مقاله فارسی درباره کاربرد ریز کنترل کننده شارژ باتری

کاربرد ریز کنترل کننده- شارژ باتری
پیشگفتار:
با تحول کنونی ارتباط بی سیم، مالکیت تلفن همراه اکنون منظره ای عادی در اکثر کشور های توسعه یافته است. همراه سهولت سریع و آسان ، این موقعیت هم چنین با خود حوزه جدیدی از فرصت های شغلی را به همراه آورده است. اما با هر تلفن همراه سلولی یک باتری قابل شارژ و یک شارژ باتری عرضه می شود. هم چنانکه گرایش به سمت شبکه بی سیم هم چنان رو به گسترش است تلفن های همراه سلولی با این کارهای اضافی اکنون در حال غلبه بر بازارهستند با این وجود نیاز برای باتری های قابل شارژ مجدد و شارژرهای همراه آن ها را افزایش می دهد. به علاوه محبوبیت دستگاه هاي دستي مانند PDA و mp3 .واكمن و دوربين هاي ديجيتال همگي به باتري هايي براي كار كردن نياز دارند كه به اهميت باتري هاي داراي قابليت شارژ مجدد مي افزايند با به خاطر سپردن اين امر اين مقاله قصد دارد تا مشخصه هاي خاص باتري هاي قابل شارژ مجدد را توضيح دهد و پس از آن توضيحي داده خواهد شد در مورد اينكه چگونه يك شارژ باتري با قابليت شارژر سريع طراحي مي شود.
Holtek Semicouductor اخيرآ يك دستگاه ريز كنترل كننده شارژر باتریHT46R47 را عرضه کرده است. این دستگاه می تواند به طور کلی به عنوان اساس در پس شارژرهای باتری با قابلیت شارژر سریع برای گستره ای از باتری های قابل شارژ مجدد که بیشترین کار بر را دارند نظیر باتری های Li-ion,Ni-NH,Ni-Cd در کاربرد هایی نظیر تلفن های همراه واکمن ها ،PDAs و ….بکار می روند. این مقاله کار HT46R47را به منظور توضیح بیشتر اصول موجود در پس شارژ کردن باتری های Li-ion,Ni-MH,Ni-Cd را علاوه بر دادن درکی از اینکه چگونه یک شارژر مناسب بسازیم توضیح می دهد.
پس از مطالعه امیدواریم که خوانندگان شناخت لازم برای دست بکار شدن برای طراحی شارژر خود و باز شناختن نقاط قوت و ضعف انواع مختلف باتری ها و شارژرهایی که در حال حاضر موجود هستند داشته باشند.
گر چه ریز کنترل کننده 46H47توسطHoltek با بازار شارژر باتری به عنوان کانون توجه اصلی گسترده کاربد آن بسیار متنوع است. برای مثال کارکردهای گسترده درونی آن و انعطاف پذیری آن آن را برای گستره ای از کاربرد هایی متناسب می کند که به آنالوگ برای تابع های دیجیتالی نیاز دارند. تعیین ایمنی بالای صدای آن, آن را برای استفاده در حوزه کاربرد ابزار معمولی متناسب میکند در حالیکه تابع خروجیPMW درونی هم چنین وسیله ای برای تأمین و کنترل ولتاژ فراهم می آورد.
باتری و شارژر:
باتری هایی که به طور گسترده در بازار به کار برده می شوند انواع Li-ion,Ni-NH, Ni-CD هستند که که همگی ظرفیت شان را درmAh اندازه می گیرند.
این ارزش میزان جریانی را که باتری می تواند برای میزان مشخصی از زمان تأمین کند نشان می دهد.
برای مثال یک باتری500mAk باید بتواند بطور مداوم 500mA را برای 1 ساعت یا 50mh را برای 10 ساعت تأمین کند. به بیان ساده تر هر چه قدر ظرفیت باتری که در mAh اندازه گرفته شده است بزرگتر باشد باتری مدت بیشتری می تواند جریان را تأمین کند.
