Circuit indicador de corrent de la bateria: tall de càrrega activada de corrent

En aquest article coneixem un senzill sensor de corrent de la bateria amb circuit indicador que detecta la quantitat de corrent consumida per la bateria mentre es carrega. Els dissenys presentats també tenen un tall automàtic quan la bateria deixa de consumir corrent al nivell de càrrega total.

Per què cau el corrent quan es carrega la bateria

Ja sabem que, mentre una bateria es carrega inicialment, consumeix una major quantitat de corrent i, a mesura que arriba al nivell de càrrega total, aquest consum comença a caure fins a arribar a gairebé zero.

Això passa perquè inicialment la bateria està descarregada i el seu voltatge és inferior al voltatge de la font. Això provoca una diferència de potencial relativament més gran entre les dues fonts.

A causa d'aquesta àmplia diferència, el potencial de la font més alta que és la sortida del carregador comença a precipitar-se cap a la bateria amb una intensitat molt més gran provocant una major quantitat de corrent per entrar a la bateria.

A mesura que la bateria es carrega al màxim, la diferència de potencial entre les dues fonts comença a tancar-se, fins que les dues fonts tinguin nivells de voltatge idèntics.

Quan això passa, la tensió de la font d'alimentació no pot empènyer més corrent cap a la bateria, cosa que redueix el consum de corrent.

Això explica per què una bateria descarregada consumeix més corrent inicialment i una intensitat mínima quan està completament carregada.

Normalment, la majoria d’indicadors de càrrega de la bateria utilitzen el nivell de voltatge de la bateria per indicar-ne l’estat de càrrega, aquí en lloc de la tensió s’utilitza la magnitud del corrent (amperes) per mesurar l’estat de càrrega.

L’ús de corrent com a paràmetre de mesura permet una avaluació més precisa de la càrrega de la bateria estat. El circuit també és capaç d’indicar la salut instantània d’una bateria connectada traduint la seva capacitat de consum actual mentre es carrega.

Utilitzant LM338 Disseny simple

Es podria crear un circuit senzill de carregador de bateria tallat per corrent modificant adequadament un circuit regulador estàndard LM338 com es mostra a continuació:

He oblidat afegir un díode a la línia positiva de la bateria, així que assegureu-vos d’afegir-lo tal com es mostra al següent diagrama corregit.

Com funciona

El funcionament del circuit anterior és bastant senzill.

Sabem que quan el pin ADJ de l'IC LM338 o LM317 queda curtcircuitat amb la línia de terra, l'IC apaga la tensió de sortida. Utilitzem aquesta funció d’aturada ADJ per implementar l’aturada actual detectada.

Quan s’aplica la potència d’entrada, el condensador de 10uF desactiva el primer BC547 de manera que el LM338 pugui funcionar amb normalitat i produir la tensió necessària per a la bateria connectada.

Això connecta la bateria i es comença a carregar traient la quantitat de corrent especificada segons la seva classificació Ah.

Això desenvolupa una diferència de potencial a tot el territori resistència de detecció de corrent Rx que engega el segon transistor BC547.

D’aquesta manera, es garanteix que el primer BC547 connectat amb el pin ADJ de l’IC queda desactivat mentre es permet carregar la bateria amb normalitat.

A mesura que es carrega la bateria, la diferència de potencial entre Rx comença a disminuir. En última instància, quan la bateria està gairebé completament carregada, aquest potencial cau fins a un nivell en què queda massa baixa per al segon biaix de la base BC547, aturant-la.

Quan el segon BC547 s'apaga, el primer BC547 s'encén i posa a terra el pin ADJ de l'IC.

Ara el LM338 s'apaga desconnectant completament la bateria del subministrament de càrrega.

Rx es pot calcular mitjançant la fórmula de la llei d'Ohm:

Rx = 0,6 / Corrent de càrrega mínim

Aquest circuit LM338 suportarà bateries de fins a 50 Ah amb el CI muntat en un gran dissipador de calor. Per a les bateries amb un índex Ah superior, és possible que hagi d'actualitzar el CI amb un transistor forabord com discutit en aquest article .

Utilitzant IC LM324

El segon disseny és un circuit més elaborat mitjançant un LM324 IC que proporciona una detecció precisa de l’estat de la bateria i també apaga completament la bateria quan el consum actual arriba al valor mínim.

Com els LED indiquen l'estat de la bateria

Quan la bateria consumeixi la intensitat màxima, el LED VERMELL s’encendrà.

