Универсальный модуль разрядной моргалки для Ардуино и не только

[serggio]

Итак, с мощным принудительным охлаждением, (жидким азотом или тепловым насосом), выжать 370 ватт можно, но при комнатной температуре гарантированно сожжём прекрасный и не самый дешёвый транзистор.

Да не нужна такая мощность, это черезчур! Берите 150 Вт, вполне достаточно для разряда АКБ.
К тому же ваш транзистор предьявляет требования к шунту. Судя по вашей схеме, вы делаете шунт из нескольких резисторов. У них вроде как близкое сопротивление относительно вашего полностью открытого транзистора получается. Значит мощность будет сопоставима. Вам нужно уменьшать сопротивление шунта и сильно.

[Паяка]

[user]serggio[/user], при ШИМ регулировании транзистор работает в ключевом (насыщения) режиме, основная мощность рассеивается на нагрузочном резисторе, а не шунте и ключах. Ув. коллега, для которого изготавливаю этот вариант прибора, пожелал 20 ампер. Нагрузок на такую мощность среди китайского ширпотреба под доработку напильником не встречается. Можно и последние масштабировать, конечно, тоже вариант, со своими затратами труда и финансов.

Шунт делается составным из 4 двухваттных углеродно-композитных резисторов на полигонах, чтобы меньше грелись, и минимизировалось влияние ТКС. Падение на шунте честно отражает ток, взимаемый с батареи, на что бы он ни шёл, (питание самой схемы, ключи, нихром, транзисторы в линейном режиме), а дифференциальный усилитель растянутой шкалы с функцией активного ФНЧ, (кстати, подключение будет 4-проводным, дабы исключить влияние сопротивления силовых проводов), честно измеряет напряжение на клеммах. Так простыми и дешёвыми средствами можно получить более достоверные измерения.

[serggio]

[user]Паяка[/user], я все равно так и не понял вашей последней схемы.... Куда включен шунт? Куда подключается нагрузка? Если вы выбрали внешнюю нагрузку, то шунт и сток-исток транзистора должны быть включены последовательно.
Глядя на ваше схему не совсем понятно, что есть GND PWR? Вы что, хотите питать нагрузку напрямую от тестируемой батареи?

[Паяка]

[user]serggio[/user], +АКБ=+BATT идёт напрямую на вход 9-вольтового стабилизатора и "плюсовой" вывод разрядного резистора. "Минусовой" вывод последнего идёт на сток Q1 - LOAD. Исток Q1 подключен к земле прибора GND, она же земля Ардуино (Атмеги). (Пути токов по дорожкам и полигонам пока не рассматриваем, это сделаем на этапе трассировки платы).

Схема, чтобы не листать

Q2 - ключ защиты от переполюсовки, его сток подключен к -АКБ=-BATT, а исток к земле GNDPWR. Между GNDPWR и GND как раз стоит шунт. В моих схемах он часто находится между землями БП и прибора, потому сложилась такая традиция обозначений, (можно её покритиковать). Минус питания ОУ также на GNDPWR, как точке с наименьшим потенциалом в схеме.

Кроме того, входы дифусилителя будут напрямую подключены к клеммам АКБ отдельными проводами. R1 и R27 велики, и при переполюсовке ничего страшного не произойдёт. При нормальной полярности потенциал -BATT ниже GNDPWR, но благодаря делителям, напряжения на входах ОУ будут всегда в допустимых пределах.

Когда дорисую терминалы, схема станет понятнее. Пока это рабочий набросок, иллюстрирующий принципы.
Добавлено 21 Окт 2018 в 18:16
Таким образом, путь разрядного тока: +BATT - нихром - LOAD - Q1 - GND - шунт - GNDPWR - Q2 - -BATT. Небольшое собственное потребление схемы также учитывается шунтом. Утечкой через измерительные делители и цепь затвора защитного ключа Q2 пренебрегаем.

[serggio]

Небольшое собственное потребление схемы также учитывается шунтом. Утечкой через измерительные делители и цепь затвора защитного ключа Q2 пренебрегаем.

Не, так не пойдет.
Питать нагрузку от АКБ - ЗЛО!
Во первых, даже во время отсутствия Активной нагрузки, вы должны учитывать ток потребления сразу после включения.
Во вторых, вы не должны допускать переразряда батареи.
В третьих, так не делается. Вам нужно использовать внешний источник питания для процессора, ЖКИ и т.п.
Для тестирования батарей на 3,7В и 1,5 или 48В она у вас уже автоматом не пригодна

[Паяка]

Во первых, даже во время отсутствия Активной нагрузки, вы должны учитывать ток потребления сразу после включения.

Он будет учитываться и запоминаться в EEPROM. Для начала работы с новой АКБ сбрасываем счётчики вручную.

Во вторых, вы не должны допускать переразряда батареи.

Потребление схемы небольшое, подсветку экрана можно отключать, и этот прибор не предполагается оставлять без присмотра на много дней.

В третьих, так не делается. Вам нужно использовать внешний источник питания для процессора, ЖКИ и т.п.

Так будет лучше, но дороже и сложнее. В идеале видится встроенный аккумулятор с контроллером, заряжающийся от разряжаемого в рабочем режиме.

Для тестирования батарей на 3,7В и 1,5 или 48В она у вас уже автоматом не пригодна

Верно, поделка разработана для разряда 12-вольтовых АКБ, с приоритетами простоты и дешевизны повторения и применения. Многим коллегам по свинцовым делам нужно именно такое устройство. Более широкий диапазон напряжений может уже требовать большей точности, разрядности, масштабирующих усилителей. Всё это тоже можно разработать и воплотить со временем, но начать хочется с простого и наиболее применимого в самых частых случаях.

[serggio]

Так будет лучше, но дороже и сложнее.

Дороже на 150-200 руб за БП 12 В из Китая. Курящие не оценят экономию

В идеале видится встроенный аккумулятор с контроллером, заряжающийся от разряжаемого в рабочем режиме.

Начинается... БП на 12В 0,5А дорого, а встроенный АКБ с контроллером, сосущий от тестового АКБ самый раз....

Верно, поделка разработана для разряда 12-вольтовых АКБ, с приоритетами простоты и дешевизны повторения и применения. Многим коллегам по свинцовым делам нужно именно такое устройство.

Забыли про переполюсовщиков.. Им бы до 0В разрядить...

[Паяка]

По имеющемуся корпусу и компонентам, нарисовалась такая плата.


После проверки вытравлю, испытаю и выложу проект KiCAD, а также герберы и PDF для ЛУТ, и приступлю к написанию скетча.

[Паяка]

Что должен делать микроконтроллер в разрядном устройстве?

• Измерять напряжение на клеммах АКБ.
• Измерять ток (в виде напряжения с датчика тока, в данном случае, усилителя сигнала шунта).
• Регулировать ток с помощью ШИМ, подстраивая его под установленное значение.
• Включать и выключать ток при достижении порогов напряжения или по команде пользователя.
• Обрабатывать сигналы с устройств ввода (кнопок и/или энкодера).
• Индицировать напряжение, ток, время, ампер-часы и ватт-часы, режим.
• Иметь режимы калибровки и установки тока и порогов качелей.
• Запоминать в HEF или EEPROM калибровочные константы, установки, а также время, А*ч и Вт*ч, с ручным сбросом последних, чтобы не терять данных при отключении от АКБ.

Как осуществлять всё это адекватно, на крохотном слабом микропроцессоре? Во-первых, поможет ПНЯ, периферия, независимая от ядра.

• ШИМ следует использовать аппаратный, его же применять для включения и отключения нагрузки. Однажды записать нужные значения в регистры управления ШИМ, и МК будет поддерживать заданную частоту и скважность импульсов, не нагружая АЛУ (арифметико-логическое устройство), устройство управления и регистры общего назначения (оперативную память). Три последних и составляют микропроцессор, а он, в свою очередь, вместе с ПНЯ - микроконтроллер. Добавив внешнюю обвязку и периферию, получаем ПЛК - программируемый логический контроллер.
• АЦП - тоже ПНЯ. Он запускается по командам в виде значений регистров, и выводит результат и данные о ходе и завершении процесса в регистры.
• Для корректной обработки нажатий кнопок и поворотов энкодера, используем прерывания по изменению состояния ножки. Это ещё один встроенный в МК модуль аппаратной периферии
• Для вывода информации на экран, желательно также применять ПНЯ ввода-вывода с аппаратной реализацией протокола, например, SPI.
• Для подсчёта времени применим аппаратные таймеры, причём проследим, чтобы не было конфликтов при использовании таймеров модулями ШИМ и SPI.

