Circuitul încărcătorului de baterie utilizând rezistențe fixe

Acest circuit universal de încărcare automată a bateriei este extrem de versatil prin funcționarea sa și poate fi adaptat pentru toate tipurile de încărcare a bateriei și chiar și pentru aplicația controlerului de încărcare solară.

Caracteristici principale ale încărcătorului universal de baterii

Un circuit universal de încărcare a bateriei trebuie să aibă următoarele caracteristici principale incluse:

1) Încărcare automată completă a bateriei și automat baterie descarcata inițializarea încărcării, cu avertismente corespunzătoare ale indicatorului LED.

2) Adaptabil la toate tipurile de încărcare a bateriei

3) Adaptabil la orice tensiune dată și baterie nominală AH.

4) Ieșire controlată curent

5) Încărcare pas 3 sau 4 etape (opțional)

Dintre cele 5 caracteristici de mai sus, primele 3 sunt cruciale și devin caracteristicile obligatorii pentru orice circuit universal de încărcare a bateriei.

Totuși, împreună cu aceste caracteristici, un încărcător automat de baterii trebuie să fie, de asemenea, extrem de compact, ieftin și ușor de utilizat, altfel designul ar putea fi destul de inutil pentru persoanele cu cunoștințe tehnice mai mici, ceea ce face ca eticheta „universală” să fie anulată.

Am discutat deja multe circuite diversificate de încărcătoare de baterii pe acest site web, care includ majoritatea caracteristicilor esențiale care pot fi necesare în esență pentru încărcarea optimă și sigură a unei baterii.

Multe dintre aceste circuite de încărcare a bateriei au folosit un singur opamp pentru simplitate și au folosit o opțiune de histerezis pentru implementarea unui proces de restaurare automată a încărcării bateriei cu consum redus.

Cu toate acestea, cu un încărcător automat de baterii care utilizează histerezis în opamp, reglarea presetării feedback-ului sau rezistorului variabil devine o procedură crucială și o problemă puțin complicată, în special pentru noii veniți, deoarece necesită un proces de încercare și eroare neîncetat până când setarea corectă este finalizată.

Configurarea suplimentară a limitei de supraîncărcare devine, de asemenea, un proces obositor pentru orice nou-venit care ar putea încerca să obțină rezultatele rapid cu circuitul său de încărcător de baterii.

Utilizarea rezistențelor fixe în loc de poturi sau presetări

Prezentul articol se concentrează în mod special pe problema de mai sus și înlocuiește ghivecele și presetările cu rezistențe fixe pentru a elimina ajustările consumatoare de timp și pentru a asigura un design fără probleme pentru utilizatorul final sau constructor.

Am discutat deja un articol anterior care explica explicat histerezisul în opamps, vom folosi același concept și formule pentru proiectarea circuitului de încărcător de baterie universal propus, care, sperăm, va rezolva toate confuziile legate de construirea unui circuit de încărcător de baterii personalizat pentru orice baterie unică.

Înainte de a continua cu un exemplu de explicație a circuitului, ar fi important să înțelegem de ce este necesară histerezisul pentru circuitul nostru de încărcător de baterii?

Acest lucru se datorează faptului că suntem interesați să folosim un singur opamp și să-l folosim pentru detectarea atât a pragului inferior de descărcare al bateriei, cât și a pragului superior de încărcare completă.

Importanța adăugării unei histerezis

În mod normal, fără histerezis, un opamp nu poate fi setat pentru declanșare la două praguri diferite, care pot fi destul de largi, de aceea folosim histerezis pentru a obține facilitatea de a utiliza un singur opamp cu o caracteristică de detectare duală.

Revenind la subiectul nostru principal referitor la proiectarea unui circuit universal de încărcare a bateriei cu histerezis, să învățăm cum putem calcula rezistențele fixe, astfel încât să poată fi eliminat procedurile de configurare complexe Hi / Lo folosind rezistențe variabile sau presetări.

Pentru a înțelege operațiile de bază ale isterezei și formula aferentă, trebuie mai întâi să ne referim la următoarea ilustrație:

În exemplele de mai sus, putem vedea clar modul în care rezistența histerezisului Rh se calculează în raport cu celelalte două rezistențe de referință Rx și Ry.

Acum, să încercăm să implementăm conceptul de mai sus într-un circuit real de încărcător de baterii și să vedem cum pot fi calculați parametrii relevanți pentru obținerea ieșirii finale optimizate. Luăm următorul exemplu de a Circuit încărcător baterie 6V

În această diagramă a încărcătorului în stare solidă, de îndată ce tensiunea pinului 2 devine mai mare tensiunea de referință a pinului 3, pinul de ieșire # 6 scade, oprind TIP122 și încărcarea bateriei. În schimb, atât timp cât potențialul pinului 2 rămâne sub pinul 3, ieșirea opampului menține TIP122 pornit și bateria continuă să se încarce.