به هر حال به منظور دست یافتن به حد اکثر کار آیی و با صرفه بودن باتری اطمینان حاصل کردن از اینکه باتری کاملآ شارژ شده است ضروری است . برای انجام این کار نه تنها انتخاب شارژرهای باتری که بتواند باتری هارا در زمانی کوتاه مجدد شارژ کند ضروری است بلکه آشکار ساختن زمانیکه باتری در کاملترین حالت شارژر شد قرار دارد ضروری است. به منظور شارژر سریع در یک ساعت, جریان شارژر باید در500Ah/1h=500mAبماند. برای به اصطلاح ظرفیت500mAh باتری یک جریان شارژ کننده1C,500mA نامیده می شود. اگر باتری های Ni-Cd یا Ni-NH بدون اولین تخلیه کامل شارژ مجدد شوند آنها از کاهش ظرفیت کلی شان آسیب خواهند دید. پدیده ای که به عنوان تأثیر حافظه شناخته شده است. باتری های Li-ion از تأثیر حافظه آسیب ندیده و از کاهش ظرفیت مشابهی را تجربه نخواهند کرد اگر بدون اولین تخلیه شارژ مجدد شود.
در طول فرایند شارژ مجدد دانستن این که چه زمان باتری به شرط شارژ کامل رسیده است با اهمیت است .بدون قابلیت پی بردن به این شرط شارژر به ذخیره کردن جریان در باتری حتی پس از این که به حالت کامل شارژ شده رسیده باشند ادامه می دهد موقعیتی که می تواند به باتری ها آسیب برساند. در ادامه روش پی بردن به حالت کاملتر شارژ شده باتری ها Li-ion,Ni-NH,Ni-Cd را نشان می دهد.
نمونه کاربرد HT46R47MCU:
توضیح مختصری از HT46R47MCU اکنون داده می شود با ان همه اول نمودار بلوکی نشان داده شد بحث خواهد شد.

در زیر تخصیص پایه برای HT46R47MCU قرار دارد.

با مراجعه به نمودار بلوکی و نمودارهای پایه کارکردهای 46R47MCU به صورت زیر مطرح می شوند.
HT46R47 ریز کنترل کننده 8 بیتی RISC را استفاده می کند. این کنترل کننده مجموعه مؤثر دستور العملی از 63 دستورالعمل رادر برگرفته و دارای پشته سخت افزار6 مرحله ای است. تایمر داخلی Watch Dog میتواند در نتیجه نقص نرم افزار با تنظیم کردن ریز کنترل کننده به طور خودکار از عملکرد نادرست جلوگیری کند. تنظیم ولتاژ پايين جهت پي بردن به تامين نيروي ولتاژ گنجانده شده و به طور خودكار دستگاه را تنظيم مي كند بايد اين ولتاژ زیر ارزش خاص قرار بگیرد.کاربرد وسیع رمز ظرفیت حافظه به صورت برنامه حافظه درونی 2k تأمین شده است درحالیکه گزین Option Romفراهم شده است تا گزینش های قابل انتخاب و کارهای انتخاب شده توسط کاربر را ذخیره کند. حافظه داده های داخلی رم 64 بایستی نیز برای ذخیره سازی موقتی ارزش ها در طول اجرای برنامه فراهم شده است. انواع مختلفی از وقفه ها به صورت پایه وقفه بیرونی, وقفه تایمر درونی و وقفه کانتر تایمر بیرونی. اضافی نیز برای آنالوگ 9 بیتی به مبدل دیجیتالی فراهم شده است.
* 13110 پایه تأمین شده اند، PA ,8 پایه فراهم می کند، PB ,4 پایه اضافی و یک پایه بیشتر از PD فراهم می کند. چندین پایه چند کاره در این پایه ها، O/I گنجانیده شده اند. پایه PA3 یک پایه چند کاره بوده و خروجی PFD را در این پایه فراهم می کند، در حالیکه PA4 نیز که چند کاره است، دارای کار خارجی واقعه شماراست. پایه های ورودی آنالوگ AN0~AN3
برای ADC بوسیله ی پایه های PB0~PB3 فراهم شده اند. صرف نظر از این پایه های چند کاره باید توجه شود که کار کرده PD0/PWM,PA3/PFD باید از منوی گزینش انتخاب شوند که ارزش آنها در طول برنامه نویسی دستگاه ثابت خواهد شد. اگر پایه PA4 به عنوان یک پایه وقفه بیرونی مستقر شده باشد، آن باید به عنوان پایه ورودی طراحی شود، پایه های چند کاره PB0~PB3/AN0~AN3 می توانند به صورت پایه های O/I یا به صورت پایه های ورودی آنالوگ تحت کنترل نرم افزار طراحی شوند.
