Ni-mh Pil Şarj devresinde 4 adet pil şarj edilebiliyor devre genel olarak fazla karışık değil attiny26 mikrodenetleyici bd140 transistörler ve bir kaç pasif elemandan oluşuyor pillerin durumu kanallara bağlı ledler üzerinden gösteriliyor.
Attiny26 8MHz çalıştırılmış osilatör için iç osilatör kullanılmış ek kristal bağlmaya gerek yok sigorta ayarları, kaynak c hex kodları var.
Tiny NiMH Şarj Cihazı
İçerik
Bu şarj cihazı, 1 ila 4 adet NiMH pili şarj etmek üzere tasarlanmıştır.
Her pil birbirinden tamamen bağımsız olarak şarj edilir; piller paralel ya da seri bağlanmaz. Her bir pil için ayrı bir tam dolum algılama algoritması çalışır.
Tam dolu pil algılama işlemi, şarj karakteristiğinin özellikle gerilim düşüşü gösteren bölgesinin (-dV) izlenmesiyle yapılır.
Genel NiMH pillerin özellikleri:
NiMH piller, tam doluma ulaştıktan hemen sonra uç geriliminde küçük bir düşüş sergiler. Bu negatif diferansiyel gerilim, dolumun bittiğini anlamak için güvenilir bir göstergedir.
-dV Yöntemi ile Şarjın Sonlandırılması
-dV yöntemi, pil geriliminin ulaştığı maksimum değer (Vmax) sonrasında meydana gelen düşüşün ölçülmesine dayanır.
Eğer şarj, sadece bu maksimum gerilime ulaşıldığında kesilseydi, her pil için önceden belirlenmiş özel bir değer gerekirdi.
Oysa bu maksimum gerilim; sıcaklık, pil yaşı ve zaman gibi faktörlere bağlı olarak değişkenlik gösterir.
Bu nedenle evrensel bir kullanım için en uygun çözüm, -dV algılamasıyla şarjı sonlandırmaktır.
Bu yöntemle farklı kapasitelere sahip NiMH piller güvenle şarj edilebilir. Şarj eğrileri benzer kalır; sadece şarj akımı değişir.
-dV yöntemi sayesinde pil, önceden tamamen boşaltılmadan istenilen doluluk seviyesinden itibaren şarj edilebilir.
Bu noktada sıkça dile getirilen “hafıza etkisi” efsanesini de açıklığa kavuşturmak gerekir.
Hafıza etkisi gerçek olmakla birlikte, NiMH pillerde pratikte çok küçük bir etkiye sahiptir ve genellikle ihmal edilebilir. Ayrıca tek bir tam deşarj–şarj döngüsüyle kolayca giderilebilir.
Pil ömrünü ve kapasitesini asıl düşüren faktör; yanlış şarj yöntemleri, sabit zamanlı (timer’lı) şarj cihazları, aşırı deşarj veya aşırı akımdır. Bu tasarımda bu riskler ortadan kaldırılmıştır.
NiCd Pillerle Uyumluluk
NiCd piller de benzer şarj karakteristiğine sahiptir, hatta -dV düşüşleri daha belirgindir. Bu nedenle bu cihazla NiCd piller de şarj edilebilir. Hatta bazı durumlarda NiMH pillere kıyasla daha stabil sonuçlar verir. Ancak cihazın tasarımı ve optimizasyonu özellikle NiMH piller için yapılmıştır.
Donanım Yapısı
Devrenin kalbinde Atmel ATtiny26L-8PI mikrodenetleyicisi yer alır. Bu MCU;
- Yeterli sayıda I/O pini,
- Yeterli bellek kapasitesi,
- 10 bit çözünürlüklü ADC,
- 11 kanallı analog çoklayıcı,
- 2,56V dahili referans gerilimi
sunmaktadır. Ölçüm hassasiyeti büyük ölçüde bu referans gerilime bağlıdır. MCU, 8 MHz dahili RC osilatör ile çalışır.
Ni-mh Pil Şarj Devre Şeması
Akım ve Gerilim Kontrolü
PA[0..3] pinleri, BD140 tipi PNP güç transistörlerinin bazlarını doğrudan sürer.
PA[4..7] pinleri, pil gerilimlerini ADC üzerinden ölçer.
PB[0..3] pinleri, yeşil durum LED’lerini kontrol eder.
Şarj bittikten sonra piller tamamen devreden ayrılmaz; düşük seviyeli bir bakım (trickle) akımı uygulanır. Bu sayede pillerin kendi kendine deşarj kayıpları telafi edilir.
