Super Triode Сonnection Mk II: набор для самостоятельной сборки лампового усилителя на схеме STC. Часы – конструктор Микросхемы заряда батареи L6924D и L6924U

Представил новую версию лампового стереоусилителя STC со сложным названием «STC Super Triode Сonnection Mk II Bausatz». Недавно Юрген запустил краудфандинговую кампанию на Kickstarter.

Как объясняет сам Грау, при создании STC Mk II он вдохновлялся схемой STC (супертриодное включение), которую придумал в 90-х японский инженер Шиничи Камиджо (Shinichi Kamijo). Особенность STC-усилителя заключается в том, что, будучи построенным на пентоде, он звучит тепло и мягко как триодный усилитель. Схема STC отличается наличием обратной связи, задача которой выстроить спектр четных гармоник в нужных пропорциях. В результате получается усилитель с большой выходной мощностью и звучанием близким к однотактному усилителю на триоде.

От предыдущей оригинальной модификации STC Mk I улучшенный Mk II будет отличаться несколькими параметрами. Вторая версия получит доработанный радиатор для отвода тепла, улучшенный высоковольтный блок питания на отдельной плате и корпус из алюминия от Fischer Elektronik. Кроме того, Юрген Грау обещает использовать в новой версии более качественные компоненты в аудиосекции.


Выходная мощность STC Super Triode Сonnection составляет 2 х 18 Вт при 8 Ом. В схеме используются лампы General Electric 5670 и две EAM86.

Отметим, STC Mk II будет поставляться в формате DIY-набора для самостоятельной сборки. Фирма Юргена уже предлагает целый ряд подобных продуктов, например, набор для сборки гибридного фонопредусилителя .


На сегодняшний день Mr.Nixie собрал на Kickstarter 880 долларов США, а нужно собрать 5 266 долларов. До окончания кампания осталось 20 дней. На Kickstarter получить комплект STC Mk II можно за 385 долларов.



В современных мобильных электронных устройствах, даже тех, которые спроектированы с учетом минимизации энергопотребления, использование невосстанавливаемых батарей уходит в прошлое. И с экономической точки зрения — уже на непродолжительном интервале времени суммарная стоимость необходимого количества разовых батарей быстро превысит стоимость одного аккумулятора, и с точки зрения удобства пользователя — проще перезарядить аккумулятор, чем искать, где купить новую батарейку. Соответственно, зарядные устройства для аккумуляторов становятся товаром с гарантированным спросом. Неудивительно, что практически все производители интегральных схем для устройств электропитания уделяют внимание и «зарядному» направлению.

Еще лет пять назад обсуждение микросхем для заряда аккумуляторных батарей (Battery Chargers IC) начиналось со сравнения основных типов аккумуляторов — никелевых и литиевых. Но в настоящее время никелевые аккумуляторы практически перестали использоваться и большинство производителей микросхем заряда либо полностью прекратило выпуск микросхем для никелевых батарей, либо выпускает микросхемы, инвариантные к технологии батареи (так называемые Multi-Chemistry IC). В номенклатуре компании STMicroelectronics в настоящее время присутствуют только микросхемы, предназначенные для работы с литиевыми аккумуляторами.

Коротко напомним основные особенности литиевых аккумуляторов. Достоинства:

  • Высокая удельная электроемкость. Типичные значения 110…160Вт*час*кг, что в 1,5…2,0 раза превышает аналогичный параметр для никелевых батарей. Соответственно, при равных габаритах емкость литиевой батареи выше.
  • Низкий саморазряд: примерно 10% в месяц. В никелевых батареях этот параметр равен 20…30%.
  • Отсутствует «эффект памяти», благодаря чему эта батарея проста в обслуживании: нет необходимости разряжать аккумулятор до минимума перед очередной зарядкой.

Недостатки литиевых батарей:

  • Необходимость защиты по току и напряжению. В частности, необходимо исключить возможность короткого замыкания выводов аккумулятора, подачи напряжения обратной полярности, перезаряда.
  • Необходимость защиты от перегрева: нагрев батареи выше определенного значения негативно влияет на ее емкость и срок службы.

