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Schaltungsbeschreibung
Die Konzeption des µP-Akku-Masters sieht vor, einzelne Zellen oder
Akkupacks der Typen Nickel/Cadmium (NiCd) oder Nickel/Metallhydrid
(NiMH) artgerecht zu behandeln. Dazu gehört einerseits das Volladen
ohne die geringste Überladung, aber andererseits müssen die Zellen zur
Vermeidung des Memory-Effekts auch entladen werden, ohne daß sie in
den Bereich der Tiefentladung kommen; als Nebeneffekt fällt dabei die
Messung der tatsächlichen Akku-Kapazität ab. Als Ergebnis dieser sorg-
fältigen Pflege kommt man zu einer Akku-Lebensdauer, die bis zu 5000
Lade- und Entladezyklen erreicht.
Der Akku-Master verfügt über eine ausgeklügelte Mikroprozessor-(µP-)
Steuerung (IC12). Dies hat nicht nur den Vorteil, daß man den Lade- und
Entladestrom sehr genau vorgeben kann, sondern es läßt sich auch der
zeitliche Verlauf der Ladespannung detailliert verfolgen. Außerdem
ermöglicht diese Struktur die Überwachung der Zeitvorgänge mit ent-
sprechender Reaktion; wenn z. B. die Ladespannung nicht zeitgerecht
ansteigt, sorgt der Prozessor für eine Sicherheitsabschaltung.
Ferner erlaubt der große Programmspeicher (EPROM IC11) die Ausgabe
von Klartextmeldungen, aus denen der jeweilige Betriebszustand exakt
hervorgeht; eine zweizeilige Matrixanzeige übernimmt die Textausgabe,
so daß die Gerätefunktion für den Anwender jederzeit transparent ist.
Detallierte Fehlermeldungen informieren über etwaige Unregelmäßig-
keiten, wie z. B. falsch eingestellte Zellenzahl oder eine defekte Siche-
rung in der Akku-Zuleitung. Zur Eingabe der gewünschten Betriebsart
steht ein Tastenfeld zur Verfügung, das ständig vom µP abgefragt wird.
Das Ergebnis des zuletzt durchgeführten Lade- bzw- Entladevorgangs
wird in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt (EEPROM IC4). Man
kann den Inhalt dieses Speichers per Knopfdruck jederzeit wieder ausle-
sen und ihn sich anzeigen lassen, um sich über das jüngste Ergebnis zu
informieren.
Dieses EEPROM ist ebenso wie der D/A-Umsetzer (DAU IC5) und der A/D-
Umsetzer (ADU IC6) an je eine gemeinsame Daten- und Taktleitung
angeschlossen, über die der bidirektionale Datenverkehr zwischen den
E/A-Komponenten und den µP-Portleitungen abläuft. Zusätzliche Chip-
Select-Signale (CS1...3), die ebenfalls von einem µP-Port ausgegeben
werden, selektieren immer nur einen der drei genannten Bausteine.
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Vor Beginn jedes Lade- bzw. Entladevorgangs prüft die CPU zunächst, ob
überhaupt ein Akku angeschlossen und richtig gepolt ist und ob dessen
Ladespannung mit der eingestellten Zellenzahl übereinstimmt. Dazu
wird ein Konstantstrom von einigen Milliampere eingeprägt und die
Spannung an den Klemmen gemessen:
Ist sie kleiner als 0,6 V, so ist der Akku verpolt, oder es liegt ein Zellen-
defekt vor (interner Kurzschluß); bei fehlendem Akku steigt die Klem-
menspannung sofort auf den Maximalwert an. Auch während des
Betriebs liefert der ADU im Sekundenabstand die aktuelle Ladespan-
nung, die aus acht aufeinander folgenden Messungen gemittelt wird.
Die Einstellung des Lade- und Entladestroms erfolgt über den DAU; des-
sen Ausgangsspannung wird von je einem OpAmp mit dem Spannungs-
abfall an einem Stromfühlerwiderstand verglichen. Die OpAmp-Aus-
gänge greifen in die Ansteuerung des jeweiligen Transistors T6/T7 ein, so
daß damit geschlossene Regelkreise zur Strombegrenzung entstehen.
Die Detailschaltungen zeigen noch weitere Einzelheiten. Im Digitalteil
übernimmt ein 8-bit-Latch (IC10) die Zwischenspeicherung der unteren
acht Adreßbits, die bei den populären Intel-Prozessoren vom Datenbus
getrennt werden müssen (Übernahme mit dem ALE-Puls [Address Latch
Enable]).
Der Power-On-Reset-Generator (IC3) sorgt nicht nur für das definierte
Starten des µPs, sondern er überwacht auch eventuelle Spannungsein-
brüche auf der Versorgungsspannung; ehe es dadurch zu Fehlfunktionen
kommen kann, erzeugt das IC einen erneuten Rücksetz-Impuls.
Der Analogteil wird bestimmt von den beiden Schalttransistoren T7 (zum
Laden), T6 (zum Entladen) und vom Stromfühler-Widerstand R1||R2. Der
Spannungsabfall an diesem 0,5-Ω-Widerstand gibt jederzeit Aufschluß
über den fließenden Lade- bzw. Entladestrom I.
Der Sollwert für U = I • 0,5 Ω wird vom Prozessor über den DAU (IC5) vor-
gegeben. Beim Laden vergleicht OpAmp 1 beide Spannungen; über den
Schalttransistor T4 und den Steuereingang (Pin 8) ist IC1 nur beim Laden
(= Charge) aktiv. Der OpAmp-Ausgang (Pin 6) sorgt über T8 dafür, daß
der gewünschte Ladestrom eingehalten wird. Beim Entladen übernimmt
OpAmp 8 die Aufgabe des Soll- und Istwert-Vergleichs; der vorgeschal-
tete OpAmp IC2 dient nur zur belastungslosen Spannungsauskopplung
(Impedanzwandler).
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