Универсальный зарядник аккумуляторов на импульсном источнике питания, управляемом ARM-микроконтроллером

С сентября 2015 года я занимался курсовым проектом, целью которого является разработка универсального устройства для заряда различных типов аккумуляторов. Работа над модификацией этого прибора идёт до сих пор.

Существуют специализированные микросхемы-контроллеры за­ря­да,—и в чём же тог­да пре­лесть моей работы, если можно использовать готовый электронный модуль с минимумом навесных элементов? Особенность моей конструкции в том, что передо мной было поставлено требование универсальности зарядного устройства—чтобы была по крайней мере теоретическая возможность сменить тип заряжаемых аккумуляторов, не внося физических изменений в устройство.

Каждая разновидность аккумуляторов заряжается в отличном от других режиме. К примеру, свинцовые аккумуляторы нужно заряжать постоянным напряжением, а вот никель-кадмиевые (NiCd)—постоянным током.

В основу моей конструкции легла демонстрационная плата AVR450 (PDF, 411 KiB), использующая микроконтроллер AVR AT90S4433. Эта плата позволяет осуществлять зарядку аккумуляторов различных типов, не меняя ничего кроме прошивки микроконтроллера.

AVR450 даёт возможность следить за процессом заряда. Если подключить модуль к компьютеру по интерфейсу RS232, можно пронаблюдать за током через аккумулятор, отслеживать напряжение на нём и температуру его корпуса. Казалось бы, что интересного можно увидеть, если записать эти показатели у обычного аккумулятора? Оказывается, Li-ion аккумуляторы, на которых было принято решение сфокусироваться, не так просты. Для быстрой и полной их зарядки требуется пройти через два этапа:

1. зарядка постоянным током (I),
2. зарядка постоянным напряжением (U).

На графике из Радиоежегодника от 2013 года, выпуск 27 (DJVU, 25 MiB) наглядно показаны эти процессы: как от первого этапа мы переходим ко второму. Зарядив Li‑ion аккумулятор с нуля и собрав показания с AVR450, хотелось бы увидеть на экране компьютера что-то подобное. В реальной жизни представляет интерес постоянство нужных показателей и точность соблюдения требуемого момента смены этапов.

Однако микроконтроллер, использованный в AVR450, устарел хотя бы потому, что его уже трудно найти в продаже. У меня возникло желание модернизировать схему, использовав в ней современный ARM-микроконтроллер STM32L152RBT6. Эта микросхема несколько избыточна для относительно несложного зарядного устройства, но мне очень хотелось попутно научиться работать с современными микроконтроллерами.

На настоящий момент готова предварительная принципиальная схема зарядного устройства. В ней ещё требуется подобрать номиналы резисторов обратной связи операционных усилителей, но в общих чертах она измениться не должна.

В процессе разработки я активно применял макетирование с использованием платы STM32L152 Discovery и заранее купленных деталей, предназначенных для установки в реальную схему. Это вселяло в меня уверенность, что устройство заработает, когда уже будет заказана дорогостоящая печатная плата.

Надеюсь, что в скором времени я дополню этот пост фотографиями изготовленного устройства и конечными чертежами.