Существуют две промышленные технологии изготовления литиевых аккумуляторов: литий-ионная (Li-Ion) и литий-полимерная (Li-Pol). Однако, поскольку алгоритмы заряда этих батарей совпадают, то микросхемы заряда не разделяют литий-ионную и литий-полимерную технологии. По этой причине обсуждение достоинств и недостатков Li-Ion- и Li-Pol-аккумуляторов пропустим, сославшись на литературу .

Рассмотрим алгоритм заряда литиевых батарей, представленный на рисунке 1.

Рис. 1.

Первая фаза, так называемый предварительный заряд, используется только в тех случаях, когда батарея сильно разряжена. Если напряжение батареи ниже 2,8 В, то ее нельзя сразу заряжать максимально возможным током: это крайне отрицательно скажется на сроке службы аккумулятора. Необходимо сначала «подзарядить» батарею малым током примерно до 3,0 В, и только после этого заряд максимальным током становится допустим.

Вторая фаза: зарядное устройство как источник постоянного тока. На этом этапе через батарею протекает максимальный для заданных условий ток. При этом, напряжение аккумулятора постепенно растет до тех пор, пока не достигнет предельного значения, равного 4,2 В. Строго говоря, по завершению второго этапа заряд можно прекратить, но при этом следует иметь в виду, что аккумулятор на данный момент заряжен примерно на 70% своей емкости. Отметим, что во многих зарядных устройствах максимальный ток подается не сразу, а плавно нарастает до максимума в течение нескольких минут — используется механизм «плавного старта» (Soft Start).

Если желательно зарядить батарею до значений емкости, близких к 100%, то переходим к третьей фазе: зарядное устройство как источник постоянного напряжения. На этом этапе к батарее приложено постоянное напряжение 4,2 В, а ток, протекающий через батарею, в процессе заряда уменьшается от максимума до некоторого заранее заданного минимального значения. В тот момент, когда значение тока уменьшается до этого предела, заряд батареи считается законченным и процесс завершается.

Напомним, что одним из ключевых параметров аккумуляторной батареи является ее емкость (единица измерения — А*час). Так, типичная емкость литий-ионного аккумулятора типоразмера ААА равна 750…1300 мА*ч. Как производная от этого параметра используется характеристика «ток 1С», это величина тока, численно равная номинальной емкости (в приведенном примере — 750…1300 мА). Значение «тока 1С» имеет смысл только как определение величины максимального тока при заряде батареи и величины тока, при которой заряд считается законченным. Принято считать, что величина максимального тока не должна превышать величины 1*1С, а заряд батареи можно считать завершенным при снижении тока до величины 0,05…0,10*1С. Но это те параметры, которые можно считать оптимальными для конкретного типа батареи. В реальности одно и то же зарядное устройство может работать с аккумуляторами различных производителей и различной емкости, при этом емкость конкретной батареи остается для зарядного устройства неизвестной. Следовательно, заряд батареи любой емкости в общем случае будет происходить не в оптимальном для батареи режиме, а в режиме, предустановленном для зарядного устройства.

Перейдем к рассмотрению линейки микросхем заряда компании STMicroelectronics.

Микросхемы STBC08 и STC4054

Эти микросхемы представляют собой достаточно простые изделия для заряда литиевых аккумуляторов. Микросхемы выполнены в миниатюрных корпусах типа и , соответственно. Это позволяет использовать данные компоненты в мобильных устройствах с достаточно жесткими требованиями по массогабаритным характеристикам (например, сотовые телефоны, МР3-плейеры). Схемы включения и представлены на рисунке 2.

Рис. 2.

Несмотря на ограничения, которые накладывает минимальное количество внешних выводов в корпусах, микросхемы обладают достаточно широкими функциональными возможностями:

  • Нет необходимости в применении внешнего MOSFET-транзистора, блокировочного диода и токового резистора. Как следует из рисунка 2, внешняя обвязка ограничивается фильтрующим конденсатором на входе, программирующим резистором и двумя (для STC4054- одним) индикаторными светодиодами.
  • Максимальное значение тока заряда программируется номиналом внешнего резистора и может достигать значения 800мА. Факт окончания заряда определяется в тот момент, когда в режиме постоянного напряжения значение зарядного тока снизится до величины 0,1*I BAT , то есть, также задается номиналом внешнего резистора. Максимальный ток заряда определяется из соотношения:

I BAT = (V PROG /R PROG)*1000;

где I BAT — ток заряда в Амперах, R PROG — сопротивление резистора в Омах, V PROG — напряжение на выходе PROG, равное 1,0 Вольта.

