная схема imax b6: IMAX B6: схема и печатная плата – SkyRC iMax B6 mini глазами электроника

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
4a
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
4a
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?

SkyRC iMax B6 mini глазами электроника

Представляю не совсем обычный обзор популярной зарядки — он написан не столько пользователем, сколько электроником схемотехником. Будет много технической информации и первая в инете реальная принципиальная схема устройства.

Официальная страничка производителя
www.skyrc.com/index.php?route=product/product&product_id=200
Там-же можно скачать инструкцию на английском языке и программное обеспечение
Зарядку заказывал почти пол-года назад у другого продавца, где их уже нет, поэтому ссылка на аналогичный товар другого продавца

Коробка со всех сторон


Инструкция только на английском языке

Само устройство завёрнуто в мягкий пакетик

Кабели в комплекте

На экран наклеена предупреждающая бирка о том, что если что-то пошло не так — сами виноваты, нечего было без присмотра оставлять 🙂






Проверка оригинальности прошла нормально (даже не сомневался)



Исходная версия прошивки V1.10

Прошивка была обновлена на V1.12 — в ней добавилась возможность заряжать литий без подключения балансировки, что иногда может быть полезно, а иногда и опасно

Под Win8.1 прошить не удалось — прошивал под Wn7 с переключением языка на английский.
Как выяснилось позже, надо было запускать программу от имени Администратора.
Под WinXP программа отказалась запускаться.

Как работать с этой зарядкой многократно написано в других обзорах (ссылки внизу) и не имеет смысла повторяться, раздувая обзор, поэтому постараюсь рассказывать только новую информацию.

Разбирается зарядка очень просто — на 8 винтиках с торцов

Маленький нестандартный вентилятор охлаждения 25х25х7мм на 15V.

Вентилятор настолько редкий, что даже в каталоге у производителя его не оказалось, видимо по спец заказу делают…
www.snowfan.hk/products_detail/&productId=300.html

Вентилятор большего размера на это место никак не войдёт.
Температура включения вентилятора 40гр выключения 35гр, работает на выдув горячего воздуха. При нагреве, вентилятор включается сразу на полное входное напряжение и соответственно его скорость вращения определяется входным напряжением. При напряжении более 15В, вентилятор будет перегружаться и сильно шуметь.

Далее, плата откручивается от нижней крышки

И вот она, красавица 🙂





Собрана аккуратно, пайка качественная, флюс почти отмыт.
Токоизмерительные шунты нормальные проволочные — 0,03Ом для контроля тока цепи заряда и 0,1Ом для контроля тока разрядной цепи.

Полная разборка сопряжена с трудностями снятия индикатора — он намертво припаян к основной плате. Максимум, что возможно сделать без выпаивания — это немного отогнуть его


Дальше мешает разъём подключения вентилятора.

Плата была отмыта от флюса и термопасты (для подробного исследования)





Комплектные провода нормального качества, крокодилы припаяны

Реальную схему iMAX B6 mini найти не удалось, при этом схема простого B6 имеется.
nitro-racing.clan.su/_ld/0/3_RC-Power_BC6_Ch.pdf
Данная схема имеет множество ошибок, да и вид у неё такой, что глаза сломаешь, пока найдёшь, как эти кусочки между собой связываются.

Делать нечего, надо рисовать нормально читаемую принципиальную электрическую схему B6 mini…
Рисовал тщательно и очень долго, приводя её в понятный вид, потом долго думал…
Для полноразмерного просмотра щёлкните по схеме.

Работает схема вполне понятно (будет ниже), но назначение некоторых элементов разгадать так и не удалось (скорее всего это просто ошибки производителя)
— на плате распаян не подключенный керамический конденсатор

— зачем-то поставлен резистор на входе логического транзистора (который уже имеет его внутри)
— назначение диода в цепи измерения зарядного тока осталось загадкой

Спецификация применяемых компонентов:
Тайваньский контроллер под девизом «Make You Win» (чтобы выиграть)
MEGAWIN MA84G564AD48 (80C51 8bit USB 64k 12bit ADC)

IRF3205 (55V 110A 200W 8mΩ)

DTU40N06 (60V 40A 136W 13mΩ)

DTU40P06 (-60V -40A 113W 22mΩ)

12CWQ10FN (100V 12A 0,65V)

DTC114 (50V 100mA)

KST64 (-30V -500mA hFE10k)

MMBT3904 (40V 200mA)

MMBT3906 (-40V -200mA)

LM2904 (3mV, 7μV/°C)

LM393 (2mV)

LM324 (2mV, 7μV/°C)

TD1534 (340kHz 3,6-20V 2A)

78M05 (7-35V 0,5A)

Принцип работы похож на B6, схема оптимизирована для компактного исполнения, изменения в основном в лучшую сторону.

