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拆解UnA6+ 分析平衡充电路原理

 长庆wcqjs 2022-11-14 发布于上海
UnA6是给航模电池用的充电器,不同于其他串联平衡充,它采用的是独立充电原理,既对于串联在一起的电池分别充电,哪个充满哪个停止,不影响其他电池。这种充电器充电速度快,但是结构复杂,需要为每一路电池设计一路完整的充电电路,因此体积、价格较高。




UnA6 Plus外形图
曾经分析过IMAX-B6的原理,这次对UN-A6也分析一下,这两个充电器基本上是两种充电原理的代表。
由于原理较复杂,分别介绍。
一、充电电路
相关器件:
PWM控制芯片:TL494C  16脚贴装
MOS管:TDCA8057-H 8脚贴装 N沟道 26毫欧 42A
变压器:(黄色)原副边都是带中心抽头的,工作在推挽方式
电感:(黄色)储能电感
电路板正面
电路板反面
原理:
P1是电池插头,最多能同时充6节锂电池,所以它的型号叫A6。不过常用的电池组没有这么多,比如3节也可以正常工作。原理图中的电池(如BT1)是个示意,其实就是P1。
这是一个标准开关电源电路,为了使贴图简洁,图中只画了一路完整的电源电路,即最下面的那一路,同样的电路在这个充电器中共有6路,图中省略了。
图中最左边的激励信号来自专用的电源控制芯片TL494,通过两个MOS管(Q3,Q4)组成推挽方式,将电源的能量送到高频变压器(T1)。两个三极管(Q1,Q2)是MOS管的泄放电路,用来快速关断用。变压器次级通过二极管(D3,D4)全波整流,再经过电感(L1)、电容(C1)滤波,给电池充电。在充电回路中还串联了取样电阻(R7)和控制开关(Q5),取样电阻将电流、电压值反馈给CPU,CPU再结合事先设定的参数调整TL494的激励信号,使输出达到设定的数值,保证系统稳定工作。对于取样电阻如何将电流、电压值提供给CPU的,后面还会进一步分析。
控制开关使用了和推挽电路同样的MOS管,当变压器正常工作后,通过另外两个二极管(D9,D10)整流后控制MOS管(Q5)导通,形成充电回路,电池开始充电。这个电路的作用可能是防止电池短路或者反接,起到保护的作用。
充电电路
图中测试了TL494推挽输出的波形,黄色和蓝色分别对应两个推挽管的激励电压,可见信号是交替出现的。
另外还对比了两种不同充电电流下的波形,测试电流分别为0.5A和2.5A,可见电流越大脉宽越宽。
TL494C P9、P10  @0.5A
TL494C P9、P10  @2.5A
二、放电电路
相关器件:
光耦:CT817C (白色)DIP4贴装
功率线绕电阻:RX21-10W 1R4J(绿色)
CPU:STM32  78452 30F030F496
原理:
图中右下角三极管Q8受光耦U1的控制起开关的作用,将电池的电压加到电阻R16上。
实际充电器应该有6个电阻,图中只画了3个,分别对应每一路的放电,由于是采用固定阻值的电阻,所以对于不同电流的放电只能采用PWM方式模拟,示波器显示的是实测的不同电流(0.2A,1A,2A)对应的波形,可见电流越大,开关导通的占空比就越大。
光耦的源端统一由主板上的CPU控制。只是主板上的CPU过来的是一个串行信号,这个信号再由另外一个CPU(STM 30F030)转成并行信号来分别控制光耦。
R16 U@I=0.2A
R16 U@I=1A
R16 U@I=2A
由于这个放电的电流是通过改变控制信号的占空比实现的,并不是测得的实际电流,当电池的电压变化时,平均电流是否也会发生变化不得而知。这个做法不同于B6充电器采用MOS管恒流的方式。不清楚软件会不会采用根据判别电压来改变占空比,以此来补偿电流的变化的方法。
三、充电电流检测电路
相关器件:
光耦:PS7141-2A (黑色)DIP8贴装,两个光耦封装在一起。
运放:LM358  8脚SOIC封装,最常用的双运放
原理:
由于A6是每节电池独立充电,它的工作方式不同于B6串联充电,所以需要对每个充电回路单独检测。但是CPU只有一个,A/D转换只有一路,各部分取样电阻串联在充电回路中,且相互关联(存在电位差),想检测他们必须先将它们互相隔开,再通过电子开关分时把他们的信号采集过来才能处理。
在开始具体分析工作之前,先说明一下下面两个图的关系:“电压电流检测电路”可以看成是“充放电电路”的一个扩展,即虚线框中的取样电阻R7,R8,R9是同一个器件,这样画是为了更容易理解。
如图所示,每个取样电阻采用了两个光耦隔离,如R7通过U3,U2组成的电子开关与其它取样电阻隔开,这样想知道哪两点的电压,就将相应的电子开关打开,这两点的电压差就被送到运放了。值得注意的是,采到的信号被同时送到了两个运放,是为了测量不同的参数用,有增益的(U9B)是测量电流信号,倍数为1的(U9A)是测量电压信号。电路中通过控制不同光耦的通断就能把所有电池的电压、电流信号都采集到了,这也是这个设计的精华所在。
电压电流检测电路
充放电电路
四、液晶显示、按键电路
相关器件:
液晶显示屏:只有数段显示,带背光,显示每一路的电压、电流值,还有和充电器相关的信息:输入电压,工作模式,计数器,蜂鸣器。具体见第一张通电后的外观图。
按键:4个按钮从左到右分别为:选择,+,—,开始
液晶显示板
原理:
液晶显示板是个单独的pcb,通过8芯单排插针和主板连接。液晶显示字段控制有一个专用芯片,在这个板子的背后,型号略。
五、单片机电路
相关器件:
CPU:STM32F  OS1CBT6 GH24P (主CPU)
风扇:两个风扇、并联
原理:
单片机为ST公司的通用CPU,优点很多可以有大量资料,就不介绍了。
这里仅列举一下它用到的I/O控制:
13路光耦:6路电流(6*2),1路最高点电压S6。
6路TL494C:通过PWM方式和积分电路接到TL494的1脚,改变其输出脉宽。
一路风扇。
其他。。。
           以上为UnA6的详细介绍,电路图是通过实物扒出来的,并不完整,器件序号与实物也不一致,仅用于分析原理。

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