  • В режиме постоянного напряжения на выходе формируется стабильное напряжение 4,2В с точностью не хуже 1%.
  • Заряд сильно разряженных батарей автоматически начинается с режима предварительной зарядки. До тех пор, пока напряжение на выходе аккумулятора не достигнет величины 2,9В, заряд осуществляется слабым током величиной 0,1*I BAT . Подобный метод, как уже отмечалось, предотвращает весьма вероятный выход из строя при попытке заряда сильно разряженных аккумуляторов обычным способом. Кроме того, величина стартового значения зарядного тока принудительно ограничивается, что также увеличивает срок службы батарей.
  • Реализован режим автоматической капельной подзарядки- при снижении напряжения батареи до 4,05В цикл заряда будет перезапущен. Это позволяет обеспечить постоянный заряд батареи на уровне не ниже 80% от его номинальной емкости.
  • Защита от перенапряжения и перегрева. Если значение входного напряжения превышает определенный предел (в частности, 7,2В) или если температура корпуса превысит величину 120°С, то зарядное устройство отключается, защищая себя и аккумулятор. Разумеется, реализована также защита от низкого входного напряжения- если входное напряжение опустилось ниже определенного уровня (U VLO), то зарядное устройство также отключится.
  • Возможность подключения светодиодов индикации позволяет пользователю иметь представление о текущем состоянии процесса зарядки батареи.

Микросхемы заряда батареи L6924D и L6924U

Данные микросхемы представляют собой устройства с более широкими возможностями по сравнению с STBC08 и STC4054. На рисунке 3 представлены типовые схемы включения микросхем и .

Рис. 3.

Рассмотрим те функциональные особенности микросхем , которые касаются задания параметров процесса заряда батареи:

1. В обеих модификациях есть возможность задать максимальную продолжительность заряда батареи начиная с момента перехода в режим стабилизации постоянного тока (также используется термин «режим быстрой зарядки» — Fast charge phase). При переходе в этот режим запускается сторожевой таймер, запрограммированный на определенную длительность T PRG номиналом конденсатора, подключенного к выводу T PRG . Если до срабатывания данного таймера заряд батареи не будет прекращен по штатному алгоритму (снижение тока, протекающего через батарею, ниже значения I END), то после срабатывания таймера зарядка будет прервана принудительно. При помощи этого же конденсатора задается максимальная продолжительность режима предварительной зарядки: она равна 1/8 от продолжительности T PRG . Также, если за это время не произошел переход в режим быстрой зарядки, происходит выключение схемы.

2. Режим предварительной зарядки. Если для устройства STBC08 ток в этом режиме задавался как величина, равная 10% от I BAT , а напряжение переключения в режим постоянного тока было фиксированным, то в модификации L6924U этот алгоритм сохранился без изменений, но в микросхеме L6924D оба этих параметра задаются с использованием внешних резисторов, подключаемых ко входам I PRE и V PRE .

3. Признак завершения зарядки на третьей фазе (режим стабилизации постоянного напряжения) в устройствах STBC08 и STC4054 задавался как величина, равная 10% от I BAT . В микросхемах L6924 этот параметр программируется номиналом внешнего резистора, подключаемого к выводу I END . Кроме того, для микросхемы L6924D существует возможность снизить значение напряжения на выводе V OUT с общепринятого значения 4,2 В до значения 4,1 В.

4. Значение максимального зарядного тока I PRG в данных микросхемах задается традиционным образом — посредством номинала внешнего резистора.

Как видим, в простых «зарядках» STBC08 и STC4054 при помощи внешнего резистора задавался только один параметр — зарядный ток. Все остальные параметры были либо жестко зафиксированы, либо являлись функцией от I BAT . В микросхемах L6924 есть возможность тонкой подстройки еще нескольких параметров и, кроме того, осуществляется «страховка» максимальной продолжительности процесса зарядка батареи.

