B6. Odpojovače baterií

Transkript

1 Projekt BROB B6. Odpojovače baterií Autor práce: Karel Kozumplík, UAMT VUT FEKT Martin Krčmář, UAMT VUT FEKT Vedoucí práce: Ing. Tomáš Florián

2 Obsah Zadání:...3 Úvod:...3 Popis zapojení:...4 Schéma zapojení:...4 Popis řešení:...5 Výpočty odporů:...5 Tabulka č. 1 Hodnoty vypínacích napětí pro různé akumulátory:...6 Tabulka č. 2 Úbytky napětí na odporu R1...6 Seznam součástek:...7 Rezistory...7 Kondenzátory...7 Diody a tranzistory...8 Ostatní součástky...8 Návrh DPS:...9 Pohled na návrh desky shora - součástky...9 Návrh vodivého spojení Návrh rozmístnění součástek...10 Foto výsledné DPS:...11 Závěr:

3 Zadání: Navrhněte odpojovač baterií pro různé typy baterií (převážně li-pol a olověné akumulátory). Hlavní kritéria návrhu jsou spotřeba v odpojeném stavu a rozměry. Navrhněte schéma, vytvořte DPS, oživte DPS a odzkoušejte. Oživené odpojovače naistalujte do robotu FEKTBOT. Úvod: Námi vytvořený obvod slouží k ochraně akumulátorů proti nadměrnému vybití. Je určen hlavně pro použití s bateriemi Li-Ion, Li.Pol, ale může být používán s jakýmkoliv jiným typem baterií, jelikož se dá vypínací napětí jednoduše přenastavit pomocí trimmerových odporů. Zapojení je realizováno z běžně dostupných součástek nakoupených v GM. 3

4 Popis zapojení: Základem je CMOS operační zesilovač zapojený jako komparátor s hysterezí. Jako zdroj referenčního napětí je použita Zennerova dioda s napětím 1,235V. Dělič R1 a R2 určuje vypínací napětí. Velikost R5 určuje velikost hysterze. Celkový odběr odpojovače ve vypnutém stavu je asi 10uA a témeř celý odběr prochází referenční diodou D1. Odpor R3 zajišťuje ochranu OZ1 při případném přepólování. Schéma zapojení: 4

5 Popis řešení: Odpojovač baterií jsme realizovali pro 4 druhy akumulátorů : 2 článkový Li-Pol akumulátor, vypínací napětí 2*2,7V (přepínač 1) 3 článkový Li-Pol akumulátor, vypínací napětí 3*2,7V (přepínač 2) 3 článkový olověný akumulátor, vypínací napětí 3*1,75V (přepínač 3) 6 článkový olověný akumulátor, vypínací napětí 6*1,75V (přepínač 4) Mezi nimi se dá přepínat pomocí přepínače na DPS. Výpočty odporů: Napětí U je napětí různých akumulátorů. Napětí U2 je napětí dáno Zenerovou diodou 1,2V. Odpor R1 10M je pevně daný. Odpor R2 je přepínatelný proměnný odpor, kterým se nastavuje vypínací napětí pro různé akumulátory. 5

6 Tabulka č. 1 Hodnoty vypínacích napětí pro různé akumulátory: 2 článkový Li-Pol 3 článkový Li-Pol 3 článkový olověný ak. 6 článkový olověný ak. 5,4V 8,1V 5,25V 10,5V Když od požadovaných vypínacích napětí odečteme úbytek napětí na Zenerové diode 1,2V, získáme úbytek napětí odporu R1. Tabulka č. 2 Úbytky napětí na odporu R1 2 článkový Li-Pol 3 článkový Li-Pol 3 článkový olověný ak. 6 článkový olověný ak. 4,2V 6,9V 4,05V 9,3V Nyní známe odpor R1 a napětí na něm a napětí na R2. Z toho dopočítáme pomocí napěťového děliče odpor R2. Pro 2-článkový Li-Pol: R2 = R1*U2/U1 = 10M*1,2V/4,2V = 2,857M (2,7M+trimmer) Pro 3-článkový Li-Pol: R2 = R1*U2/U1 = 10M*1,2V/6,9V = 1,739M(1,5M+trimmer) Pro 3-článkový olověný: R2 = R1*U2/U1 = 10M*1,2V/4,05V = 2,963M(2,7M+trimmer) Pro 6-článkový olověný: R2 = R1*U2/U1 = 10M*1,2V/9,3V =1,2903M(1,2M+trimmer) Odpory R2 jsme realizovali jako sériové spojení odporu a trimmeru. 6

7 Seznam součástek: Rezistory Označení ve schématu R1 R3 R4 R5 R6 R7 R20 R21 R22 R23 R30 R31 R32 R33 Hodnota odporu v Ohmech 10M 1k 1M5 100k 10M 1M 2M7 1M2 2M7 1M5 500k 500k 500k 500k Typ, pouzdro TRIMMER 64Y TRIMMER 64Y TRIMMER 64Y TRIMMER 64Y Kondenzátory Označení ve Hodnota kondenzátoru schématu ve Faradech C1 10n C2 10n 7 Typ Rozteč nožek keramický keramický 5 mm 5 mm

8 Diody a tranzistory Typ součástky a označení ve schématu Zenerova dioda - D1 FET tranzistor - T1 Hodnota Pouzdro, typ Lm385z 1.2 IRF9Z34N TO-92 TO-220AB Ostatní součástky Typ součástky a označení ve schématu Operační zesilovač - OP1 Spínač *4 Svorkovnice Hodnota Typ, Pouzdro TLC271 P-ESP101 ARK DIP8 DIP 04 BLUE MKDSN1,5/3-5,08 8

9 Návrh DPS: Pohled na návrh desky shora - součástky 9

10 Návrh vodivého spojení Návrh rozmístnění součástek 10

11 Foto výsledné DPS: 11

12 Závěr: Prakticky jsme si vyskoušeli návrh a realizaci DPS, kterou jsme navrhovali pomocí návrhového prostředí EAGLE. Nejvíce času jsme strávili nastudováním tohoto programu, jelikož jsme ho jako dva absoloventi gymnázia viděli poprvé. Až při samotné realizaci destičky jsme si všimli drobných chybiček v zapojení zadaném Eaglu, které jsme museli odstranit přepojením pomocí drátků, jelikož jsme už neměli dostatek času na vyrobení nové desky. Desku jsme vytvářeli doma, ruční kresbou a leptáním kyselinou chlorovodíkovou. Veškeré testování jsme prováděli pomocí proměnného zdroje napětí. Při testování jsme nastavili přesné hodnoty trimmerů. Celé zapojení se nám podařilo umístit na destičku o rozměrech 41,91x44,45mm, což je nejmenší možná velikost, kterou jsme byli schopni v našich amatérských podmínkách s ručně vyráběnou DPS realizovat. Díky velmi vysokým hodnotám odporů v celém obvodu (hodnoty v řádech Megaohmů) má naše zapojení velmi malé hodnoty úbytku napětí v odpojeném stavu. Proudový odběr v odpojeném stavu je zhruba 10uA. 12