Для облегчения понимания работы схемы, упрощённо набросал отдельно силовую часть

Силовой преобразователь напряжения собран по классической схеме Step–Up/Down с одним общим накопительным дросселем и двумя ключами. Управление ключами организовано через контроллер при помощи ШИМ, которой и задаётся ток зарядки и разрядки.


Обратная связь зарядной цепи реализована чисто программными средствами.
Частота работы ШИМ в любом режиме около 32кГц
Напряжение на затворе полевика преобразователя Step Down в режиме зарядки при выходном напряжении 4В, активный уровень низкий.

Напряжение на затворе полевика преобразователя Step Up в режиме зарядки при выходном напряжении 16В, активный уровень высокий

Управляющее напряжение для полевика разрядки (работающий в линейном режиме) формируется из ШИМ сигнала через фильтр НЧ, который далее усиливается операционным усилителем (ОУ).
Обратная связь цепи разряда — аппаратная на базе ОУ.
Напряжение на выходе контроллера 11(P2.6) в режиме разрядки

Балансировка работает по принципу дополнительной нагрузки элементов с наибольшим напряжением в общей цепи. Ток балансировки зависит от напряжения на аккумуляторе и составляет 80-160мА на каждый элемент.
Примечательно, что балансировка работает не только при заряде аккумуляторов, но и при разряде тоже, дополнительно нагружая элементы с максимальным напряжением.
Напряжение на каждом элементе измеряется дифференциальным усилителем на базе ОУ и подаётся через коммутатор на АЦП контроллера. На этот-же коммутатор подаётся сигнал с обоих температурных датчиков.
Напряжение считывается довольно точно.

Задающий кварцевый резонатор отсутствует, поэтому точность учёта времени заведомо невысока.
Проверка показала, что мой экземпляр за час убегает на 45 секунд — это вносит дополнительную погрешность измерения ёмкости 1,2% (завышает показания)

Некоторые особенности схемы B6 mini и отличия от B6:
— Имеется два стабилизатора напряжения +5В — линейный для питания контроллера и импульсный для питания подсветки индикатора и подключаемого к USB Wi-Fi модуля беспроводной передачи данных. Наличие питания на USB может сыграть злую шутку — если зарядку подключить к выключенному компьютеру, импульсный преобразователь 5В может выйти из строя!
— USB подключается непосредственно в контроллер без преобразователей.
— Схема контроля напряжения на балансных разъёмах стала более логичной и правильной.
— Схема заметно упростилась за счёт применения логических N-P-N транзисторов DTC114 (маркировка 64) и составных P-N-P транзисторов KST64 (маркировка 2V)

Обнаруженные конструктивные проблемы:
— Габаритные конденсаторы не закреплены герметиком, следовательно зарядку лучше сильно не трясти и не ронять.

Исправляется нейтральным герметиком или компаундом

— Дроссель преобразователя висит на своих ножках и вибрирует при постукиванию по корпусу.

Можно закрепить нейтральным герметиком или компаундом

— Плата разъёмов балансировки припаяна только с одной стороны.

При желании, можно дополнительно пропаять.

— Металлическая рамка дисплея касается обмотки дросселя.

Желательно проложить изолятор или просто отогнуть лапку крепления рамки.


— Одна диодная сборка установлена с лицевой стороны платы и следовательно через пластину не охлаждается — при выходном токе зарядки более 4А, она сильно греется. Простыми способами исправить не получится.
— Полевик цепи разряда охлаждается через очень толстую мягкую силиконовую неармированную термопрокладку (3,5мм), что приводит к его довольно сильному нагреву в режиме разряда. Надеюсь, производитель знал что делал.

Можно теоретически прикинуть. Теплопроводность такой термопрокладки в лучшем случае 3Вт/мК, что при площади теплового контакта корпуса TO-220 1,0см2 и дырчатого корпуса зарядки 0,6см2, толщине 3,5мм даёт нагрев 15ºС на каждый Ватт. Через выводы на плату отводится около 1Вт, остальные 4Вт передаёт прокладка — полевик нагреется не менее 100ºС (4*15+40). Реальная измеренная температура при максимальной мощности 5Вт оказалась аж 114ºС (измерял термрпарой в районе крепёжного отверстия полевика). Немного снизить его температуру можно, если между корпусом и платой мазнуть термопасты.