Для обеих модификаций L6924 предусмотрено два режима работы, если входное напряжение формируется сетевым AC/DC-адаптером. Первый — стандартный режим линейного понижающего регулятора выходного напряжения. Второй — режим квазиимпульсного регулятора. В первом случае в нагрузку может быть отдан ток, величина которого чуть меньше, чем величина входного тока, отбираемого от адаптера. В режиме стабилизации постоянного тока (вторая фаза — Fast charge phase) разница между входным напряжением и напряжением на «плюсе» батареи рассеивается как тепловая энергия, вследствие чего рассеиваемая мощность на этой фазе заряда максимальна. При работе в режиме импульсного регулятора в нагрузку может быть отдан ток, значение которого выше, чем значение входного тока. При этом «в тепло» уходит существенно меньшая энергия. Это, во-первых, снижает температуру внутри корпуса, а во-вторых — повышает эффективность устройства. Но при этом следует иметь в виду, что точность стабилизации тока в линейном режиме равно приблизительно 1%, а в импульсном — около 7%.

Работа микросхем L6924 в линейном и квазиимпульсном режимах иллюстрируется рисунком 4.

Рис. 4.

Микросхема L6924U, кроме того, может работать не от сетевого адаптера, а от USB-порта. В этом случае микросхема L6924U реализует некоторые технические решения , которые позволяют дополнительно снизить рассеиваемую мощность за счет увеличения продолжительности зарядки.

Микросхемы L6924D и L6924U имеют дополнительный вход принудительного прерывания заряда (то есть отключения нагрузки) SHDN.

В простых микросхемах заряда температурная защита заключается в прекращении заряда при повышении температуры внутри корпуса микросхемы до 120°С. Это, конечно, лучше, чем полное отсутствие защиты, но величина 120°С на корпусе с температурой самой батареи связана более чем условно. В изделиях L6924 предусмотрена возможность подключения термистора, непосредственно связанного с температурой аккумулятора (резистор RT1 на рисунке 3). При этом появляется возможность задать температурный диапазон, в котором заряд батареи станет возможным. С одной стороны, литиевые батареи не рекомендуется заряжать при минусовой температуре, а с другой — также крайне нежелательно, если батарея при зарядке нагревается более чем до 50°С. Применение термистора дает возможность производить зарядку батареи только при благоприятных температурных условиях.

Естественно, дополнительный функционал микросхем L6924D и L6924U не только расширяет возможности проектируемого устройства, но и приводит к увеличению площади на плате, занимаемой как самим корпусом микросхемы, так и внешними элементами обвязки.

Микросхемы заряда аккумулятора STBC21 и STw4102

Это — дальнейшее усовершенствование микросхемы L6924. С одной стороны, реализован приблизительно тот же функциональный пакет:

  • Линейный и квазиимпульсный режим.
  • Термистор, связанный с батареей, как ключевой элемент температурной защиты.
  • Возможность задания количественных параметров для всех трех фаз процесса зарядки.

Некоторые дополнительные возможности, отсутствовавшие в L6924:

  • Защита от неправильной полярности.
  • Защита от короткого замыкания.
  • Существенным отличием от L6924 является наличие цифрового интерфейса I 2 C для задания значений параметров и других настроек. Как следствие, становятся возможными более точные настройки процесса заряда. Рекомендуемая схема включения приведена на рисунке 5. Очевидно, что в данном случае вопрос об экономии площади платы и о жестких массогабаритных характеристиках не стоит. Но также очевидно, что применение данной микросхемы в малогабаритных диктофонах, плейерах и мобильных телефонах простых моделей не предполагается. Скорее, это аккумуляторы для ноутбуков и подобных устройств, где замена батареи- процедура нечастая, но и недешевая.

Рис. 5.

5. Camiolo Jean, Scuderi Giuseppe. Reducing the Total No-Load Power Consumption of Battery Chargers and Adapter Applications Polymer//Материал компании STMicroelectronics. Размещение в Интернете:

7. STEVAL-ISV012V1: lithium-ion solar battery charger//Материал компании STMicroelectronics. Размещение в Интернете: .

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:

Этот обзор для начинающих радиолюбителей (любителей паять), для тех, кому интересен сам процесс. Деталей минимум. Можете оценить своё умение.
Пробежимся по-быстрому, в каком виде всё пришло.