* ورودی برای تایمر کنتور 8 بیتی داخلی می تواند از پایه تایمر خارجی یا از بسامد مرجع داخلی ذخیره شده باشد. با بکاربردن بسامد مرجع داخلی ساعت سیستم می تواند تقسیم شود تا گستره ای از 8 بسامد مختلف برای استفاده به عنوان ساعت ورودی تایمر / کانتر را بدست دهد که با حداکثر نسبت تقسیم 128، یک منبع تایمر ساعت انعطاف پذیر را فراهم می کند. بسامد خروجی PFD نیز بوسیله ی تایمر / کانتر 8 بیتی كنترل مي شود بسامد pfd به واسته سر ريز بيت تايمر كانتر 8 بيتي تقسیم بر 2 کنترل می شود. برای مثال اگر دوره ساعت ورودی کانتر/ تایمر us1 باشد، و اگر کانتر تایمر یک شرط سر ریز را منتشر خواهد کرد، که اگر بر 2 تقسیم شود، خروجی PFD را تأمین می کند. دوره خروجی PFD بنابراین می تواند به صورت زیر محاسبه شود:
sS (256-6)*2=5001
بنابراین خروجی PFD بسامد S1/500 وارد که مساوی 2KHZ است. با استفاده از روش بالا برای مستقر کردن کانتر/ تایمر 8 بیتی، ارزش های مختلف بسامد PFD می تواند ایجاد شود.
تابع درونی PWM می تواند بکار برده شود تا بهترین روش کنترل جریان را برای کاربردهای شارژر باتری فراهم کند. کاربرد مدار ضمیر شده برای تعیین HT46R47 باید برای کاربرد این کنترل مشورت شود.

پایه PD0/PWM به یک ترانزیستور NDN از طریق یک جفت RC موازی متصل شده، متصل شده است که به نوبت حالت روشن/ خاموش/ ترانزیستور DND متصل به این مدار را کنترل می کند. هنگامیکه علامت خروجی PWM بالا باشد، هر دو ترانزیستور NPNو PNP روشن هستند و القاء گری که به ذخیره V12 متصل است به جریان شارژ کننده ای منجر می شود که برای باتری تأمین می شود. وقتی خروجی PWM پائین باشد، ترانزیستور های NPNوPNP خاموش خواهند بود و ذخیره V12 از القاء گر جدا خواهد شد و در نتیجه، جریان شارژ کننده برای باتری خاموش خواهد بود. جریان ایجاد شده بواسطه میدان که در حال ضعیف شدن است اطراف القاء گر قطع خواهد شد از طریق دیود اسکاتکی با کنترل سیکل کار این
سیگنال PWN ، گزینش PWM مورد نیاز باید انتخاب شود. سیکل کار سیگنال PWM ارزش قرار داده شده در ثبت موقتی PWM 8 بیتی را دنبال می کند. توجه داشته باشید که بسامد سیگنال خروجی PWM در ارزش ساعت سیستم تقسیم بر 256 ثابت است، اما یک فاکتور4 با تقسیم سیگنال PWM به 4 بخش افزایش می یابد که بسامد خروجی PWM مساوی با ساعت سیستم تقسیم بر 4 را می دهد. سیگنال های بالاتر بسامد بازده های شارژ کلی تصویری می دهد. اگر نیاز به تغییر بسامد سیگنال PWM باشد، تنها راه تغییر بسامد سیستم است. هم چنین طراحی پایه PDO به عنوان ورودی برای فراهم ساختن ورودی PWM ضروری است. هم چنین توجه کنید که ارزش PDO باید بالا قرار داده شود تا خروجی PWM را فراهم کند، اگر پائین قرار داده شود خروجی در موقعیت پایین باقی خواهد ماند.

* انعطاف پذیری محصول با گنجاندن یک ADC چهارگانه و بیتی در ابزار به شدت تقویت می شود. ورودی های آنالوگ 4 در استفاده مشترک با پایه های O/I PB هستند. منبع ساعت برای ADC دارای 3 گزینش بوده و می تواند بسته به نیازهای تغییر زمان کاربر انتخاب شوند. اگر دقت ADC 8 بیتی برای کاربرد کافی باشد، ارزش تغییر یافته می تواند مستقیماً از قرائت ثبات ADC منفرد خوانده شود بدون نگرانی در مورد ثبات اضافی و فرآیند تبدیلی برای بیت اضافی.
معمولاً به هنگام ایجاد یک تبدیل A/D، بررسی موقعیت ذخیره نیرو با اهمیت است برای اطمینان از اینکه هیچکدام از پایه های خروجی در طول این دوره در حال عوض شدن نیستند که می تواند منبع صدای ناخواسته را ایجاد کرده و شاید ارزش تغییر را تحت تأثیر قرار دهد. بازگشت به عملکرد عادی می تواند پس از اینکه تغییر A/D کامل شد می تواند انجام شود.