Охлаждение остальных полупроводников организовано через бутерброд: термопрокладка 1мм — алюминиевая пластина 4мм — термопрокладка 1мм — алюминиевый корпус
Корпус зарядки изолирован от схемы.

Зарядка имеет реальную защиту от переполюсовки питающего напряжения и защиту от переполюсовки подключённого аккумулятора, при этом защита от КЗ отсутствует.

Применяемые ОУ не являются прецизионными, поэтому изначально имеется заметная погрешность уставки малых токов. Например, при типичном начальном смещении ОУ LM2904 3мВ, ток разряда запросто может сместится на 0,03А, а заряда сразу на 0,1А! Именно поэтому производителю приходится программно калибровать каждую зарядку для уменьшения погрешности уставки токов. Однако, температурный дрейф таким образом уменьшить нельзя.
Устранить этот недостаток возможно, используя прецизионные ОУ (например AD712C, AD8676 и т.д.) и более оптимально развести печатную плату, однако это приведёт к удорожанию производства. Заводская калибровка конечно в какой-то степени снижает это смещение, однако как её проводить самостоятельно — неизвестно. По этой причине, самостоятельная замена ОУ на более качественные не имеет смысла.

К зарядке можно подключить внешний датчик температуры:
фирменный SK-600040-01

или самодельный на базе LM35DZ
Внутренний термодатчик расположен непосредственно около полевого транзистора разрядки.

Зарядка учитывает падение напряжения на соединительных проводах при протекании токов заряда и разряда (параметр Resistance Set). Значение параметра сохраняется даже при сбросе настроек по умолчанию. Не рекомендую бездумно менять это значение.
Соединительные провода Бананы-T + T-крокодилы имкют реальное общее сопротивление 38мОм, и оптимальное значение Resistance Set = 85

Некоторые программные глюки:
— отсутствует возможность корректировать напряжение заряда и разряда на Pb аккумуляторах
— литий в режиме стандартной зарядки заряжает аккумулятор до снижения тока 0.1А и менее независимо от уставки тока зарядки, что неверно. Конечный ток зарядки должен быть около 10% от тока уставки.
— в режимах NiCd и NiMH Auto Charge ток зарядки может превышать установленное ограничение, например поставили 0,2А, а заряд идёт 0,6А
— в режимах NiCd и NiMH ловит дельту очень нестабильно и значительно выше, чем задано в настройках — это может привести к перезаряду аккумуляторов.
При установленной минимальной дельте 4mV/Cell (Default) в режиме NiCd и NiMH зарядка отключилась при падении напряжения на 10-20mV. Иногда дельту вообще проскакивает и заряжает аккумулятор до сильного разогрева 🙁
Так почему такое происходит? Дело в том, что контроллер физически не может уловить разницу 4-5mV из-за наличия делителя напряжения 1:7,47 на входе и 12bit ADC (дискрета получается почти 10mV).
Поэтому, при зарядке NiCd и NiMH необходимо либо ограничивать заливаемую ёмкость, либо использовать внешний датчик температуры.
Проверка ещё продолжается…

Соответствие реального и отображаемого напряжений при нулевом токе
0,0В – 0,00В
0,1В – 0,02В
0,2В – 0,12В
0,3В – 0,22В
0,4В – 0,32В
0,5В – 0,42В
0,6В – 0,52В
0,7В – 0,62В
0,8В – 0,72В
0,9В – 0,82В
1,0В – 0,92В
1,1В – 1,02В
1,2В – 1,12В
1,3В – 1,23В
1,4В – 1,33В
1,5В – 1,43В
2,0В – 1,93В
2,5В – 2,44В
3,0В – 2,94В
3,5В – 3,45В
4,0В – 3,95В
4,5В – 4,46В
5,0В – 4,96В
6,0В – 5,96В
7,0В – 6,96В
8,0В – 7,95В
9,0В – 8,94В
10,0В – 9,94В
12,0В – 11,92В
15,0В – 14,90В
20,0В – 19,90В
25,0В – 24,95В
30,0В – 29,95В
Занижение отображаемого напряжения означает, что аккумуляторы будут слегка перезаряжаться.