Стандартный пакет с замком, в нём ещё несколько пакетов.


В комплекте были:
- Фигурновырезанные детали для сборки оргстеклянного корпуса.

Детали покрыты бумагой для защиты от царапин.


- Плата.
Изготовлена на высоком уровне. Все отверстия металлизированы.


- Питающий USB кабель.


- Инструкция. Ксерокопия в плохом качестве.


Если кому нужно, можете глянуть .
Индикатор четыре в одном.


- Индикатор был с защитной плёнкой.
Самое важное - это микроконтроллер STC15W404AS и микросхема часов реального времени DS1302.

Мелочёвка россыпью:
бокс для резервной запитки, пищалка, резисторы, конденсаторы, две кнопки, кварц, разъём питания, четыре винта с гайками, термо- и фоторезистор.

Все детали на плате не только подписаны, но и (условно) нарисованы.
Начал с резисторов и конденсаторов.


Добавил панельки и кварц.


В дело пошли более громоздкие детали.


Впаял бокс под резервное питание. Надо было это сделать чуть раньше. Паять было неудобно.

Вставил микросхемы в панельки.


Впаял терморезистор и фоторезистор.


Протёр плату, проверил пайку, откусил всё сильно выступающее. Откусывать необходимо под самое не хочу. Иначе будут проблемы со сборкой в корпус.


Впаял индикаторы. Как паять, всё обозначено на печатке. Сложно перепутать.

Подключил.
Они работают!

Ошкурил оргстекляшки и собрал всё в корпус.


А вот и размеры 62*35мм.


Размер цифр 10*20мм.
Пора изучать их возможности.
Часы собраны и работают, но им требуется настройка.
Время корректировал по .
Первым делом необходимо произвести сброс всех настроек. Иначе, их не заставить работать адекватно. Без этой операции мои часы не настраивались. То температуру не ту покажут (пару раз было -7˚С), то день недели не настраивается.
Нажимаем одновременно обе кнопки и удерживаем. Через 5 секунд часы покажут 11:59, затем (ещё через 5 секунд) 12:00 и запищат будильником. Теперь можно настраивать.
Настройку можно разделить на две условные группы. Все манипуляции начинаем с режима индикации времени, то есть, когда часы показывают время.
Первая группа настроек:
1. Первые два нажатия на верхнюю кнопку активируют настройку часов. Первое нажатие – настройка часов, второе нажатие - настройка минут. Нижней кнопкой выставляем нужное значение.


Небольшое дополнение. При настройке времени мнимые секунды (мы их не видим) обнуляются каждый раз при введении новых параметров времени.
2. Следующие два нажатия (третье и четвёртое) на верхнюю кнопку активируют настройку будильника. Третье нажатие – настройка часов, четвёртое нажатие - настройка минут. Нижней кнопкой выставляем нужное значение.
3. Следующее нажатие на верхнюю кнопку (пятое) активирует сам будильник. Светящаяся точка в правом нижнем углу говорит от том, что будильник включен (включается/отключается нижней кнопкой).


4. Шестое и седьмое нажатие настраивает почасовой сигнал. Шестое нажатие настраивает время (часы), с которого начинается. Седьмое настраивает время (часы), на котором заканчивается. Нижней кнопкой выставляем нужное значение.
Т.е. Если набито значение 8:20, это значит, что почасовой сигнал будет звучать с 8-00 по 20-00.
5. Восьмое нажатие активирует почасовой сигнал. Светящаяся точка в правом нижнем углу (в настройках) говорит от том, что почасовой сигнал включен (включается/отключается нижней кнопкой).


Вторая группа настроек:
1. Нажимаем на нижнюю кнопку. Часы переходят в режим отображения температуры. Здесь можно откалибровать (скорректировать) температуру по образцовому термометру.


Верхней кнопкой подгоняем под нужное значение.
2. Второе нажатие на нижнюю кнопку переводит в настройку месяца и даты. Верхней кнопкой активируем изменение месяца. Нижней кнопкой выставляем нужное значение.
Следующее нажатие на верхнюю кнопку переводит в настройку даты. Нижней кнопкой выставляем нужное значение.


3. Следующее нажатие на нижнюю кнопку переводит в настройку дня недели.


