โครงงาน Smart Charger

การทำงานของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger รูปที่ 4 ส่วนประกอบของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger Block Diagram ในรูปที่ 4 แสดงหลักการทำงานของ Smart Charger คือ Microcontroller ของ Phillips เบอร์ P89V51RD2 จะทำหน้าที่ควบคุมการทำงานทั้งหมดของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ เมื่อเริ่มต้นการชาร์จ Microcontroller จะกำเนิดสัญญาณ PMW ด้วยความถี่ 36 KHz จากแร่คริสตอล 18.432 MHz แล้วส่งไปยังภาค Driver ไปควบคุมการทำงานของ MOSFET ชนิด P-CHANNEL ซึ่งประกอบเป็นวงจร Buck Converter เพื่อควบคุมกระแสที่ไหลผ่านไปชาร์จแบตเตอรี่ Microcontroller จะทำการอ่านทั้งแรงดันและกระแสกลับมาจากแบตเตอรี่ ผ่านทางภาค ADC ขนาด 12-bits เพื่อแปลงเป็นข้อมูลดิจิตอลป้อนกลับเข้าสู่ Microcontroller โปรแกรมใน Microcontroller จะนำข้อมูลนี้กลับไปควบคุมสัญญาณ PWM อีกครั้ง เพื่อควบคุมกระแสและแรงดันที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ให้ได้ตามค่าที่ตั้งไว้ ในส่วนของการดิสชาร์จก็ใช้สัญญาณ PWM ในการควบคุมกระแสดิสชาร์จแบตเตอรี่ด้วยหลักการเดียวกับการชาร์จแบตเตอรี่ ส่วนจอ LCD ขนาด 16 ตัวอักษร 2 บรรทัด และ LED ใช้แสดงข้อมูลการทำงานต่างๆของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger หัวใจการทำงานของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger อยู่ที่โปรแกรมหลายพันบรรทัดที่บรรจุอยู่ใน Microcontroller เบอร์ P89V51RD2 ซึ่งทำงานที่ความถี่ 18.432 MHz โดยเลือกการทำงานใน mode 6 Clock Cycle ทำให้มีความเร็วการทำงานเพิ่มเป็น 2 เท่าของ Microcontroller ทั้วไป รูปที่ 5 วงจร Driver, Buck Converter, Discharge และ Current and Voltage Converter ในรูปที่ 5 ส่วนของวงจร Buck Converter ประกอบด้วย Q1 L1 D3 C5 และ C6 จะประกอบกันเป็นวงจร Buck Converter โดยมี D4 ทำหน้าที่ป้องกันแรงดันย้อนกลับจากแบตเตอรี่ไหลกลับเข้ามาในวงจร Buck Converter ในขณะที่ Q1 หยุดนำกระแส ในส่วนของ Q2 และ Q3 เป็นส่วนของ Driver ให้ MOSFET Q1 ส่วนของวงจร Discharger ประกอบด้วย Q4 และ Q5 โดยมี R10 และ R11 เป็น Load ในการดิสชาร์จ ส่วนแรงดันที่วัดจากแบตเตอรี่และ Supply จะถูกป้อนเข้าสู่ IC4 ซึ่งจัดวงจร Op-Amp เป็นแบบ Differential แรงดันที่ออกมาจาก IC4 จะถูกลงทอนเหลือประมาณ 1 ใน 5 เพื่อปรับแรงดันให้เหมาะสมก่อนป้อนเข้าสู่ภาค ADC ค่านี้จะถูกแปลงกลับไปเป็นค่าแรงดันจริงโดยโปรแกรมภายใน Microcontroller ส่วนการตรวจสอบกระแสทำได้โดยวัดแรงดันตกคล่อม R18 โดยมี IC5 ทำหน้าที่ขยายแรงดันขึ้นอีก 10 เท่า ก่อนป้อนสู่ภาค ADC เพื่อเพิ่มความถูกต้องของการวัด รูปที่ 6 วงจรส่วนควบคุมหลัก ส่วนเก็บข้อมูล ADC และส่วนแสดงผล ในรูปที่ 6 เป็นส่วนควบคุมหลักประกอบด้วย Microcontroller ของ Phillips เบอร์ P89V51RD2 (สามารถใช้เบอร์ P89C51RD2 แทนได้แต่ราคาจะแพงกว่า) ส่วนเก็บข้อมูลของแบตเตอรี่จะใช้ IC2 ซึงเป็น Serial EEPROM เบอร์ 93C56 และส่วนของวงจร ADC ใช้ IC3 เบอร์ MCP3208 ซึ่งเป็น ADC ขนาด 12-bits มี 8 Channel แต่ใช้งานแค่เพียง 4 Channel ส่วนวงจรในรูปที่ 7 เป็นภาคจ่ายไฟ +5V และ +VSUPPLY