Сегодня в наших домах в изобилии различной портативной техники, работающей от элементов питания. В свою очередь элементы питания могут быть различной конфигурации и по размерам, и по напряжению, и по технологии, применяемой для долговременного сохранения запаса электроэнергии. Элементы питания могут быть как одноразовые (солевые батарейки, например), так и многоразово перезаряжаемые элементы питания - аккумуляторы. Следом часто встает вопрос о том, что аккумуляторы для дальнейшего использования необходимо заряжать, хотя производители портативной электроники часто заботятся, о том, чтобы к таким устройствам в комплекте шли специальные зарядные устройства, но на практике не раз случается, что либо для таких аккумуляторов просто нет зарядного устройства (имеется ввиду в комплекте с каким-либо устройством), или покупая пальчиковые аккумуляторы, например, для фотоаппарата не всегда покупается сразу и зарядное устройство (которое как правило всегда приобретается отдельно в таких случаях), либо просто и банально стандартное зарядное устройство потерялось, ну или же наконец в радиолюбительской практике часто приходится заряжать какие-нибудь аккумуляторы, которым охота дать жизнь в каком-нибудь своем устройстве. Так вот, проблему перезарядки аккумуляторов можно решить приобретением специального зарядного устройства для них. Ну а рассмотрим мы сегодня не самое простое зарядное устройство, а всеядное IMAX B6, а точнее его 80 ваттную копию.

Приобрести его можно на торговых интернет площадках или AliExpress . Цена на копию начинается от 20 условных единиц, что до 1,5 - 2 раз дешевле оригинала и к тому же мощнее на 30 Вт. Но копия есть копия - нужно держать глаз пистолетом при покупке, ведь скопировать может и дядя Ляо в подвале. В моем случае продавец оказался и вправду порядочным (отзывы штука полезная) - получил зарядное устройство минимально отличающееся от оригинала - единственное просто сборка корпуса не очень порадовала, а печатная плата изготовлена на высоком качественном уровне.

Характеристики зарядного устройства:

• Напряжение питания 11 - 18 вольт
• Зарядный ток от 0,1 до 6 ампер
• Максимальная мощность заряда 80 ватт
• Разрядный ток до 2 ампер
• Максимальная мощность разряда 10 ватт
• Функции зарядного и разрядного устройства
• Зарядка NiMH/NiCd аккумуляторов от 1 банки до 15 последовательно
• Зарядка Li-ion/Polimer аккумуляторов от 1 до 6 банок последовательно
• Масса зарядного устройства 227 г
• Габаритные размеры 133х87х33 мм

Повертим пришедшую посылку в руках и рассмотрим с разных сторон.

Днище корпуса без голограммы, которая должна присутствовать именно в оригинальном устройстве, и такие сякие китайцы приклеили криво ножку, будут наказаны!

Корпус зарядного устройства сам по себе является радиатором. К слову корпус весь полностью изготовлен из алюминия.

Вот в такой разъем необходимо подключить внешний источник питания 11 -18 вольт. Вообще есть варианты копий со встроенным внутрь источником питания, но я не думаю, что это лучше, компактнее да, а вот греться может больше, что не есть хорошо. В отверстии с уголком, рядом с градусником на самом деле разъем - подключать можно или USB, или термометр (в инструкции не сказано, но вроде как это LM35) для контроля температуры заряжаемых аккумуляторов.

С другой стороны разъемы для балансного заряда Li батарей и основной выход плюс минус на все аккумуляторы.

Комплект поставки это инструкция и комплект проводов (блок питания в набор не входит и его нужно покупать отдельно):

При заказе попросил продавца укомплектовать проводами вот с такими разъемами, по умолчанию это будут T-коннекторы.

Вот такая инструкция идет в комплекте на английском и в глянце. Датирована инструкция 2008 годом.

Отдельно к зарядному устройству приобрел 120 Вт универсальный блок питания (правда предназначенный для ноутбуков). Хотя и тут китайцы схитрили и блок оказался на 96 Вт, а 120 всего лишь максимальная.

В комплекте к блоку идет набор разъемов для различных ноутбуков:

Для зарядного устройства идеально подходит штекер под номером три слева с белым колечком.

Напряжение блока питания можно регулировать от 12 вольт до 24 вольт.