Implementarea formulelor într-un exemplu practic

Din formulele exprimate în secțiunea anterioară suntem în măsură să vedem câțiva parametri cruciali care trebuie luați în considerare în timp ce îl implementăm într-un circuit practic, așa cum este prezentat mai jos:

1) Tensiunea de referință aplicată Rx și tensiunea de alimentare opamp Vcc trebuie să fie egale și constante.

2) Tensiunea de oprire a încărcării complete a bateriei superioare selectate și tensiunea pragului ON al comutatorului de descărcare a bateriei inferioare trebuie să fie mai mici decât tensiunile Vcc și tensiunile de referință.

Acest lucru pare puțin dificil, deoarece tensiunea de alimentare Vcc este în general conectată la baterie și, prin urmare, nu poate fi constantă și, de asemenea, nu poate fi mai mică decât cea de referință.

Oricum, pentru a rezolva problema, ne asigurăm că Vcc-ul este blocat cu nivelul de referință și că tensiunea bateriei care trebuie detectată este scăzută la o valoare cu 50% mai mică utilizând o rețea divizorie potențială, astfel încât să devină mai mică decât Vcc, așa cum se arată în diagrama de mai sus.

Rezistorul Ra și Rb scad tensiunea bateriei la o valoare proporțională cu 50% mai mică, în timp ce zenerul de 4.7V stabilește tensiunea de referință fixă ​​pentru Rx / Ry și pinul Vcc # 4 al opamp-ului. Acum lucrurile arată pregătite pentru calcule.

Deci, să aplicăm histerezisul formule la acest încărcător de 6V și vedeți cum funcționează pentru acest exemplu de circuit:

În circuitul de mai sus de 6V avem următoarele date în mână:

Bateria care trebuie încărcată este de 6V

Punctul de tăiere superior este de 7V

Punctul inferior de restaurare este de 5,5V.

Vcc, iar tensiunea de referință este setată la 4,7 V (folosind zener de 4,7 V)

Selectăm Ra, Rb ca rezistențe de 100k pentru a reduce potențialul bateriei de 6V cu 50% mai mică valoare, prin urmare punctul de tăiere superior 7V devine acum 3,5V (VH), iar cel inferior 5,5V devine 2,75V (VL)

Acum, trebuie să aflăm valorile rezistenței la histerezis Rh cu privire la Rx și Ry .

Conform formulei:

Rh / Rx = VL / VH - VL = 2,75 / 3,5 - 2,75 = 3,66 --------- 1)

∴ Rh / Rx = 3,66

Ry / Rx = VL / Vcc - VH = 2,75 / 4,7 - 3,5 = 2,29 ---------- 2)

∴ Ry / Rx = 2,29

De la 1) avem Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Hai sa luam Rx = 100K ,

Alte valori precum 10K, 4k7 sau orice altceva ar putea face, dar 100K fiind o valoare standard și suficient de mare pentru a menține consumul redus devine mai potrivit.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Înlocuind această valoare a lui Rx în 2), obținem

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2,29Rx = 2,29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Rezultatele de mai sus pot fi obținute, de asemenea, utilizând un software de calcul histerezis, doar făcând clic pe câteva butoane

Gata, cu calculele de mai sus, am determinat cu succes valorile fixe exacte ale diferitelor rezistențe, care se vor asigura că bateria conectată de 6V se deconectează automat la 7V și repornește încărcarea în momentul în care tensiunea scade sub 5,5V.

Pentru baterii cu tensiune mai mare

Pentru tensiuni mai mari, cum ar fi pentru obținerea unui circuit universal de baterie de 12V, 24V, 48V, proiectul discutat mai sus poate fi pur și simplu modificat așa cum este prezentat mai jos, eliminând etapa LM317.

Procedurile de calcul vor fi exact aceleași cu cele exprimate în paragraful anterior.

Pentru încărcarea bateriei cu curent ridicat, TIP122 și dioda 1N5408 ar putea avea nevoie să fie actualizate cu dispozitive de curent proporțional mai mari și să schimbe zenerul de 4.7V la o valoare care poate fi mai mare de 50% din tensiunea bateriei.

LED-ul verde indică starea de încărcare a bateriei, în timp ce LED-ul roșu ne permite să aflăm când bateria este complet încărcată.

Aceasta încheie articolul, care explică în mod clar cum se realizează un circuit de încărcare a bateriei simplu, dar universal aplicabil, folosind rezistențe fixe pentru a asigura o precizie extremă și întreruperi infailibile peste punctele de prag setate, ceea ce, la rândul său, asigură o încărcare perfectă și sigură a bateriei conectate.