Caricabatterie switching con PIC

[Albytech]

Originalmente inviato da PATO65

Ci siamo capiti. Vai avanti e facci sapere come funziona.
Io uso correnti molto più basse perchè preferisco (se le carico in casa) caricare le batterie a 1/10 quindi a tempo e non a dV.

Invece vorrei porre io un quesito........volendo fare una regolazione digitale come quella di questi post (quindi PWM e rilettura corrente) è piuttosto facile in quanto, come si diceva basta incrementare il contatore del PWM fino ad arrivare ad un errore molto piccolo (VRSense prossima a VRef).

Volendo fare una regolazione per le Lipo invece, dopo la prima fase di carica a corrente costante (che sarebbe come quella descritta), al raggiungimento di 4.2V per cella è necessario cominciare a ridurre la corrente per mantenere tale tensione.
Il problema è, secondo voi come deve avvenire in questo caso la riduzione di corrente? Secondo voi basta una regolazione proporzionale o è necessario anche una parte integrale e/o derivativa (PID) ?
Di quanto deve diminuire il segnale digitale per non avere oscillazioni oppure sovratensioni al pacco?

Scusa, non è molto chiara la seconda parte della domanda, ad ogni modo per la carica delle Lipo và tenuta sotto controllo la tensione del pacco, se la corrente rimane controllata dal PWM, si dovrà integrare a mezzo R/C la tensione misurata sull'ingresso del Pic in modo da non superare i 4,2V/Cella. Preciso che: la carica delle Lipo prevede una Trickle Charge (1/10C) nella fase iniziale fino al raggiungimento dei 3V/Cella, poi può iniziare la carica nominale (1C o meno) fino al raggiungimento dei 4,2V Cella (+-0,05V) dove si dovrà limitare la corrente per mantenere questo valore. Quando infine la corrente necessaria a mantenere i 4,2V scende sotto un certo valore (1/20C o meno) allora la carica si può intendere completata. Ciao.

[protomax]

Originalmente inviato da gigiovanni

Scusa, ma non dovrebbe essere come in allegato ??? o forse scambio drain e source.... e dire che alle superiori li avevo studiati i mosfet... ma chi se li ricorda.... siccome non trovo in rete un circuitino che funzioni col circuit maker.... mi sa che riprenderò in mano i miei vecchi libri...

A riguardo del circuito pubblicato da te in data 30 dicembre 05, 16:51 vorrei farti notare che il gate del mosfet deve essere pilotato con una tesione pari alla tensione della batteria + la caduta sulla Rsense + una tensione variabile dipendente dal mosfet usato (generalmente 4/5Volt
) questo fa si che se colleghi il gate direttamente al PIC non riuscirai mai a portarlo in conduzione

Per usare il mosfet N un quella configurazione dovrai per forza mettere prima un circuito che ti permetta di raggiungere queste tensioni (il piu' semplice e una resistenza collegata al positivo e il pic in configuarazione open collector che mette a massa il gate ) in questo modo il gate del mosfet conduce quando l'uscita del pic in modo open collector e' alta , occhio pero' che se il pin del pic rimane alto il mosfet continua a buttare dentro corrente alla batteria

[PATO65]

Vedo se riesco a spiegarmi meglio.
L'uscita del PIC controlla il mosfet con un segnale PWM; il PIC legge la corrente che scorre nella batterie tramite la Rsense e quindi mantiene costante tale corrente variando gli impulsi del PWM.
Questo va bene per la prima fase della carica di una LiPo.
il PIC ovviamente legge anche la tensione della batteria e passa alla seconda fase appena la tensione della stessa arriva a 4.2 V/cella.
In questa fase, il PIC deve variare il segnale al mosfet per mantenere la tensione costante (quindi inevitabilmente la corrente diminuirà).
Supponiamo che il mosfet stia dando la corrente giusta al pacco con un duty cycle del 50% e siamo arrivati a 4.2 V/cella; come devo regolare ora la percentuale di PWM in modo da abbassare la corrente di carica e mantenere costante i 4.2 V?
Quello che mi preoccupa è che secondo me mentre una variazione di corrente si 'sente' subito, una variazione in tensione si sente con un ritardo maggiore perchè la batteria fa da condensatore. Mi sbaglio?

[Albytech]

Originalmente inviato da PATO65

Vedo se riesco a spiegarmi meglio.
L'uscita del PIC controlla il mosfet con un segnale PWM; il PIC legge la corrente che scorre nella batterie tramite la Rsense e quindi mantiene costante tale corrente variando gli impulsi del PWM.
Questo va bene per la prima fase della carica di una LiPo.
il PIC ovviamente legge anche la tensione della batteria e passa alla seconda fase appena la tensione della stessa arriva a 4.2 V/cella.
In questa fase, il PIC deve variare il segnale al mosfet per mantenere la tensione costante (quindi inevitabilmente la corrente diminuirà).
Supponiamo che il mosfet stia dando la corrente giusta al pacco con un duty cycle del 50% e siamo arrivati a 4.2 V/cella; come devo regolare ora la percentuale di PWM in modo da abbassare la corrente di carica e mantenere costante i 4.2 V?
Quello che mi preoccupa è che secondo me mentre una variazione di corrente si 'sente' subito, una variazione in tensione si sente con un ritardo maggiore perchè la batteria fa da condensatore. Mi sbaglio?

Si agisce sul PWM allo stesso modo di prima, solo che si tiene conto della tensione e non della corrente. Paragonare una batteria ad un condensatore non è proprio corretto, anzi. Diversamente da un condensatore, la batteria che arriva a 4,2V con una corrente ad esempio di 500mA, torna ad una tensione inferiore (ad es. 4V) non appena viene a a mancare tale corrente (questo finchè non è completamente carica, ma allora la corrente sarà molto più bassa). E' per questo motivo che la regolazione PWM funziona ugualmente, basta integrare la tensione in ingresso al Pic per non fare delle misurazioni errate con residui della stessa PWM. Ciao.