Немного сложновато. Поэтому, чтобы не проводить подобнее манипуляции каждый раз после отключения света, лучше купить и поставить сразу резервный источник питания (CR1220).
Несколько слов по поводу датчика освещённости. Всего два режима: дневной и ночной.


Контроллер управляет режимом яркости в зависимости от напряжения на 9 ноге. Переключение происходит при напряжении около 4,3V-4,6V с небольшим гистерезисом. При напряжении свыше 4,6В включается экономная подсветка, при снижении за 4,3В включается на всю яркость. Гистерезис необходим, чтобы яркость не переключалась хаотично на границе освещённости при сумеречном освещении. Оно формируется делителем из резистора R1 (10кОм) и фоторезистора R4.
Измерил ток потребления в различных режимах. Думаю, эта информация будет многим интересна.

В обычном режиме потребляет 26-33мА. Зависит от количества задействованных сегментов индикатора (грубо говоря, 2мА на сегмент). В ночном режиме ток потребления падает до 10-11мА.
По поводу режима индикации.
В обычном режиме (заводские установки) часы показывают 45 секунд время, 5 секунд температуру, 5 секунд месяц/число, 5 секунд день недели.
Его можно поменять, соединяя выводы 6 и 7 микроконтроллера с землей (GND).
Если соединить 6 ногу и GND, часы будут показывать 50 секунд время, 5 секунд месяц/число, 5 секунд день недели. Если соединить 7 ногу и GND, часы будут показывать 55 секунд время и 5 секунд температуру. Если подключить обе ноги (и 6 и 7 ногу) к GND, часы будут показывать только время.
На плате всё предусмотрено. Достаточно повесить «соплю» в нужном месте.


Несколько слов по поводу точности хода. Этот экземпляр за неделю убежал на 6 секунд. Думаю, что неплохо (бывает лучше, бывает хуже). Всё зависит от кварца.
Чтобы повысить контрастность цифр и не было видно пустых сегментов, вставил кусок тонированного пластика.


Вот, в общем-то, и всё.
Пора подводить итоги.
Неплохой DIY комплект для проверки своих навыков начинающим радиолюбителям. Более того, это не просто набор для обучения, но и в итоге получились неплохие часы.
Для правильного вывода того, что написал, должно хватить.
Кому что-то неясно, задавайте вопросы. Надеюсь, хоть кому-то помог.
Удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +35 Добавить в избранное Обзор понравился +45 +86

Аккумулятор – распространённый источник питания различных мобильных устройств, гаджетов, роботов… Без него класс портативных устройств, наверное, бы не существовал или был бы не узнаваемым. Одними из самых современных типов аккумуляторов по праву можно считать литий-ионные и литий-полимерные. Но устройство отработало, аккумулятор скушало, теперь нужно воспользоваться его главным отличием от простых батарей – зарядить.

В статье будет кратко рассказано о двух распространенных микросхемах (точнее об одной распространённой LTC4054 и её аналогичной замене STC4054) заряда одно баночных Li-ion аккумуляторов.

Эти микросхемы идентичны, разница только в производителе и в цене. Ещё один огромный плюс – малое количество обвязки – всего 2 пассивных компонента: входной 1 мкФ конденсатор и токозадающий резистор. По желанию можно добавить светодиод – индикатор статуса процесса заряда, горит – зарядка идёт, погас – заряд окончен. Напряжение питания 4.25-6.5 В, т.е. питается зарядка от привычных 5В, не даром на основе этих микросхем построено большинство простых зарядок питаемых от USB. Заряжает до 4.2В. Максимальный ток 800мА.

Основа платы микросхема зарядки LTC4054 или STC4054. Входной конденсатор емкостью 1мкФ типоразмера 0805. Токозадающий резистор 0805, сопротивление рассчитывается ниже. И светодиод 0604 или 0805 с токоограничивающим резистором типоразмера 0805 на 680Ом.

Резистор (или ток заряда) рассчитывается по следующим формулам:

Т.к. Vprog=~1В, получаем следующие упрощенные формулы

Некоторые примеры расчета:

I, мА R, кОм
100 10
212 4,7
500 2
770 1,3

На последок пара фоток варианта самодельной USB зарядки для литий полимерных аккумуляторов маленького вертолётика.