Ну что же, внешне все оценили, приступим к разборке!

Откручиваем боковые крышки и достаем днище корпуса, к которому прикручена плата.

Как сразу можно заметить, плата изготовлена очень качественно, все элементы для поверхностного монтажа стоят ровно (электролитические конденсаторы не в счет), флюс отмыт, нигде нет никаких загрязнений, пайка блестит, все запаяно аккуратно. Даже глаза радуются! Преобразователь напряжения в устройстве используется импульсный - это только для заряда аккумуляторов, Стабилизатор для микроконтроллера устройства расположен на обратной стороне платы. Перенесем свой взор туда.

Как видно, все теплонагруженные элементы расположены на обратной стороне печатной платы и прижимаются к корпусу устройства, который, как вы помните, является как раз и радиатором по совместительству.

Прижимается все к корпусу через терморезинки.

Порадовала штамповка якобы для вентиляции, которая практически не имеет щелей для циркуляции воздуха.

Пожалуй один из самых интересных вопросов это на базе чего построено зарядное устройство. Но тут разочарование - мы этого не узнаем, так как надпись затерта на корпусе микросхемы микроконтроллера. Вообще на глаз очень похоже на микроконтроллер Atmega16.

Соберем все обратно и попробуем включить, надеюсь ничего не было сломано во время разборки..)

При включении питания появится в самом начале надпись с названием устройства. И далее можно приступать к работе с устройством, выбрать нужный режим, задать параметры тока зарядки и нажать старт, после проверки аккумулятора начнется процесс заряда аккумулятора по заданному алгоритму в зависимости от выбранного типа. В случае неправильного выбора, например поставить NiMH аккумулятор вместо Li-ion, устройство выдаст ошибку и заряд не начнется, аналогично в случае отсутствия аккумулятора вовсе или большего или меньшего количества аккумуляторов подключенных к зарядному устройству по сравнению с выбранными параметрами меню зарядки.

Подключаем провода к зарядному устройству и крокодилами подключаемся к аккумулятору. Стоит предусмотреть держатели для аккумуляторов, так как просто крокодилами не то что не удобно, а иногда невозможно соединиться.

Попробуем зарядить старый аккумулятор от мобильного телефона.

Задаем параметры.

Жмем старт и устройство проверяет аккумулятор.

Заряд пошел. В верхней строке указа тип и количество аккумуляторов, зарядный ток (аккумулятор 700 мАч, однако он убитый и его емкость несколько меньше, в процессе зарядки ток снизится до 300 мА и постепенно снизится до 0 в конце зарядного цикла) и напряжение на аккумуляторе. В нижней строке указывается запущенный процесс зарядки или разрядки, время которое протекает зарядка и емкость заряда вкачанная или выкачанная из аккумулятора.

В конце зарядки раздастся звуковой сигнал и зарядка прекратится. По итогам старенький аккумулятор зарядился за 1 час и его емкость составила почти 200 мАч. И все же значение емкости может быть слегка завышена, судя по всему этот расчет происходит по принципу текущего зарядного тока, перемноженного на время протекания этого тока.

Для различных типов аккумуляторов напряжение задается автоматически (номинальное напряжение плюс напряжение полностью заряженного аккумулятора, так для LiPo номинальное значение 3,7 В, а заряженный аккумулятор даст напряжение в 4,2 В). Номинальное напряжение для NiMH и NiCd 1,2 В, для Li-ion 3,6 В, для LiPo 3,7 В, для LiFe 3,3 В.

Зарядное устройство работает по 4 алгоритмам по умолчанию: Li аккумуляторы (обычная зарядка, балансная зарядка (используются разъемы справа от основного выхода зарядки с многочисленными штырьками), быстрая зарядка, хранение, разрядка), NiMH аккумуляторы (устанавливаем ток зарядки, ток разрядки, количество циклов зарядки-разрядки), NiCd аккумуляторы (устанавливаем ток зарядки, ток разрядки, количество циклов зарядки-разрядки ), свинцовые аккумуляторы (разрядка и зарядка). Также можно сохранить свои данные по некоторым своим комбинациям зарядки аккумуляторов, например 4 аккумулятора NiMH такой-то емкости заряжать таким-то током и по таким-то циклам, чтобы не настраивать каждый раз все это перед зарядкой.