Şarj akımı, RA1–RA4 dirençleri ile belirlenir ve kullanılan pil kapasitesine göre seçilir.
D6–D9 diyotları, güç kapalıyken pillerin devreyi beslemesini önler.
Akım Hesaplamasında Kullanılan Parametreler
Inab : Şarj akımı
Iudr : Bakım akımı
Ucc : Besleme gerilimi (~5,3V)
Uce : BD140 üzerindeki gerilim düşümü (~0,2V)
Uak : Diyot gerilim düşümü (~0,8V)
Uaku : Pil gerilimi (~1,3V)
Bu değerler yaklaşık hesaplanır; ancak NiMH piller akım değişimlerine karşı toleranslıdır.
Kullanılan bileşenlerle maksimum şarj akımı 0,8–1A civarındadır. Pratikte 0,5A altında çalışılması önerilir; aksi hâlde transistör ve diyotlarda ciddi ısınma olur.
Kullanılan Tipik Değerler
AA piller (1800 mAh):
- Şarj akımı: 0,36A
- Direnç: 8,2Ω / 2W
- Bakım akımı: 36 mA
AAA piller (750 mAh):
- Şarj akımı: 0,15A
- Direnç: 18Ω / 2W
- Bakım akımı: 15 mA
Bu değerlerle şarj akımı, pil kapasitesinin yaklaşık %20’si olacak şekilde seçilmiştir. Tamamen boş bir pil için şarj süresi yaklaşık 6–7 saattir.
Şarj Algoritması
Şarj algoritmasının temelini zamanlayıcı ve ADC ölçümleri oluşturur. Ölçüm doğruluğunu artırmak için pil gerilimi, şarj akımı kısa süreliğine kesildiğinde ölçülür. Böylece temas ve kablo dirençlerinden kaynaklanan gerilim düşümleri ölçümü etkilemez.
1,98 saniye şarj
0,02 saniye ölçüm
Bu sürede her pil için 100 ADC ölçümü alınır ve ortalaması hesaplanır
Gerilim; > 1,7V ise pil yok < 0,7V ise kısa devre veya bozuk pil olarak değerlendirilir ve LED ile bildirilir.HoldOff Süresi ve Güvenlik
Şarjın ilk 8 dakikasında, -dV algılaması devre dışıdır. Çünkü bu sürede pil geriliminde geçici dalgalanmalar oluşur ve hatalı dolum algılamasına yol açabilir. Bu süre boyunca şarj, sadece pil çıkarılarak durdurulabilir.
Bu nedenle tam dolu bir pil kesinlikle takılmamalıdır; aksi hâlde aşırı şarja uğrar.
Maksimum Gerilim ve -dV Algılama
HoldOff süresi bittikten sonra sistem, pil geriliminin ulaştığı maksimum değeri sürekli günceller. Ölçülen değer, maksimumdan 8 mV veya daha fazla düştüğünde şarj sonlandırılır.
Ek güvenlik olarak; maksimumdan sonra gerilim 30 dakika boyunca düşük kalırsa da şarj durdurulur. Bu özellik, NiMH pillerdeki daha yumuşak -dV eğrisine karşı ek koruma sağlar.
Ölçüm Hassasiyeti
ADC çözünürlüğü:
2,56V / 1024 ≈ 2,5 mV
Bu nedenle -dV algılaması pratikte 7,5–10 mV aralığında gerçekleşir. Ölçüm sıçramaları sayesinde şarj güvenli biçimde sonlandırılır.
Besleme
Cihaz, baştan itibaren PC AT güç kaynağından (5V / 20A) beslenmek üzere tasarlanmıştır. Anahtarlamalı besleme ve ölçüm hassasiyeti nedeniyle MCU ve ADC girişleri ek filtreleme elemanlarıyla desteklenmiştir.
Sonuç
Bu şarj cihazı, NiMH pillerin ayrı ayrı, güvenli ve doğru şekilde şarj edilmesi amacıyla geliştirilmiştir.
Tasarımda, Motorola MC33340 entegresinin çalışma prensipleri örnek alınmıştır. Ancak bu entegre yalnızca tek pil grubunu şarj edebildiği ve maliyet açısından MCU ile benzer seviyede olduğu için, ATtiny26 tabanlı bu çözüm tercih edilmiştir.
Sonuç olarak ortaya; esnek, güvenli, akıllı ve çoklu pil desteğine sahip bir NiMH şarj cihazı çıkmıştır.
Kaynak: solarskit.wz.cz/tinych.html