Соответствие установленного и реального тока заряда в режиме Pb при напряжении 3,5-4,5В
0,1А – 0,092А
0,2А – 0,202А
0,3А – 0,298А
0,4А – 0,399А
0,5А – 0,490А
0,6А – 0,614А
0,7А – 0,712А
0,8А – 0,802А
0,9А – 0,902А
1,0А – 0,997А
1,1А – 1,145А
1,2А – 1,245А
1,3А – 1,340А
1,4А – 1,430А
1,5А – 1,576А
1,6А – 1,675А
1,7А – 1,760А
1,8А – 1,860А
1,9А – 1,956А
2,0А – 2,13А
2,1А – 2,23А
2,2А – 2,33А
2,3А – 2,44А
2,4А – 2,55А
2,5А – 2,66А
3,0А – 3,23А
3,5А – 3,76А
4,0А – 4,20А
4,5А – 4,72А
5,0А – 5,27А
5,5А – 5,81А
6,0А – 6,33А
Включение вентилятора вызывает повышение тока на выходе на 0,03А из-за неоптимальной разводки общего провода.
С прогревом платы, ток заряда немного уменьшается, из-за температурного дрейфа ОУ, а также из-за участка фольги печатной платы в измерительной токовой цепи

График соответствия установленного и реального тока разряда в режиме Pb при напряжении 2-2,5В

Включение вентилятора вызывает повышение тока на выходе на 0,01А
Погрешность установки малых токов разряда очень велика — ток сильно занижен (особенно в диапазоне 0,2-0,8А). Именно поэтому отображаемая ёмкость аккумулятора при разряде зачастую превышает залитую ёмкость. Такое ощущение, что программная калибровка разрядного тока вообще не производилась. Для лития оптимальный ток разряда с минимальной погрешностью получается на токе 1,0А при этом будет завышение измеренной ёмкости на 3,5%

Литий в режиме Fast заряжает до падения тока зарядки 50% и менее в течение 1,5 минут. При этом аккумулятор реально заряжается не полностью (примерно до 95%).
Литий в режиме Charge заряжает до падения тока зарядки 0,1А и менее в течение 1,5 минут независимо от уставки тока зарядки.
LiPo заряжает до 4,20В на элемент (можно корректировать 4,18-4,25В), разряжает до 3,20В на элемент (можно корректировать 3,0-3,3В)
Li-Ion заряжает до 4,10В на элемент (можно корректировать 4,08-4,20В), разряжает до 3,10В на элемент (можно корректировать 2,9-3,2В)
Li-Fe заряжает до 3,60В на элемент (можно корректировать 3,58-3,70В), разряжает до 2,80В (можно корректировать 2,6-2,9В)

Свинец заряжает до 2,4В на элемент (без возможности корректировки) и падения тока 10% и менее в течение 10 секунд
Конечное напряжение разряда свинца 1,8В на элемент (без возможности корректировки) и без задержки

В режиме заряда NiCd и NMH напряжение зарядки подаётся без проверки подключения аккумулятора, при этом на выходе кратковременно появляется напряжение до 26В. Защита от КЗ при этом не работает — будьте осторожны!
В этом режиме, зарядка каждые 30сек отключает зарядный ток на 2сек для более точного контроля напряжения на аккумуляторах. Именно это напряжение и показывается.
Измеряемое входное напряжение слегка завышается — при реальных 12,00В показывает 12,18В
При входном напряжении менее 10В, на экране отображается DC IN TOO LOW (Низкое входное напряжение)
При входном напряжении более 18В, на экране отображается DC IN TOO HI (Высокое входное напряжение)

Максимальная выходная мощность зарядки сильно зависит от величины входного напряжения. Полную мощность она выдаёт только при входном напряжении 15В и более. Не зря родной БП имеет напряжение именно 15В.
График зависимости реальной выходной мощности по всему допустимому диапазону значений входных напряжений:

Максимальная мощность заряда 63Вт превышает заявленные 60Вт потому, что реальный ток превышает отображаемый на дисплее.

Альтернативные прошивки, к сожалению, пока отсутствуют.
Самостоятельная калибровка также пока недоступна.
Надписи с поверхности корпуса легко стираются 🙁

Выводы: без сомнения, зарядка B6 mini очень интересная и несмотря на недостатки, порадовала своей работой. Потенциал этой зарядки пока ограничен желанием производителя, который не торопится исправлять хотя-бы программные ошибки.
Надеюсь, информация из обзора была для Вас полезной.

Прокачиваем умную зарядку Imax B6 / Habr

Воистину говорят: лень — двигатель прогресса! Вот и мне, взбудоражила голову мысль, автоматизировать процесс измерения и тренировки кислотных аккумуляторных батарей. Ведь кто, в здравом уме, будет, в наш век умных микросхем, корпеть над аккумулятором с мультиметрами и секундомером? Наверняка, многие знают «народное» зарядное устройство Imax B6. На хабре есть статья про него (и даже не одна). Ниже я напишу, что я с ней сделал и зачем.



Точность


В начале, моей целью было увеличение разрядной мощности, чтобы измерить свои батареи для бесперебойника и, в перспективе, тренировать их, не подвергаясь риску преждевременной старости (меня, а, не аккумуляторов). Погонял устройство в разобранном виде.

Внутри оно щедро нашпиговано множеством дифференциальных усилителей, мультиплексором, buck-boost регулятором с высоким КПД, имеет хороший корпус, а в сети можно найти открытый исходный код очень неплохой прошивки. При токе зарядки до 5 ампер, им можно заряжать даже автомобильные аккумуляторы на 50А/ч (ток 0.1C). При всем, при этом этом, богатстве, в качестве датчиков тока, здесь используются обычные 1 Вт резисторы, которые, ко всему прочему, работают на пределе своей мощности, а значит, их сопротивление значительно уплывает под нагрузкой. Можно ли доверять такому измерительному прибору? Подув и потрогав руками эти «датчики» сомнения ушли — хочу переделать на шунты из манганина!

Манганин (есть еще константан) — специальный сплав для шунтов, который практически не изменяют своего сопротивления от нагрева. Но его сопротивление на порядок меньше заменяемых резисторов. Так же, в схеме прибора используются операционные усилители для усиления напряжения с датчика до читабельных микроконтроллером значений (я полагаю, верхняя граница оцифровки — опорное напряжение с TL431, около 2,495 вольт).

Моя доработка заключается в том, чтобы впаять шунты вместо резисторов, а разницу в уровнях компенсировать, изменив коэффициент усиления операционных усилителей на LM2904: DA2:1 и DA1:1 (см. схему).

Схема

Для переделки нам понадобятся: само устройство оригинал (я описываю переделку оригинала), манганиновые шунты (я взял от китайских мультиметров), ISP программатор, прошивка cheali-charger (для возможности калибровки), Atmel Studio для ее сборки (не обязательно), eXtreme Burner AVR для ее прошивки и опыт по созданию кирпичей успешной прошивке атмеги (Все ссылки есть в конце статьи).
А так же: умение паять SMD и непреодолимое желание восстановить справедливость.

Я нигде не учился разработке схем и вообще радиолюбительству, поэтому вносить такие изменения в работающее устройство вот так с ходу, было лениво боязно. И тут на помощь пришел мультисим! В нем возможно, не прикасаясь к паяльнику: реализовать задумку, отладить ее, исправить ошибки и понять, будет ли она вообще работать. В данном примере, я смоделировал кусок схемы, с операционным усилителем, для цепи, обеспечивающей режим заряда:

Резистор R77 создает отрицательную обратную связь. Вместе с R70 они образуют делитель, который задает коэффициент усиления, который можно посчитать примерно так (R77+R70)/R70 = коэффициент усиления. У меня шунт получился около 6,5 мОм, что при токе 5 А составит падение напряжения нем 32,5 мВ, а нам нужно получить 1,96 В, чтобы соответствовать логике работы схемы и ожиданиям её разработчика. Я взял резисторы 1 кОм и 57 кОм в качестве R70 и R77 соответственно. По симулятору получилось 1,88 вольт на выходе, что вполне приемлемо. Так же я выкинул резисторы R55 и R7, как снижающие линейность, на фото они не используются (возможно, это ошибка), а сам шунт подключил выделенными проводами к низу R70, C18, а верх шунта напрямую к «+» входу ОУ.

Лишние дорожки подрезаны, в том числе, и с обратной стороны платы. Важно хорошо припаять проводки, чтобы они не отвалились, со временем, от шунта или платы, потому что с этого датчика запитывается не только АЦП микроконтроллера, но и обратная связь по току импульсного регулятора, который, при пропадании сигнала, может перейти в максимальный режим и угробиться.

Схема для режима разрядки принципиально не отличается, но, так как я сажаю полевик VT7 на радиатор, и увеличиваю мощность разрядки до предела полевика (94Вт по даташиту), хотелось бы и максимальный ток разряда выставить по-больше.