فیلتر کردن مناسب ذخیره نیرو و خطوط ورودی ADC می تواند خطاهای بالقوه را بیشتر کاهش دهد. دقت باید مبذول شود با طرح PCB و ذخیره نیرو و ورودی آنالوگ ADC به اطمینان از حداقل تداخل منجر می شود. توصیه می شود که خازن MF 0.1 بین VDD و VSSقرار داده شود تا تأثیرات صدای ذخیره نیرو را کاهش دهد.
دقت بهتر ADS می تواند با انتخاب منابع ساعت تحت 1MHZ بدست آید. سرعت تغییر دارای رابطه ای با دقت خروجی ADC با سرعت های پایین تر است که دقت های بالاتری را بدست می دهد.
پس از این مقدمه بر شارژر باتری MCU.HOLTEK اکنون با بکار بردن تعیین دستگاه و کاربرد مدار، طراحی دو باتری NI-Cd NI-MH, یا شارژر سریع باتری Li-ion امکان پذیر است.
* هر نگهدارنده باتری دارای دو LEDS است که بصورت زیر بیان می شود:
* اصل طراحی: پیش از طراحی یک شارژر مناسب، پی بردن به مشخصه های مختلف هر نوع باتری با قابلیت شارژ مجدد ضروری است. چندین روش برای تعیین اینکه آیا یک باتری Ni-CD یا Ni-MH کاملاً شارژ شده است وجود دارد:
یک روش پی بردن به اینکه باتری به طور کامل شارژ شده است در هر صورت ممکن است در نتیجه تأثیرات دمای اطراف اشتباه باشد. بنابراین توصیه می شود که روش بازبینی برای یک کاهش ناگهانی در ولتاژ باتری بکار می رود زیرا اثبات شده است که یک روش معتبر است حفاظت اضافی هم چنین به صورت اندازه گیری زمان های شارژ و توقف فرآیند شارژ کردن فراهم می شود، اگر زمان از 80 دقیقه برای جلوگیری از شارژ بیش از حد و آسیب باتری تجاوز کند. در مورد باتری های Li-ion اگر بطور کامل شارژ شوند، ولتاژ در 4.1V باقی خواهد ماند، بنابراین وقتی این شرط برآورده شود،جریان شارژ تا کمتر از 50mA کاهش خواهد یافت. هم چنین اگر پس از 80 دقیقه باتری به شرط شارژ کامل نرسیده باشد، فرآیند شارژ کردن خاتمه خواهد یافت.
در مورد باتری Ni-CD یا Ni-MH هم چنین نیاز است تا نشانگر تأمین شود تا نشان دهد که آیا تخلیه مورد نیاز است. توجه کنید که تخلیه پیش از شارژ مجدد می تواند هرگونه تأثیر حافظه را که ممکن است در باتری مقدم بر این فرآیند تخلیه ایجاد شده باشد کاهش دهد. برای شارژ چند باتری توجه کنید که باتری های Ni-MH و Ni-CD نیاز است که به ترتیب شارژ شوند.
* جریان شارژ کردن: شارژ کردن باتری با یک جریان شارژ سریع 500mA یا جریان شارژ آهسته 50mA به ولتاژ باتری بستگی دارد. اگر ولتاژ از 2.5v تجاوز کند، ارزش شارژ سریع 500mA سوئیچ کند پس از اینکه ولتاژ باتری به ارزش بالاتر از 2.5v برسد. برای کنترل جریان شارژ کردن تابع PWM در HT46R47 به علاوه پایه ورودی ولتاژ A/D برای ایجاد یک کنترل کننده ثابت جریان بکار خواهد رفت.
* آنالیز کاربرد مدرا: به هنگام شارژ مجدد باتری،0 مدار تخلیه آن و هم چنین مدار شارژ و تخلیه باتری را قطع خواهد کرد. LED وضع شارژ کردن باتری 0 را نشان داده و PD0 سیگنال PWM راتولید می کند. جریان شارژ کردن برای باتری0 می تواتد از طریق ولتاژ بر PB2/A2 خوانده شود. اگر جریان کمتر از ارزش مطلوب باشد، ارزش PWM می تواند جهت افزایش جریان القاء گر افزایش داده شود. بنابراین اینکار جریان شارژ باتری 0 را افزایش خواهد داد.