Далее в зарядном устройстве есть меню настроек, где можно задать тип Li аккумулятора , время проверки аккумулятора, настройка D.Peak чувствительности, управление и настройка разъема для USB или термометра и прочее, схема меню на фото:

Для подключения к компьютеру по USB потребуется UART-USB переходник. Выгружаемая зарядным устройством информация содержит лог зарядки или разрядки. Для визуализации полученных данным можно использовать программу Log View от компании SCYRC, разработанную для оригинальных зарядных устройств.

Ну что же, зарядное устройство IMAX B6 вполне себе не плохой агрегат, грамотно заряжает практически все, что используется в портативной технике в качестве элементов питания. Причем заряжать можно все от пальчиковых аккумуляторов до небольших автомобильных аккумуляторов. Единственный недостаток, которой можно отметить, это то, что он заряжает по несколько аккумуляторов только в соединении последовательно. Если бы была реализована раздельная зарядка нескольких аккумуляторов (для Li аккумуляторов балансный режим не в счет), прибор бы был, наверное, лучшим выбором в данном ценовом диапазоне.

Если занимаетесь электроникой, возможно у вас есть умная зарядка Imax B6 (mini). В комплект не входят балансировочные разъемы и бокс для установки аккумуляторов. Конечно, умельцы начинают их делать своими руками из подручных материалов или готовых купленных запчастей. У кого-то это получается лучше, а у кого-то — нет. В этом посте подробно расскажу, покажу, как сделать.

Для изготовления мне потребовалось:

1. Бокс 2×18650;

2. Бокс 4×18650;

3. Балансировочные разъемы 2s 3s 4S 5S 6s;

4. Провода AWG18;

5. Щупы бананы;

6. Винтовые клеммные колодки 2EDG-5.08-4P + 2EDGV-5.08-4P — 2шт.;

7. Фольгированный стеклотекстолит.

И так, надо изготовить печатную плату

Сделано в программе Sprint Layout, . Скачать печатной платы, формат lay6

После травления платы, все собираем и припаиваем.

Ниже на фото разъем подключен на 5 пять банок. Шестой отсек держателя использовать не будем, так как заряжаем 5 АКБ.

Схема подключения к балансировочному разъему Imax B6

Не имеет значения какое у вас зарядное, оригинал — не оригинал, все они имеют пять сокетов для балансировки литиевых аккумуляторов до 6 штук. Для подключения к балансировочному сокету, соедините все банки последовательно, затем 1-й провод (красный) разъема идет на плюс сборки, а последний провод на минус сборки, соединения между банками идут на промежуточные провода разъема. На (+ ) первой банки и (— ) последней, необходимо припаять щупы бананы. Ниже приведена схема подключения максимального количества аккумуляторов.

На данном примере видим максимальное подключение аккумуляторов, 6 штук. Для подключения пяти, четырех … делаем аналогично, не забываем соблюдать полярность.

Вот я и сделал схему и печатку зарядного устройства. В основном упирал на оформление схемы, печатка получилась так себе. Правда, качество разводки и в оригинале не блещет. Мне не очень интересная оригинальная разводка, ведь я рассматриваю переделку всей печатки.

Есть небольшие отличия от оригинала, потому что я поленился из рисовать. Я не стал рисовать USB-порт, и кварц. Долгое время уже сижу на PIC24, там кварц обычно нафиг не нужен.

Прошу помощи по прохождению нормоконтроля по ГОСТ в оформлении схемы (pdf , p-cad2006). Где есть косяки(кроме того, что нумерация компонентов не по порядку)? Уж сильно много времени убил на оформлении, буквально каждый компонент перерисовывал из своей библиотеки. Получилось красиво, но хочется ещё красивее. Для сравнения, чья-то схема IMAX B6 . Нормоконтролировать картинки в посте не надо, на картинках может быть старая версия.

Вот ещё печатка (тоже P-CAD 2006)

Переченя элементов пока так же нет, почти все номиналы на схеме.

А теперь я расскажу как работает схема. Она весьма интересная.

