La section electronique de pokie: Projet chargeur

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Chargeur rapide pour accus NimH Midland
Conception en cours. Le chargeur n'a pas encore été testé!

Ce projet permet la charge rapide et intelligente des accus NimH pour les talkies walkies Midland série GXT300 GXT400.

Le bloc chargeur actuel est une simple résistance et le constructeur recommande de ne pas laisser plus de 12h les talkies walkies en charge sur ce support.

Le but de cette réalisation est de rendre intelligent ce support, c'est à dire de proposer une charge rapide puis un courant d'entretien entre 20mA et 30mA. Le GXT400 consomme environ 25mA lorsque il ecoute un canal, squelch active, ce qui permet au bloc d'accus de ne pas se décharger et on aura alors un pack toujours pret à l'emploi même si ceux-ci restent en veille.

Le chargeur est décliné en deux versions:
  • Chargeur 1h30mn, alimenté par un bloc secteur 12V 500mA
  • Chargeur 2h12mn, alimenté par un bloc secteur 9V 500mA
  • 1 Calcul des composants

    1.1 Le pack d'accus AVP3

    Ces pack d'accus comportent 5 cellules NiMH AAA en série avec une diode de protection pour éviter une décharge du pack par un court circuit lors de contact du dos des talkies walkie avec du métal. Leur capacités est de 700mAh.
    accus AVP3Tension (V)
    accus completement déchargé4,11V
    accus completement chargé8,5V
    Table 1: Le pack d'accus
    Selon le type d'accus, le rendement de charge est de l'ordre de 80%, soit pour un accu de 700mAh, une charge à appliquer de 875mAh. Mais si on part du principe que les accus ne seront pas entièrement dechargés, on peut considérer que 750mA suffiront pour la charge.
  • Avec un courant de charge à 500mA, en 1h30 on envoi 750mA.
  • Avec un courant de charge à 342mA, en 2h12 on envoi 752mA.

    1.2 Le bloc secteur (wall adapter)

    J'utilise des blocs secteurs de récupération. La table 2 décrit les caractéristiques électrique des différents blocs secteurs:
    Bloc secteur12V9V
    tension à vide18,5V16,3V
    tension en charge lente à 30mA17,3V15V
    tension en charge lente à 50mA17V14,7V
    tension en charge rapide à 342,5mA14V11,5V
    tension en charge rapide à 500mA12V10V
    Table 2: Les blocs secteur

    La première contrainte impose une tension minimale de 1,5V + 1,9V x [nombre d'accus]. Le pack d'accus midland AVP3 contient 5 cellules donc la tension mini est de 11Volts. Voila un premier résultat qui influ directement sur le choix du bloc secteur. Le bloc 12V conviendra pour une charge maxi à 500mA et le bloc 9V pour une charge maxi à 342,5mA.
    La seconde contrainte du montage est que la tension maximale ne doit pas dépasser 20Volts car à ce moment la il faut ajouter un transistor en cascode pour protéger la pin DRV qui commande la grille du PNP de puissance. Cette condition est remplie dans les deux cas.
    Enfin, dernière contrainte largement atteinte, la tension minimale du bloc secteur doit être de 6V et également supérieure de 1,5V à celle des accus pendant leur charge.

    1.3 Equations de base

    Les premières équations pour déterminer le courant de charge, le mode de charge et sa durée se trouvent dans la datasheet du MAX712/MAX713. Viennent ensuite celles pour le calcul des composants en fonction des choix précédents.

    Le premier calcul consiste dans le choix du mode de charge, 2C, C, C/2. Les tables 3,4 et 5 résument les différentes possibilités. Si on souhaite réaliser le chargeur lent, il faut alors connecter PGM2 à BATT- au lieu de REF.

    Vitesse
    de
    Charge
    Batteries NiMHBatteries NiCd
    > 2CΔV/Δt et température,
    MAX712 ou MAX713
    ΔV/Δt et/ou température,
    MAX713
    2C à C/2ΔV/Δt et/ou température,
    MAX712 ou MAX713
    ΔV/Δt et/ou température,
    MAX713
    < C/2ΔV/Δt et/ou temperature,
    MAX712
    ΔV/Δt et/ou temperature,
    MAX713
    Table 3: La mecanisme de fin charge
    PGM3Vitesse de ChargeCourrant de charge lente
    V+4CIFAST/64
    OPEN2CIFAST/32
    REFCIFAST/16
    BATT-C/2IFAST/8
    Table 4: Programmation du taux des courants de charge
    Calcul de la puissance dissipé par le transistor T1:
    PDPNP = (tension du bloc en charge - tension mini accus) x (courrant de charge) soit:
  • Pour la version 500mA: PDPNP = (12-4) x 0,5 = 4W
  • Pour la version 342,5mA: PDPNP = (11,5-4) x 0,34 = 2,55W

    En consultant la notice du 2N6109, le fabriquant donne une température maximale de jonction de 150°C et une résistance thermique jonction-ambiant de 62,5°C/W. A 25°C, la RTH totale est de (150 - 25) / 4 = 31,25°C/W pour la version 500mA et (150 - 25) / 2,55 = 49°C/W pour la version 342mA. Dans le premier cas le tracé du circuit imprimé ne suffira pas et il faudra utiliser un radiateur. Dans le second cas, la dissipation sera toléré.