ให้กับวงจรทั้งหมด รูปที่ 7 แสดงแหล่งจ่ายไฟของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Smart Charger เนื่องจากวงจร Buck Converter เป็นวงจรที่ใช้ควบคุมกระแสโดยการลดแรงดันไฟฟ้า (DC-DC Converter) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจำเป็นจะต้องสูงกว่าแรงดันขาออก ถ้านำเครื่องชาร์จนี้ไปชาร์จแบตเตอรี่ เช่น แบตเตอรี่ NiCD ขนาด 8 เซล โดยใช้แหล่งจ่ายไฟที่เป็นแบตเตอรี่ 12V จะทำให้ไม่สามารถชาร์จได้เต็ม แหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสมสำหรับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่นี้ควรอยู่ที่ 16 โวลต์ การวางอุปกรณ์บนแผ่นปรินท์ หมายเหตุ คลิกที่รูปเพื่อ Download แผ่นปรินท์ รายการอุปกรณ์ ความต้านทาน ขนาด 1/8 watts 5% R25 – R28 470 ohm 4 ตัว R8 4.7 k ohm 1 ตัว R3, R9 1 k ohm 2 ตัว R4, R5 10 k ohm 2 ตัว ความต้านทาน ขนาด ¼ watts 1% R2 10 ohm 1 ตัว R6, R7, R16 1 k ohm 3 ตัว R19 3 k ohm 2 ตัว R1, R13, R15, R22, R24, R17 10 k ohm 6 ตัว R20 27 k ohm 2 ตัว R12, R14, R21, R23 50 k ohm 4 ตัว ความต้านทาน ขนาด 5 watts 5% R18 0.1 ohm 1 ตัว R10, R11 10 ohm 2 ตัว ความต้านทาน R-PACK แบบ 5 ขา 10 k ohm 1 ตัว แบบ 9 ขา 10 k ohm 2 ตัว ความต้านทานปรับค่าได้ VR1 5 k ohm 1 ตัว Trim Pot VR2 5 k ohm 1 ตัว แบบปรับละเอียด 25 รอบ ตัวเก็บประจุ C1, C2 27 pf 50V 2 ตัว เซรามิก C3 1 uf 50V 1 ตัว อิเล็คทรอไลต์ C4, C9, C11, C13 - C17 0.1 uf 50V 7 ตัว Multilayer (C16, C17 ไม่ได้แสดงไว้ในวงจร) C5, C10 1000 uf 35V 2 ตัว อิเล็คทรอไลต์ C6, C7, C8 0.1 uf 63V 3 ตัว ยี่ห้อ MKT C12 10 uf 16V 1 ตัว อิเล็คทรอไลต์ สารกึ่งตัวนำ D1, D2 1N4148 2 ตัว D3, D4 MBR360 2 ตัว ใช้เบอร์ MBR350 หรือ MBR340 แทนได้ D5 1N4001 1 ตัว D6 SR505 1 ตัว Zener Diode 12V 1W 1 ตัว Q1 IRF9540 1 ตัว MOSFET P-CHANNEL Q2, Q3, Q5 BC547 3 ตัว Q4 IRFZ44 1 ตัว MOSFET N-CHANNEL IC1 P89V51RD2BN 1 ตัว Microcontroller MCS51 IC2 93C56 1 ตัว 2 Kbits Serial EEPROM IC3 MCP3208 1 ตัว 12-bits ADC 8 Channels IC4, IC5 LM358N 3 ตัว IC6 7805 1 ตัว อุปกรณ์อื่นๆ LCD MODULE (16 ตัวอักษร 2 บรรทัด มี Back Light (หรือ ไม่มีก็ได้)) 1 ตัว XTAL 18.432 MHz 1 ตัว LED สีต่างๆ ตามชอบ 5 ตัว Buzzer ขนาดเล็ก (5V) 1 ตัว Connector ขาตรง 2 Pin พร้อมขาเสียบ 1 ชุด Connector ขาตรง 4 Pin พร้อมขาเสียบ 1 ชุด Connector ขาตรง 10 Pin พร้อมขาเสียบ 1 ชุด Connector ขางอ 10 Pin พร้อมขาเสียบ 1 ชุด Pin Header ตัวเมีย 16 Pin 1 ตัว Pin Header ขาตรง 40 Pin 1 ตัว Pin Header ขางอ 40 Pin 1 ตัว ขารองแผ่นปรินท์พร้อมน๊อต 8 ตัว ซ็อกเก็ตไอซี ขากลม 8 Pin 3 ตัว ซ็อกเก็ตไอซี ขากลม 16 Pin 1 ตัว ซ็อกเก็ตไอซี ขากลม 40 Pin 1 ตัว สวิทช์กดติด-ปล่อยดับ แบบติดตั้งบนแผ่นปรินท์ 4 ตัว แผ่นระบายความร้อน สำหรับ Q1, Q4, IC6, R10 และ R11 4 ตัว แกน Toriod ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.1 นิ้ว รูภายในกว้าง 0.6 นิ้ว และหนา 0.4 นิ้ว 1 ตัว ลวดอาบน้ำยาเบอร์ 22 ยาว 2.5 เมตร 1 เส้น Note: Best viewed with Internet Explorer 5 or later version at 800 x 600 pixels