В результате я получил: R50 – шунт 5,7 мОм, R8 и R14 — 430 Ом и 22 кОм соответственно, что дает требуемые 1,5 вольт на выходе при токе через шунт 5 А. Впрочем, я экспериментировал и с большим током — максимум вышло 5,555 А, так что зашил в прошивку ограничение до 5,5 А (в файле «cheali-charger\src\hardware\atmega32\targets\imaxB6-original\HardwareConfig.h»).

По ходу вылезла проблема — зарядник отказался признавать, что он откалиброван (i discharge). Связано это с тем, что для проверки используется не макроопределение MAX_DISCHARGE_I в файле «HardwareConfig.h», а вторая точка калибровки для проверки первой (точки описаны в файле «GlobalConfig.h»). Я не стал вникать в эти тонкости хитросплетения кода и просто вырезал эту проверку в функции checkAll() в файле «Calibrate.cpp».

В результате переделок, получился прибор, который обеспечил приемлемую линейность измерений в диапазоне от 100mA до 5А и который можно было бы назвать измерительным, если бы не одно но: так как я оставил мощный разрядный полевик внутри корпуса (несмотря на улучшенное охлаждение), нагрев платы от него все равно вносит искажение в результат измерения, и измерения немного «плывут» в сторону занижения… Не уверен, кто именно виноват в этом: усилитель ошибки или АЦП микроконтроллера. В любом случае, ИМХО, стоит вынести этот полевик за пределы корпуса и обеспечить там ему достаточное охлаждение (до 94Вт или заменить его на другой подходящий N-канальный).

Прошивка


Не хотел я писать про это, но меня заставили.
  1. Скачиваем и устанавливаем необходимые материалы (ссылки в конце статьи).
  2. На программаторе распаиваем и ставим перемычку JP3 — это переключит интерфейс в медленный режим. Пока я не поставил перемычку — у меня были проблемы с прошивкой.
  3. Подключаем программатор к устройству, а программатор в комп (картинка ниже — для оригинала устройства! клон подключается иначе):

  4. В программе eXtreme Burner, выбираем наш чип (меню Чип->ATmega32), после чего пробуем прочитать все (Read All). Если все получилось, оригинальную прошивку и EEPROM можно сохранить где-нибуть, на всякий случай.
  5. Теперь попробуем скомпилировать нашу прошивку (это действие не обязательно, можно взять готовую из папки «cheali-charger\hex\cheali-charger-imaxB6-original-0.33.hex», в таком случае, переходите к пункту 6).
    Вообще, как и что можно делать, часто пишут в сопроводительной документации, например, про сборку — в файле «building.md».

    В данном случае, порядок такой:

    • установить Atmel Studio и cmake
    • запустить «Atmel Studio Command Prompt» и перейти в папку с
      cheali-charger.
      То есть, к примеру: cd s:\cheali-charger
    • выполнить: s:\cheali-charger> cmake. -G «Unix
      Makefiles»
    • выполнить: s:\cheali-charger> make
    • Файл прошивки должен создастся здесь:
      «s:\cheali-charger\src\hardware\atmega32\targets\imaxB6-original\cheali-charger*.hex»

  6. Загружаем нашу прошивку в eXtreme Burner, после чего, жмякаем Write->Flash. Боже упаси зашить по ошибке «все», например: неправильные фьюзы, которые есть на 3ей вкладке — в этом случае можно потерять доступ для дальнейшей прошивки через ISP, а может, и через другие интерфейсы. Оживить полученный кирпич реально только на высоковольтном параллельном программаторе. На всякий случай, правильные фьюзы: low=3F, high=C5.
  7. Калибровка. Для нее понадобится батарея li-ion из, по крайней мере, 2-х элементов. Порядок калибровки можно прочитать в «README.md». Можно, переставляя ее в сторону по балансному разъему, откалибровать все 6 входов, при этом, первые 2 можно откалибровать отдельно (более точно), в меню экспертной калибровки, про нее написано в «calibration_expert.md».