1. Защита от переполюсовки по питанию

Защита сделана на N-канальном MOSFET транзисторе. Такое решение позволяет обеспечить почти нулевое падение напряжения, по сравнению с защитой на диоде. Например, при токе 3А 12В диод довольно сильно грелся бы, более Ватта.
У этой схемы есть небольшой недостаток: для повышенного напряжения, более 20В, резистор R6 надо заменить на 10-вольтовый стабилитрон.

2. DC-DC преобразователь
Для работы зарядного устройства необходимо наличие регулируемого источника питания. Источника, способного из 12 В сделать как 2В, так и 25В. Вот его схема:


Управляется преобразователь тремя линиями:
1) Линия DCDC/ON_OFF - это запрет работы преобразователя. Подавая на линию 5V, выключается как VT26 (ключ для STEP-UP режима), так и VT27 (ключ для STEP-DOWN режима).
2) Линия STEPDOWN_FREQ двойного назначения: в STEP-UP режиме на этой линии должно быть 5V, иначе питание на катушку L1 не поступит, в step-down на этой линии должна быть частота. Регулируя скважность меняем выходное напряжение.
3) Линия SETDISCURR_STEPUPFREQ. В повышающем режиме на этой линии ШИМ, в понижающем - 0V
Дополнительно реализована защита от КЗ по линии аккумулятора: при превышении зарядного тока сработает VT8, и питание с преобразователя будет снято, транзистор VT26 разомкнётся. Как точно это работает, я не разобрался, можете сами поизучать схему.

Вопрос залу: что делают R114+R115+C20?

Силовые MOSFET ключи VT26 и VT27 управляются двухтактный эмиттерным повторителем: VT13-VT14 и VT17-VT18.

Частота работы преобразователя 31250кГц.

Данный преобразователь нельзя включать без минимальной нагрузки, в качестве которой выступает R128. Причём, в моей версии зарядки, он припаян напаян он поверх других элементов - ошибка разработчиков.

3. Включение аккумулятора

Ни один вывод аккумулятора не подключен на землю напрямую. Это касается как силовых цепей, так и балансировочного разъёма. Плюс аккумулятора подключен на DC-DC преобразователь, минус - к зарядному транзистору. Включив Charge transistor, а также регулируя напряжение на DC-DC, устаналивается необходимый зарядный ток.

4. Защита от дурака при переполюсовке аккумулятора


Включением заряда управляет DA4.2, и заряд идёт лишь при правильном подключении аккумулятора. Запретить же заряд может и контроллер, транзистором VT9.

5: Схема разряда


Схема разряда построена на транзисторе VT24 и двух операционниках. Для включения разряда надо открыть VT12. VT24 - разрядный транзистор. Именно он рассеивает тепло при разряде. Управляет им два операционных усилителя.
Посылая на вход двух RC-цепочек меандр,


контроллер формирует напряжение на In+ DA3.2:

DA3.2 - это схема интегратора(фильтр низких частот). Он будет увеличивать напряжение на выходе (и на затворе разрядного транзистора VT24), а значит и разрядный ток до тех пор, пока напряжение на выводах In+ и In-(красные цепи) не сравняются. На In+ подаётся опорный сигнал от контроллера, на In- сигнал со схемы обратной связи на DA3.1. Результат - ток плавно нарастает до номинального
Коричневый провод - запрет разряда. Если на нём 5 Вольт - разряд запрещён.
По синей линии можно проконтролировать фактический разрядный ток.

6. Схема балансировки и измерения напряжения на ячейках


Как, например измерить напряжение шестой ячейки? Напряжение BAL6 и BAL5 с шестой ячейки подаётся на дифференциальный усилитель DA1.1, который из 25В на шестой ячейки вычитает 21В на пятой. На выходе - 4В.
Нижние ячейки измеряются без участия дифференциального усилителя, делителем. Особо отмечу, что измеряется даже "земля"(BAL0).
Выход коммутируется мультиплексором HEF4051BT на контроллер. Без мультиплексора - никак, ног не хватит.

Балансировочная схема сделана на двух транзисторах. Применительно к шестой ячейке это VT22 и VT23. VT22 - цифровой транзистор, в нём уже встроены резисторы, и он подключается напрямую к выводу контроллера. Если микроконтроллер замечает, что какая-то ячейка перезарядилась, он остановит заряд, включит соответствующую перезаряженной ячейке схему, и через резисторы побежит ток около 200мА. Как только ячейка немного разрядилась, вновь включается заряд всей батареи аккумуляторов.

7. Цифровые цепи


Контроллер измеряет контроллером напряжения на плюсе и минусе аккумулятора. Если произойдёт переполюсовка - на экран будет выведено предупреждение.
Подсветка индикатора зачем-то запитана от транзистора, сам индикатор включен в 4-битном режиме.
Ещё из интересного - источник опорного напряжения TL431.

Ещё вопрос к залу про кварц: неужели для ATMEGA кварц обязателен?

Воистину говорят: лень - двигатель прогресса! Вот и мне, взбудоражила голову мысль, автоматизировать процесс измерения и тренировки кислотных аккумуляторных батарей. Ведь кто, в здравом уме, будет, в наш век умных микросхем, корпеть над аккумулятором с мультиметрами и секундомером? Наверняка, многие знают «народное» зарядное устройство Imax B6. На хабре есть про него (и даже не одна). Ниже я напишу, что я с ней сделал и зачем.

Точность

В начале, моей целью было увеличение разрядной мощности, чтобы измерить свои батареи для бесперебойника и, в перспективе, тренировать их, не подвергаясь риску преждевременной старости (меня, а, не аккумуляторов). Погонял устройство в разобранном виде.

Внутри оно щедро нашпиговано множеством дифференциальных усилителей, мультиплексором, buck-boost регулятором с высоким КПД, имеет хороший корпус, а в сети можно найти открытый исходный код очень неплохой прошивки. При токе зарядки до 5 ампер, им можно заряжать даже автомобильные аккумуляторы на 50А/ч (ток 0.1C). При всем, при этом этом, богатстве, в качестве датчиков тока, здесь используются обычные 1 Вт резисторы, которые, ко всему прочему, работают на пределе своей мощности, а значит, их сопротивление значительно уплывает под нагрузкой. Можно ли доверять такому измерительному прибору? Подув и потрогав руками эти «датчики» сомнения ушли - хочу переделать на шунты из манганина!

Манганин (есть еще константан) - специальный сплав для шунтов, который практически не изменяют своего сопротивления от нагрева. Но его сопротивление на порядок меньше заменяемых резисторов. Так же, в схеме прибора используются операционные усилители для усиления напряжения с датчика до читабельных микроконтроллером значений (я полагаю, верхняя граница оцифровки - опорное напряжение с TL431, около 2,495 вольт).

Моя доработка заключается в том, чтобы впаять шунты вместо резисторов, а разницу в уровнях компенсировать, изменив коэффициент усиления операционных усилителей на LM2904: DA2:1 и DA1:1 (см. схему).

Схема

Для переделки нам понадобятся: само устройство оригинал (я описываю переделку оригинала), манганиновые шунты (я взял от китайских мультиметров), ISP программатор, прошивка cheali-charger (для возможности калибровки), Atmel Studio для ее сборки (не обязательно), eXtreme Burner AVR для ее прошивки и опыт по созданию кирпичей успешной прошивке атмеги (Все ссылки есть в конце статьи).
А так же: умение паять SMD и непреодолимое желание восстановить справедливость.

Я нигде не учился разработке схем и вообще радиолюбительству, поэтому вносить такие изменения в работающее устройство вот так с ходу, было лениво боязно. И тут на помощь пришел мультисим! В нем возможно, не прикасаясь к паяльнику: реализовать задумку, отладить ее, исправить ошибки и понять, будет ли она вообще работать. В данном примере, я смоделировал кусок схемы, с операционным усилителем, для цепи, обеспечивающей режим заряда:

Резистор R77 создает отрицательную обратную связь. Вместе с R70 они образуют делитель, который задает коэффициент усиления, который можно посчитать примерно так (R77+R70)/R70 = коэффициент усиления. У меня шунт получился около 6,5 мОм, что при токе 5 А составит падение напряжения нем 32,5 мВ, а нам нужно получить 1,96 В, чтобы соответствовать логике работы схемы и ожиданиям её разработчика. Я взял резисторы 1 кОм и 57 кОм в качестве R70 и R77 соответственно. По симулятору получилось 1,88 вольт на выходе, что вполне приемлемо. Так же я выкинул резисторы R55 и R7, как снижающие линейность, на фото они не используются (возможно, это ошибка), а сам шунт подключил выделенными проводами к низу R70, C18, а верх шунта напрямую к "+" входу ОУ.