[serggio]

Однажды записать нужные значения в регистры управления ШИМ, и МК будет поддерживать заданную частоту и скважность импульсов, не нагружая АЛУ (арифметико-логическое устройство), устройство управления и регистры общего назначения (оперативную память).

ШИМ вам придется корректировать постоянно для стабилизации тока, потому что напряжение на батарее будет падать во время разряда.
К тому же, для измерения среднеквадратичного значения тока вам понадобиться быстрый АЦП, а для точных измерений еще и 16-18 бит.
Непонятно, почему в угоду экономии на радиторах и активном охлаждении вы отказываетесь от линейной регулировки...

Компьютерный кулер стоит пару сот рублей, а ваши спирали еще поискать нужно

[Necromant]

Линейную регулировку на Massduino еще проще сделать, там полноценный ЦАП есть

[serggio]

Линейную регулировку на Massduino еще проще сделать, там полноценный ЦАП есть

так ШИМ можно банально пропустить через RC перед драйвером. Получится линейная регулировка. Я выкладывал схему китайской нагрузки, там так сделано.

Сейчас как раз жарю батарейку 10А этой нагрузкой

Спойлер

[Necromant]

программно цапом проще рулить, и обратную связь легче обрабатывать

[Паяка]

ШИМ вам придется корректировать постоянно для стабилизации тока, потому что напряжение на батарее будет падать во время разряда.

Верно, процедуру корректировки будет запускать обработчик измерения напряжения.

К тому же, для измерения среднеквадратичного значения тока вам понадобиться быстрый АЦП, а для точных измерений еще и 16-18 бит.

В данном случае, необязательно. Нагрузка - резистор, частота низкая, сдвигом фазы между напряжением и током пренебрегаем. Перед АЦП сгодятся такие же RC-фильтры (в сигнальной цепи или обратной связи операционного усилителя), как после ШИМ.

Непонятно, почему в угоду экономии на радиторах и активном охлаждении вы отказываетесь от линейной регулировки...

Компьютерный кулер стоит пару сот рублей, а ваши спирали еще поискать нужно

У меня в наличии нет подходящего радиатора и корпуса для него, а керамические конусы с нихромовыми спиралями есть. Хочу реализовать и обнародовать в теме разные варианты, с их достоинствами и недостатками.

Линейная электронная нагрузка на MOSFET с радиатором и внешним питанием однозначно лучше, т.к. позволяет разряжать до нуля и не создаёт помех от силовой ШИМ. Следующий вариант сделаю как раз с ней. Для более тонкой настройки тока можно использовать либо ЦАП с большей разрядностью, либо ПИД-алгоритм. Которым, скорее всего, и воспользуюсь, чтобы сохранить максимальную дешевизну и доступность компонентов при повышении точности и функциональности.

[serggio]

Верно, процедуру корректировки будет запускать обработчик измерения напряжения

Тока! ОС у вас по току, чтобы поддерживать его стабильным.

Для более тонкой настройки тока можно использовать либо ЦАП с большей разрядностью, либо ПИД-алгоритм

Что внешние ЦАП, что АЦП нормальной разрядности стоят в районе 1-2$. Тут и экономить нечего

У меня в наличии нет подходящего радиатора и корпуса для него

Пока плату рисовать и травить будете, с Али приедет

[Паяка]

[user]serggio[/user], верно, тока. Варианты есть смысл рассмотреть и с внешними ЦАП/АЦП, и без них. Можно даже нарисовать плату, предусматривающую оба варианта. Линейную нагрузку с радиатором интересно сделать следующей, после ШИМ с нихромом.

[Паяка]

[Паяка]