    Calcul de la valeur de la résistance R1:
    Celle-ci alimente le régulateur 5V interne du MAX71x. Le courant d'absorbtion de ce dernier doit être compris entre 5mA et 20mA. R1 = (tension mini du bloc - 5V) / 5mA, soit la valeur maxi:
  • Pour la version 500mA: R1 = (12-5) / 0,005 = 1400Ω
  • Pour la version 342,5mA: R1 = (11,5-5) / 0,005 = 1300Ω En suivant le code des résistance, je choisis 1,2kΩ.
    Le courant maxi est alors de: IMAX = (tension maximum du bloc - 5) / R1 = (18,5 - 5) / 1200 = 11,25mA.

    Calcul de la valeur de la résistance RSENSE:
    En courant de charge rapide, la tension entre BATT- et GND est regulé à 250mV. La formule pour calculer la valeur de RSENSE est alors: RSENSE = 0,25V / ICHARGE, soit:
  • Pour la version 500mA: RSENSE = 0,25V / 0,5 = 0,5Ω
  • Pour la version 342,5mA: RSENSE = 0,25V / 0,34 = 0,735Ω
    La résistance de 0,5Ω est obtenue en mettant deux résistances de 1Ω en parrallele. Celle de 0,735Ω est obtenue en mettant 1Ω et 2,7Ω en parrallele.

    Calcul du courant de trickle (charge lente):
    La table 4 définit que le courant ITRICKLE est egal au 1/16 du courant de charge rapide IFAST, soit:
  • Pour la version 500mA: ITRICKLE = 0,5 / 16 = 31,25mA
  • Pour la version 342,5mA: ITRICKLE = 0,34 / 16 = 21,25mA

    2 Fonctionnement du chargeur

    La fin de charge est détectée par le point d'inflexion de la tension aux bornes du pack d'accus ou par un délai de charge dépassant la valeur programmé selon la table 5. Nous avons fixé un mode de charge en 1C donc PGM3 est déjà fixé à REF, il ne reste alors plus que deux possibilités pour le délai de fin de charge: 1h30 ou 2h12. Le délai court sera pour le chargeur 500mA et l'autre pour la version 342,5mA.
    fnct
    Fig 1: Chronogramme de fonctionnement du chargeur

    Au départ (1), aucun accus de connecté. En (2), on branche le pack d'accus et le chargeur démarre en charge rapide. En (3), le point d'inflexion est détecté, le chargeur passe en courant d'entretien (trickle) jusqu'a ce qu'on retire le pack (4) ou que la tension au borne du pack descende en dessous d'un certain seuil.
    Timeout
    (min)
    A/D Sampling
    interval (sec)
    Voltage Slope
    termination
    PGM3PGM2
    2221nonV+Open
    2221ouiV+REF
    3321nonV+V+
    3321ouiV+BATT-
    4542nonOpenOpen
    4542ouiOpenREF
    6642nonOpenV+
    6642ouiOpenBATT-
    9084nonREFOpen
    9084ouiREFREF
    13284nonREFV+
    13284ouiREFBATT-
    180168nonBATT-Open
    180168ouiBATT-REF
    264168nonBATT-V+
    264168ouiBATT-BATT-
    Table 5: Programmation du temps de charge maximum

    3 Schéma du chargeur

    Le pack d'accus contient 5 cellules, donc en se referant à la table 2 page 7 de la datasheet du MAX712/713, on programme PGM1 à V+ et PGM0 en l'air
    La fonction de détection de température haute n'est pas utilisé. Ceci est réalisé en connectant THI à V+, TLO à BATT- et en placant une résistance de 68k entre REF et TEMP et une autre de 22k entre TEMP et BATT-.

    schema
    Fig 1: Schéma de la partie électronique

    Le transistor de puissance T1 peut etre remplacé par un BD242C ou un TIP32 ou équivalent.

    4 PCB des chargeurs 342,5mA et 500mA

    Voici le circuit imprimé qui sert de prototype. L'objectif est de réaliser un circuit imprimé qui reprend la taille de celui d'origine.
    Pour le moment les dimensions réelle sont 3,81cm x 3,3cm.
    circuit

    Fig 2: Circuit imprimé simple face version 500mA
    circuit

    Fig 3: Circuit imprimé simple face version 500mA

    5 Fichiers à télécharger

  • Le schéma au format eagle
  • Le circuit imprimé de la version 342,5mA
  • Le circuit imprimé de la version 500mA
  • datasheet du MAX712/713
  • datasheet du 2N6109, datasheet du TIP32, datasheet du BD242C
  • none
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