Лишние дорожки подрезаны, в том числе, и с обратной стороны платы. Важно хорошо припаять проводки, чтобы они не отвалились, со временем, от шунта или платы, потому что с этого датчика запитывается не только АЦП микроконтроллера, но и обратная связь по току импульсного регулятора, который, при пропадании сигнала, может перейти в максимальный режим и угробиться.

Схема для режима разрядки принципиально не отличается, но, так как я сажаю полевик VT7 на радиатор, и увеличиваю мощность разрядки до предела полевика (94Вт по даташиту), хотелось бы и максимальный ток разряда выставить по-больше.

В результате я получил: R50 – шунт 5,7 мОм, R8 и R14 - 430 Ом и 22 кОм соответственно, что дает требуемые 1,5 вольт на выходе при токе через шунт 5 А. Впрочем, я экспериментировал и с большим током - максимум вышло 5,555 А, так что зашил в прошивку ограничение до 5,5 А (в файле «cheali-charger\src\hardware\atmega32\targets\imaxB6-original\HardwareConfig.h»).

По ходу вылезла проблема - зарядник отказался признавать, что он откалиброван (i discharge). Связано это с тем, что для проверки используется не макроопределение MAX_DISCHARGE_I в файле «HardwareConfig.h», а вторая точка калибровки для проверки первой (точки описаны в файле «GlobalConfig.h»). Я не стал вникать в эти тонкости хитросплетения кода и просто вырезал эту проверку в функции checkAll() в файле «Calibrate.cpp».

В результате переделок, получился прибор, который обеспечил приемлемую линейность измерений в диапазоне от 100mA до 5А и который можно было бы назвать измерительным, если бы не одно но: так как я оставил мощный разрядный полевик внутри корпуса (несмотря на улучшенное охлаждение), нагрев платы от него все равно вносит искажение в результат измерения, и измерения немного «плывут» в сторону занижения… Не уверен, кто именно виноват в этом: усилитель ошибки или АЦП микроконтроллера. В любом случае, ИМХО, стоит вынести этот полевик за пределы корпуса и обеспечить там ему достаточное охлаждение (до 94Вт или заменить его на другой подходящий N-канальный).

Прошивка

Не хотел я писать про это, но меня заставили.

Немного про мою доработку охлаждения

Полевик VT7, на новом месте, приклеен на термоклей, а его теплоотвод - припаян к медной пластинке:

Охлаждение решил сделать из ненужного радиатора на тепловой трубке от мат-платы. На фото видно подходящую по размерам прижимную пластину и площадку транзистора, по периметру которой проложена изолирующая пластмасса - на всякий случай. Пяточек из жала паяльника припаян прямо к плате, к общему проводу - будет играть роль дополнительного теплоотвода от преобразователя:

Собранная конструкция не помешает стоять прибору на ножках:

Готовы к прошивке:

Я испытал эту переделку в пассивном режиме охлаждения: разряд 20 минут 6-вольтовой Pb-батареи максимальным током 5,5А. Мощность высветилась 30...31Вт. Температура на тепловой трубке, по термопаре, дошла до 91°C, корпус тоже раскалился и, в какой-то момент, экран начал становиться фиолетовым. Я, конечно, сразу прервал испытание. Экран долго не мог прийти в норму, но потом его отпустило.

Теперь уже очевидно, что выносной блок нагрузки, с разъемным соединением, был бы наилучшим решением: в нем нет ограничений на размер радиатора и вентилятора, а сама зарядка получилась бы более компактной и легкой (в поле разряд не нужен).

Надеюсь, что эта статья поможет новичкам быть смелее в экспериментах над беспомощными железяками.
Замечания и дополнения приветствуются.

Предупреждение : описанные модификации, при неумелом применении, могут повредить компоненты зарядки, превратить ее в необратимый «кирпич», а так же привести к снижению надежности устройства и создать риск пожара. Автор снимает с себя ответственность за возможный ущерб, в том числе за зря потраченное время.