[PATO65]

Originalmente inviato da Albytech

Si agisce sul PWM allo stesso modo di prima, solo che si tiene conto della tensione e non della corrente. Paragonare una batteria ad un condensatore non è proprio corretto, anzi. Diversamente da un condensatore, la batteria che arriva a 4,2V con una corrente ad esempio di 500mA, torna ad una tensione inferiore (ad es. 4V) non appena viene a a mancare tale corrente (questo finchè non è completamente carica, ma allora la corrente sarà molto più bassa). E' per questo motivo che la regolazione PWM funziona ugualmente, basta integrare la tensione in ingresso al Pic per non fare delle misurazioni errate con residui della stessa PWM. Ciao.

Si, era una esagerazione paragonare una batteria ad un condensatore ovviamente.
Quando avrò un pò di tempo ( Sob!) farò delle prove.
Grazie Albytech.

[gigiovanni]

Ragzzi, per adesso, dato che mi è arrivato a casa il sample del MAX 712 mi sa che le mie NiMh me le carico col MAX... nel caricabatterie switching ci si deve perdere tempo.... anche se è un bel progettino....

Poi mi è sorto un nuovo dubbio.... la corrente impulsiva che attraversa la batteria in carica è un onda quadra con duty cycle variabile, e fin qui ci siamo, i valori di questi impusli sono 0 e Imax, ma quanto deve essere questa Imax ??? Va bene che variado il PWM vario il valore medio della corrente che attraversa il pacco, ma la corrente di picco è sempre la stessa ??? per esempio 4 ampere di picco.... poi, supponendo di avere un d.c. del 25 % la corrente media risulterà 1 ampere.... è giusto così ???

[gigiovanni]

Ok, ho buttato giù un circuitino per quanto riguarda il MOSFET....forse ci siamo quasi.... nel'allegato c'è anche la simulazione fatta con il circuit maker...

Il generatore di segnali dovrebbe essere un pin del PIC, in questo caso viene generato un segnale ad 1 Khz (ovviamente si può salire di frequenza) con d.c. del 50 % ottenendo una corrente media di carica di 667 mA. La corrente di carica è un'onda quadra di ampiezza 1.2 Ampere (aspetto ancora risposte al post precedente)

Ho intutivamente aggiunto le due resistenza R2 e R3 d il BC337 poichè ho riflettuto sui consigli di Protomax circa la tensione necessaria per pilotare il MOSFET, così ci dovremmo essere no ?

In questo esempio ho supposto di voler caricare una pila di 5 Volt.

[protomax]

Originalmente inviato da gigiovanni

Ho intutivamente aggiunto le due resistenza R2 e R3 d il BC337 poichè ho riflettuto sui consigli di Protomax circa la tensione necessaria per pilotare il MOSFET, così ci dovremmo essere no ?

Si e se vuoi eliminare il piedistallo di circa 100mA che hai ancora come corrente continua, che potrebbe darti fastidio in caso di trickle o fine carica diminuisci drasticamente la R2 da 20Kohm a 1Kohm in questo modo il mosfet e' proprio ad alta impedenza nelle fasi in cui il transistor conduce

[gigiovanni]

Ok, la R2 l'ho proprio tolta, non so se è corretto, ma con questo nuovo schema credo, ad occhio, che le cose vadano meglio....

In questo caso la corrente ha un picco di 1,8 Ampere, ma nessuno ancora mi ha detto quanto deve essere questo valore....

[PATO65]

Originalmente inviato da gigiovanni

Ragzzi, per adesso, dato che mi è arrivato a casa il sample del MAX 712 mi sa che le mie NiMh me le carico col MAX... nel caricabatterie switching ci si deve perdere tempo.... anche se è un bel progettino....

Poi mi è sorto un nuovo dubbio.... la corrente impulsiva che attraversa la batteria in carica è un onda quadra con duty cycle variabile, e fin qui ci siamo, i valori di questi impusli sono 0 e Imax, ma quanto deve essere questa Imax ??? Va bene che variado il PWM vario il valore medio della corrente che attraversa il pacco, ma la corrente di picco è sempre la stessa ??? per esempio 4 ampere di picco.... poi, supponendo di avere un d.c. del 25 % la corrente media risulterà 1 ampere.... è giusto così ???

E' corretto quello che hai detto, la corrente nei momenti in cui il mosfet è ON è massima (nel tuo esempio 4 A) per cui è necessario stare attenti che il tuo 'carico' (in questo caso la batteria) possa sopportare la corrente massima anche se per un tempo relativamente piccolo (quindi comunque è meglio lavorare a frequenze di PWM più alte).
Comunque in linea di principio ti devi dare un target nel senso che dovresti pensare a quale batteria vorresti caricare e in che tempi e fare in modo di usare quella corrente massima; in questo modo dando al PWM il 100% carichi esattamente a quella corrente.
Visto che è difficile scriverlo spero di farti capire con un esempio:
Supponiamo di voler caricare delle batterie da 3300 NiMh in circa 1h; in questo caso 4A va più che bene (anche se io starei sui 3.5A).
Se invece nella media ci interessa caricare delle batterie da 1700 mA ecco che 4A sono esagerati.
Tieni inoltre presente che i componenti elettronici si possono guastare e se va in corto il mosfet tutta la corrente si riverserà sulla batteria. Se tu usi correnti dell'ordine della massima capacità dei tuoi pacchi, non succede nulla in quanto la batteria semplicemente si carica in meno tempo.