STEVAL ISB008V1 – ładowarka akumulatorów Li-Ion z funkcją GasGauged

Akumulatory różnych typów stają się coraz częściej stosowanym źródłem zasilania przenośnych urządzeń elektronicznych. Dzieje się tak częściowo w wyniku naszej rosnącej świadomości ekologicznej, częściowo jest to po prostu zwykły przejaw naszego wygodnictwa.

Żywotność, a nawet bezpieczeństwo użytkowania akumulatorów, zależy w dużym stopniu od prawidłowości procesu ładowania. Wielu producentów oferuje więc specjalnie zaprojektowane do tego celu układy scalone.
Zastosowania poszczególnych rodzajów akumulatorów wynikają w pewnym stopniu z ich specyficznych właściwości. Najczęściej wynik jest kompromisem pomiędzy zaletami i wadami, nie ma bowiem ogniwa idealnego. Od pewnego czasu obserwujemy regularny wzrost zainteresowania akumulatorami Li-Ion, zawdzięczających swój rozwój głównie telefonom komórkowym i kamerom wideo, w których są obecnie powszechnie stosowane. Firma STMicroelectronics opracowała scalony kontroler ładowania takich ogniw - STw4102, pozwalający konstruować łatwo konfigurowalne ładowarki o niewielkich wymiarach. Firmowa aplikacja tego układu w postaci płytki ewaluacyjnej STEVAL-ISB008V1 znajduje się w ofercie STM (schemat elektryczny pokazano na rysunku 1).

Rys. 1. Schemat elektryczny zestawu ewaluacyjnegoRys. 1. Schemat elektryczny zestawu ewaluacyjnego


Zestaw stwarza możliwość natychmiastowego przeprowadzenia różnych eksperymentów bez konieczności montowania własnego urządzenia. Najważniejszym elementem znajdującym się na płytce jest układ STw4102, ale oprócz niego umieszczono również inne podzespoły niezbędne do realizacji wszystkich funkcji ładowarki. Są to: mikrokontroler STM32F103C6T6A, układ zabezpieczenia ESD dla interfejsu USB (USBLC6-2P6) oraz stabilizator LD2985B30R.
Urządzenie jest przeznaczone do ładowania akumulatorów Li-Ion z jednoczesną kontrolą dostępnej pojemności sygnalizowanej w 5-stopniowej skali. Wykorzystano do tego 5 miniaturowych diod LED tworzących linijkę świetlną. Ładowarka jest zasilana z portu USB lub z zewnętrznego zasilacza DC. Maksymalny prąd ładowania jest zależny od sposobu zasilania. Przy zasilaniu z portu USB prąd ładowania nie przekracza 400 mA, zaś przy zasilaniu z gniazda DC prąd ten może być równy maksymalnie 800 mA. Na płytce umieszczono również dwukolorową diodę LED sygnalizującą stan pracy urządzenia: ładowanie (kolor zielony) lub rozładowywanie (kolor czerwony). Tryb pracy jest ustawiany zworką J4.
Zestaw ISB008V1 może być wykorzystywany jako ładowarka akumulatorów Li-Ion zasilających telefony bezprzewodowe, telefony komórkowe, PDA, kamery wideo, urządzenia bluetoothowe i inne urządzenia przenośne. Użytkownik ma możliwość modyfikowania a nawet całkowitej wymiany oprogramowania mikrokontrolera, do czego przewidziano 20-pinowe złącze interfejsu JTAG. STM udostępnia źródła programu wraz z bibliotekami. Oryginalne oprogramowanie zakłada stosowanie urządzenia do ładowania akumulatorów o pojemności 1200 mAh. Do tej wartości jest odnoszony stopień naładowania akumulatora wyświetlany na 5 diodach LED. Parametr ten może być jednak łatwo zmieniany, przez wywołanie odpowiedniej funkcji wykonywanej zaraz po restarcie mikrokontrolera. Taki tryb jest uruchamiany, gdy w chwili zerowania lub włączania zasilania zworka J7 będzie ustawiona w położeniu 1-2. Parametr określający pojemność akumulatora jest następnie ustawiany przez kolejne naciskanie przycisku SW1. Regulacja przebiega w krokach co 300 mAh począwszy od tej wartości. Numer kroku jest sygnalizowany w kodzie binarnym na linijce diodowej. Ostateczne zaakceptowanie nastawy pojemności dołączonego akumulatora następuje po przełączeniu zworki w pozycję 2-3. Ustawiony parametr jest zapisywany w nieulotnej pamięci mikrokontrolera, nie ma więc potrzeby powtarzania tej procedury za każdym razem. Należy natomiast o tej czynności pamiętać podczas pierwszego dołączania do ładowarki akumulatora o innej pojemności niż ustawiona poprzednio, gdyż zależy od tego poprawność procesu ładowania. Pomiar dostępnej pojemności ładowanego akumulatora odbywa się przy wykorzystaniu 24-bitowego układu zliczającego (akumulatora) zaimplementowanego w układzie STw4102. Bez stosowania specjalnych zabiegów realizowanych przez mikrokontroler sterujący, możliwy jest pomiar pojemności maksymalnie do 914 mAh przy rozdzielczości 54,5 nAh. Oprogramowanie firmowe zastosowane w zestawie STEVAL-ISB008V1 jest przystosowane do pomiaru pojemności maksymalnej 2100 mAh. Mikrokontroler STM32 zamontowany na płytce ISB008V1 komunikuje się z układem STw4102 przez interfejs I2C. Schemat blokowy zestawu STEVAL-ISB008V1 przedstawiono na rys. 2.

 

Rys. 2. Schemat blokowy zestawu STEVAL-ISB008V1Rys. 2. Schemat blokowy zestawu STEVAL-ISB008V1

Akumulator przeznaczony do ładowania jest dołączany do łączówki śrubowej ARK lub do 4-pinowej łączówki szpilkowej. Elementem przełączającym obwód ładowania i rozładowania jest tranzystor MOSFET STT3PF30L z kanałem typu p, którego rezystancja w stanie włączenia jest równa 0,14 Ω. Maksymalny prąd tego tranzystora jest równy 3 A.
Udostępniona przez STMicroelectronics dokumentacja zestawu ISB008V1 (dostępna także poniżej), w tym schemat ideowy wraz z listą elementów, stanowią doskonałą inspirację dla konstruktorów zajmujących się projektowaniem podobnych urządzeń.

Kategoria: