UnA6+电路原理详解

yjy4420

UnA6+原理详解

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。

szdell

牛人。。。。。

szdell

牛人。。。。。

cyradg

的确牛。我感兴趣的是它的固件。请问楼主你的A6固件是新版的吗？也就是可以设置为手动启动充电。我的是老版的，外观一样，就是自动启动充电，无法设置为手动。如果楼主是新版，能否导出一个固件给我，然后教一下如何固件升级，谢谢啦。

yjy4420

我的需要按开始才能充电，不知道是不是新的。
导出固件这个事要谨慎，我还没做过，需要考虑的因素很多，CPU，外围电路是否一样，固件是否加密等，我先了解一下再告诉你。
你也可以拍个照片我看看

kakou

绝对的牛人，佩服～～～～

cyradg

yjy4420 发表于 2016-10-18 20:25
我的需要按开始才能充电，不知道是不是新的。
导出固件这个事要谨慎，我还没做过，需要考虑的因素很多，CPU ...

首先感谢兄弟。我的外形和你的一样，内部估计也是一样。我的是接上电池，等待两秒左右会自动充电，没有可以设置的地方。QQ问过UN官方两次如何处理升级问题（花钱升级也行），都没理我，UN售后的确差！一度想买过乐迪CB86-PLUS，想想还是算了，毕竟用的不多。
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忘了说了，自动启动充电有一个不好的地方，那就是电池性能不太好时，UNA6会反复对电池充电，因为是根据电压自动的启动的，这样电池容易过充。所以后来的UNA6都是默认手动启动充电，充完后不会再对电池反复充电，也正是因为是手动启动的，当然，新版的UNA6也可以设置为自动启动充电。CB86-PLUS早先也是只有自动启动充电模式，后来也增加了手动启动充电模式。CB86-PLUS相对UNA6来讲，可以用户自己选择固件进行升级，但是A6只能返厂升级。

cyradg

还有，UNA6读取固件应该风险比较小，风险主要是写固件吧？当然，这个UNA6单片机会不会检测当读取固件时自毁我就不清楚了。STM单片我不太清除怎么弄，另外一个就是现在网上根本没有新版的UNA6固件，也没相应的固件升级教程，不像B6，有详细的教程及固件。

whseen

不错的平衡充，而且还是主动式均衡方案，要是能用德州仪器的开源单片机更好。。。或者充电管理不要单片机，只需一些LED恒流恒压专用芯片，通过一些多圈电阻调节基准也不错。表头就是多路电压电流测量，坏了可以单独更换。

mailthon

不会自毁的，不过固件不一定通用。

yjy4420

很欣赏兄弟的见解，不赶紧回复一下都觉得对不起。事情比较多，我一件一件说。
其实我的A6也买了一段时间了，只是没怎用，有些事情都忘记了，你一说我想起来了，是可以设置成自动充电模式，只是我一直没那么用过。你说自动充电的缺点就是反复充电，这个确实是是个问题，感觉应该能通过软件解决。
我的A6还有个定时功能，就是设置好时间，按开始键以后，不管是否充满（或者放完），到时候都能停下来。估计你那也没有这个功能。
stm单片机我同事有会的，我学学也不难，以前AVR玩的很熟，应该都差不多，等我会了再一起探讨。固化的事理论上也不难，只要芯片支持，我以前还做过编程器的软硬件，了解一些。
B6我有一个，也分析过原理，发过一个帖子，还看过一个更新固件的帖子，只是自己没打算更新，怕弄坏，也觉得没必要。
cb86+我见过别人的拆解帖子，里面的器件和A6差不多，原理应该也一样，只是用的彩屏，还多了保姆功能，其实就是一堆mos管，挨个来。A6挺好的，别换了，你再买个电源定时器就解决问题了。

junerjoe

牛人！不回复都不好意思！希望以后多些这样的帖子！

guyi168

高人啊，好久没看到这种技术贴了
我有个UNA9，这玩意儿充电很精准，也很方便，缺点就是充电电流太小，转换效率太低，不适合外场充

yjy4420

guyi168 发表于 2016-10-19 09:03
高人啊，好久没看到这种技术贴了
我有个UNA9，这玩意儿充电很精准，也很方便，缺点就是充电电流太小，转换 ...

5A的充电电流还小呀？我觉得还可以了。看来你玩的比较高级，下次去外场叫着我，我开开眼界。

cyradg

yjy4420 发表于 2016-10-18 23:16
很欣赏兄弟的见解，不赶紧回复一下都觉得对不起。事情比较多，我一件一件说。
其实我的A6也买了一段时间了 ...

据说UNA6后续只是更改了固件，硬件没有更改。好像就是因为自动充电模式充电不会停下来（断断续续反复充），出现了损毁电池的个案。模友要求手动启动，固件才更改的。CB86-PLUS也是类似情况，也增加了手动启动模式，而且默认也是手动启动模式。
UNA6充我的A123 20Ah铁锂还好，停充比较干脆，但是估计过一段较长时间，电压掉下来，UNA6又会重新自动启动充电，其实这是没必要的。不过，对于我买的未知品牌的10Ah铁锂，停充就没那么简单。相对A123来讲，它的电压掉的很快，UNA6几乎是每隔几分钟就会重新启动充电，这时电压很容易超过3.6V，甚至我亲眼看到甚至超过4V（5A电流充电）。由于固件无法设置为手动启动，解决这个过充问题只有降低充电电流（离开UNA6），或者留在UNA6旁边，等他“滴滴”响了就拔电源停止充电，这样都不方便。

guyi168

yjy4420 发表于 2016-10-19 10:23
5A的充电电流还小呀？我觉得还可以了。看来你玩的比较高级，下次去外场叫着我，我开开眼界。 ...

航模电池都要5C充电的，一块4000mAh的电池至少要20A电流，你说5A够不够，所以这个只适合带个保姆在家里慢慢充，或者充一些小电池
我们这边玩航模的都用的ichager或PL8，充电电流至少要40A以上才够用

cyradg

关于UNA6重新启动充电的条件，目前没有具体的参数。以我的观察，首先是把电池插上去自动启动充电这个就不说了，关键是第一次停充后再次自动启动充电的情况，对于铁锂，是在3.6V停充，但是电池在线电压好像低于3.4V后，又会自动重新启动充电。所以，对于充满电后电压无法保持在3.4V以上的铁锂，意味着根本就不会停充，除非手动撤除充电。

guyi168

像700直机，105涵道，电池都要12S5000mAh的，如果用5A充电的话，充满一节电池要2个小时，那还玩个屁啊

guyi168

cyradg 发表于 2016-10-19 10:34
据说UNA6后续只是更改了固件，硬件没有更改。好像就是因为自动充电模式充电不会停下来（断断续续反复充） ...

现在新版的支持4.35V高压锂电了

yjy4420

guyi168 发表于 2016-10-19 10:48
航模电池都要5C充电的，一块4000mAh的电池至少要20A电流，你说5A够不够，所以这个只适合带个保姆在家里慢 ...

其实我只喜欢研究充电器，航模玩的不多，没人带，自己与又胆小。
你们在外场是用220v充电还是汽车电瓶充电呢？