اگر جریان بزرگتر از آنچه مورد نیاز است باشد، ارزش PWM می تواند برای پایین آوردن جریان القاء گر کاهش بیابد و جریان شارژ را کاهش دهد. مطمئن شوید که جریان در گستره پیش فرض برای شارژ ثابت با جریان ثابت شده قرار دارد.
هم چنانکه برای تناوب شارژ کردن با ارزش هایی به غیر از ارزش های 50mA یا 500mA جریان، اصول یکسان باقی می مانند به غیر از اصول ولتاژ PB2/AN2 و ارزش PWM که متفاوت خواهند بود. پس از شارژ برای 1 ثانیه، برای 10ms تخلیه کرده وسپس ولتاژ باتری باتری 0 را اندازه بگیرید. میانگین این ارزش و ارزش های قبلی باید محاسبه شوند، پس از آنکه تصمیم باید گرفته شود که آیا باتری به طور کامل شارژ شده است یا نه پس از اینکه شرط شارژ کامل برآورد شده شارژر باید متوقف شده و یک شارژ کامل داده شود وگرنه فرایند شارژ کردن ادامه خواهد یافت.
به هنگام تخلیه باتری0 شارژ مدار آن را و شارژ و تخلیه مدار باتری را قطع کنید. یک LED وضع تخلیه باتری0 را نشان خواهد داد. باتری 0 را تخلیه کنید تا زمانیکه ولتاژ کمتر از 2.2V است، پس از آن عمل شارژ کردن می تواند شروع شود. عمل شارژ کردن باتری 1 به همان صورت است و می تواند به همان روش انجام یشود. روش شارژ کردن برای باتری های Li-ion مشابه است مگر اینکه نیازی به تخلیه پیش از شارژ کردن وجود ندارد.
* پایه های بکار نرفته O/I می توانند برای ساختن چهار LED و 2 سوئیچ ورودی استفاده شوند. تایمر می تواند برای حفظ ارزش VPEAK برای 1 دقیقه و اندازه گرفتن 80 دقیقه زمان شارژ کردن بکار برده شود. سیستم از نوسان گر 4MHZ RC استفاده می کند.
* پیش از تعریف شارژ کردن، لازم است تا تابع های HT46R47 مورد نیاز را انتخاب کنید.
PB0/AN0: ولتاژ باتری قابل شارژ مجدد در اولین نگهدارنده باتری،به عنوان ورودی ADC بکار رفته است.
PB1/AN1 : ولتاژ باتری قابل شارژ مجدد در دومین نگهدارنده باتری به عنوان ورودی ADS بکار رفته است.
PB2/AN2: یک آشکار سازی برای باتری قابل شارژ مجدد در طول شارژ کردن، به عنوان ورودی ADC به کار رفته است.
PB3,AN3,PA7: دو سوئیچ ورودی، پایه ها به عنوان ورودی های طراحی شده اند.
PA4,PA5,PA6: چهار نشانگر LED برای نشان دادن تابع شارژ با بکار بردن نمایش اسکن.
PA0: شارژ کردن دومین باتری را با استفاده از یک سوئیچ ترانزیستور کنترل می کند که به عنوان تابع خروجی بکار رفته است.
PA1: شارژ کردن اولین پیل باتری را با استفاده از سوئیچ ترانزیستور کنترل می کند که به عنوان تابع خروجی بکار رفته است.
PA2: تخلیه اولین پیل باتری را با استفاده از سوئیچ ترانزیستور که به عنوان تابع خروجی بکار رفته است کنترل می کند.
PA3: تخلیه دومین پیل باتری را با استفاده از سوئیچ ترانزیستور که به عنوان تابع خروجی بکار رفته کنترل می کند.
PD0/PWM: جریان شارژ کردن را با استفاده از سوئیچ ترانزیستور برای کنترل تابع خروجی کنترل می کند.
تایمر: برای ایجاد Sec0.04 وقفه ها به عنوان تایمر و ایجاد زمان اسکن برای LED کار می کند.
تایمرWatch Dog و WDT تابع خود تنظیم را به صورت حفاظت علیه خطاهای برنامه تأمین می کند.
تابع تنظیم ولتاژ پائین: یک تابع خود تنظیم را تأمین می کند اگر ولتاژ ذخیره انرژی از سطح مشخص پایین بیاید.
بسامد سیستم نوسان گر RC : یک مقاومت 75k که اگر بین OSC1 و زمین متصل شود سیستم بسامدی حدود 4MHZ خواهد داد.
مرجع علمی شارژ مدار:

فایل : 12 صفحه

فرمت : Word