Немного про мою доработку охлаждения


Полевик VT7, на новом месте, приклеен на термоклей, а его теплоотвод — припаян к медной пластинке:

Охлаждение решил сделать из ненужного радиатора на тепловой трубке от мат-платы. На фото видно подходящую по размерам прижимную пластину и площадку транзистора, по периметру которой проложена изолирующая пластмасса — на всякий случай. Пяточек из жала паяльника припаян прямо к плате, к общему проводу — будет играть роль дополнительного теплоотвода от преобразователя:

Собранная конструкция не помешает стоять прибору на ножках:

Готовы к прошивке:

Я испытал эту переделку в пассивном режиме охлаждения: разряд 20 минут 6-вольтовой Pb-батареи максимальным током 5,5А. Мощность высветилась 30…31Вт. Температура на тепловой трубке, по термопаре, дошла до 91°C, корпус тоже раскалился и, в какой-то момент, экран начал становиться фиолетовым. Я, конечно, сразу прервал испытание. Экран долго не мог прийти в норму, но потом его отпустило.

Теперь уже очевидно, что выносной блок нагрузки, с разъемным соединением, был бы наилучшим решением: в нем нет ограничений на размер радиатора и вентилятора, а сама зарядка получилась бы более компактной и легкой (в поле разряд не нужен).

Надеюсь, что эта статья поможет новичкам быть смелее в экспериментах над беспомощными железяками.
Замечания и дополнения приветствуются.

Предупреждение: описанные модификации, при неумелом применении, могут повредить компоненты зарядки, превратить ее в необратимый «кирпич», а так же привести к снижению надежности устройства и создать риск пожара. Автор снимает с себя ответственность за возможный ущерб, в том числе за зря потраченное время.

Ссылки


Альтернативная прошивка cheali-charger: https://github.com/stawel/cheali-charger (Её обзор на youtube: раз, два).
Для компиляции прошивки: Atmel Studio и CMake
Программа-прошивальщик: eXtreme Burner AVR
ISP программатор: USBASP Programmer for ATMEL

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
4a
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
4a
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?

Доработка iMax-B6 на ATmega32. Часть первая.: elchupanibrei — LiveJournal

Универсальное зарядное устройство iMax-B6 по праву считается народным. Любой авиамоделист или человек имеющий в хозяйстве Li-Po аккумуляторы издалека узнает синюю шайтан-коробку.
внешний вид шайтан-коробки

Для своего времени зарядка оказалась настолько революционной и простой, что ее начали копировать все кому не лень. Существуют несколько версий зарядника:
— Оригинал назывался BC-6 и производился компанией Bantam на базе ATmega32/ATmega32L.
— Потом его удачно слизала SkyRC, а про Bantam все забыли.
— Точная копия SkyRC на ATmega32 сделанная в подвале (такая попалась мне).
— Копия с отличиями в схеме и плате.
— Зарядка на чипе Nuvoton M0517. Клоном ее назвать трудно так как это устройство совсем на другом микроконтроллере и только внешне похожее на iMax-B6.
— В 2016/2017 году китайцы достигли дна оптимизации и выпустили новый зарядник, который нормально заряжает только литий. Чип в корпусе TQFP48 и без маркировки. Вангуют что это STC или ABOV MC96F6432. Похоже ванги ошиблсь — это оказался MEGAWIN MA84G564. Сторонних прошивок нет и похоже не будет.

В сети гуляют как минимум три схемы оригинального iMax-B6. Самая удачная попытка срисовать схему и понять как она работает была предпринята пользователем electronik-irk. Со своими наработками он поделился в сообществе «Рожденный с паяльником».

Но в любой бочке меда всегда найдется ложка дегдя. Нашлась она и в iMax-B6. Это проблема с Δv во время заряда 1.2 вольтовых Ni-Ca и Ni-Mh аккумуляторов. В свое время я писал в сообщество о проблеме с Δv, но ответа так и не получил. Мое мнение — трудности с Δv возникают из-за нескольких косяков. Первый — во время включения и при каждом измерении на конденсаторе C21 и выходных клемах возникает выброс порядка 3-4 вольта, который вносит не хилые искажения Δv у 1.2 вольтовых аккумуляторов.


схема силовой части

Эта проблема легко решается добавлением сопротивления R128 с номиналом 4.7кОм параллельно конденсатору C21. В качестве бонуса этот резистор исправляет баг-фичу некоторых iMax-ов — умирать при включении без нагрузки. При этом обычно горят VT26 или VT27.

Подпаивать R128 надо сюда

Вторая проблема маленькая разрядность АЦП и шумы от блока питания и цифровых цепей. 10bit еле-еле хватает для диапазона 0в — 30в с точностью 0.29мВ. Чтобы хоть как-то облегчить работу АЦП нужно провести комплекс мероприятий:
— Повысить стабильность опорного напряжения.
— Поменять родную прошивку iMax на cheali-charger. Данная прошивка использует трюк с передискретизацией и добавлением искуственного шума. После всех этих доработак вы сможете ловить Δv у Ni-Ca/Ni-Mh при зарядных токах > 0.5C

В iMax-е построенном на ATmega32 применяется не самый точный источник опорного напряжения в 2.5 вольта на базе TL431. Слегка повысить его стабильность можно допаяв электролитический конденсатор емкостью 10мкФ между AREF и землей.


опорник в левом вехнем углу

О перепрошивки, калибровке и активации режима искусственного шума я опишу во второй части.

UDP: Как правильно заметил Loll Ol в комментариях, TL431 очень критична к емкости выходного конденсатора. Красным отмечены зоны стабильной работы: 0.001mF — 0.01mF и 10mF.


график стабильности TL431

SkyRC iMax B6 mini глазами электроника

Представляю не совсем обычный обзор популярной зарядки — он написан не столько пользователем, сколько электроником схемотехником. Будет много технической информации и первая в инете реальная принципиальная схема устройства.

Официальная страничка производителя
www.skyrc.com/index.php?route=product/product&product_id=200
Там-же можно скачать инструкцию на английском языке и программное обеспечение
Зарядку заказывал почти пол-года назад у другого продавца, где их уже нет, поэтому ссылка на аналогичный товар другого продавца

Коробка со всех сторон







Инструкция только на английском языке

Само устройство завёрнуто в мягкий пакетик

Кабели в комплекте

На экран наклеена предупреждающая бирка о том, что если что-то пошло не так — сами виноваты, нечего было без присмотра оставлять 🙂






Проверка оригинальности прошла нормально (даже не сомневался)



Исходная версия прошивки V1.10

Прошивка была обновлена на V1.12 — в ней добавилась возможность заряжать литий без подключения балансировки, что иногда может быть полезно, а иногда и опасно

Под Win8.1 про

Балансная зарядка на iMax B6

Универсальное зарядное устройство iMax B6 умеет заряжать литиевые, никель-металгидридные и свинцовые аккумуляторы. Одновременно можно заряжать до шести литиевых аккумуляторов. Есть возможность балансировки, но балансных проводов в комплекте нет. Я наконец-то купил эти провода и разобрался с балансной зарядкой.


Для зарядки аккумуляторы соединяются последовательно, при этом получается, что если физические свойства аккумуляторов отличаются (а они отличаются всегда хоть на чуть-чуть), часть аккумуляторов недозаряжается, а часть перезаряжается. Чтобы устранить эту проблему, используется балансная зарядка, при которой к каждому аккумулятору подключается дополнительный провод.

У iMax B6 есть пять разъёмов балансировки — на 2, 3, 4, 5 и 6 аккумуляторов. На Aliexpress продаются наборы балансировочных проводов под все разъёмы и я купил такой набор за $1.22.

Оказалось, что достаточно только одного разъёма — семиконтактного 6S. Контакты всех балансировочных разъёмов у iMax соединены: у всех разъёмов справа минус, потом контакт от плюса первого аккумулятора, потом от второго и так далее. Пять разъёмов сделано для подключения готовых сборок аккумуляторов с балансными разъёмами.

Спаял хорошие холдеры на шесть аккумуляторов и припаял к ним шестиконтактный балансировочный разъём.

С помощью этой оснастки можно заряжать 1, 2, 3, 4, 5 и 6 аккумуляторов. Если аккумуляторов меньше шести, они ставятся. начиная от минусового контакта. Силовые контакты зарядки подключаются следующим образом: минусовой всегда к минусу первого аккумулятора, плюсовой — к плюсу последнего (в зависимости от количества аккумуляторов это может быть разный контакт холдеров).

На iMax выбирается режим BAL (а не CHG).

Если во время зарядки нажать кнопку Inc, будет отображаться напряжение на каждом аккумуляторе.

Для балансной зарядки важно, чтобы аккумуляторы изначально были разряжены одинаково, иначе зарядка может занять очень продолжительное время. Если при зарядке ток упал до 0.1 A, напряжение одного из аккумуляторов достигло 4.2 V, а напряжение остальных сильно ниже, лучше остановить зарядку, вынуть зарядившийся аккумулятор и продолжить заряжать остальные. Это может оказаться гораздо быстрее.

P.S. На всякий случай добавлю схему подключения, взятую из интернета.

© 2019, Алексей Надёжин

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о