A mesura que la bateria es carrega i el corrent de Rx baixa proporcionalment, el LED VERMELL s’apagarà i el LED VERD s’encén.

A mesura que es carrega més el battrey, el LED verd s'apagarà i el groc s'encendrà.

A continuació, quan la bateria estigui a punt de carregar-se completament, el LED groc s’apagarà i el blanc s’encendrà.

Finalment, quan la bateria està completament carregada, el LED blanc també s’apagarà, és a dir, tots els LED s’apagaran, cosa que indica un consum de corrent nul per la bateria a causa d’un estat completament carregat.

Funcionament del circuit

En referència al circuit mostrat, podem veure quatre opamps configurats com a comparadors on cada amplificador operatiu té les seves pròpies entrades de detecció de corrent preestablertes.

Una resistència d’alt watt Rx forma el component del convertidor de corrent a voltatge que detecta el corrent consumit per la bateria o la càrrega i el tradueix en un nivell de voltatge corresponent i l’alimenta a les entrades opamp.

Al principi, la bateria consumeix la major quantitat de corrent que produeix una caiguda de tensió corresponent a la resistència Rx.

Els valors predefinits es configuren de manera que quan la bateria consumeix el màxim corrent (nivell completament descarregat), el pin3 que no inverteix de tots els 4 amplificadors operatius té un potencial superior al valor de referència del pin2.

Com que les sortides de tots els amplificadors operatius són elevats en aquest moment, només el LED VERMELL connectat amb l’A4 s’encén mentre el LED restant es queda apagat.

Ara, a mesura que es carrega la bateria, el voltatge a Rx comença a caure.

Segons l’ajust seqüencial dels paràmetres predeterminats, el voltatge del pin3 A4 cau lleugerament per sota del pin2, cosa que fa que la sortida A4 baixi i el LED VERMELL s’aturés.

Amb una sortida A4 baixa, el LED de sortida A3 s’encén.

Quan la bateria es carrega una mica més, el potencial pin3 de l'amplificador A3 cau per sota del pin2, cosa que fa que la sortida de A3 baixi, cosa que apaga el LED VERD.

Amb una sortida A3 baixa, el LED de sortida A2 s’encén.

Quan la bateria es carrega una mica més, el potencial pin3 de A3 cau per sota del pin2, cosa que provoca que la sortida de A2 es converteixi en zero, apagant el LED groc.

Amb una sortida A2 baixa, el LED blanc s’encén ara.

Finalment, quan la bateria està gairebé completament carregada, el potencial del pin3 d'A1 baixa per sota del pin2, fent que la sortida A1 es converteixi en zero i el LED blanc s'apagui.

Amb tots els LED apagats, indica que la bateria està completament carregada i que el corrent del Rx ha arribat a zero.

Esquema de connexions

Llista de peces per al circuit indicador de corrent de la bateria proposat

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k predefinits
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Diodo = 1N4007 o 1N4148
• Rx = Com s'explica a continuació

Configuració del rang de detecció actual

En primer lloc, hem de calcular l'abast de la tensió màxima i mínima desenvolupada a través de Rx en resposta al rang de corrent consumit per la bateria.

Suposem que la bateria a carregar és una Bateria de 12 V 100 Ah , i el rang màxim de corrent previst per a això és de 10 amperes. I volem que aquest corrent es desenvolupi al voltant de 3 V a través de Rx.

Mitjançant la llei d’Ohm podem calcular el valor Rx de la manera següent:

Rx = 3/10 = 0,3 ohms

Potència = 3 x 10 = 30 watts.

Ara, 3 V és el rang màxim disponible. Ara, atès que el valor de referència al pin2 de l'amplificador operacional s'estableix mitjançant un díode 1N4148, el potencial al pin2 serà al voltant de 0,6 V.

Per tant, l’interval mínim pot ser de 0,6 V. Per tant, això ens proporciona l’interval mínim i màxim entre 0,6 V i 3 V.

Hem d’establir els valors predeterminats de manera que a 3 V, totes les tensions pin3 d’A1 a A4 siguin superiors al pin 2.

A continuació, podem suposar que els amplificadors operatius s'apagaran en la següent seqüència:

A 2,5 V de sortida Rx A4 baixa, a 2 V la sortida A3 baixa, a 1,5 V la sortida A2 baixa, a 0,5 V La sortida A1 baixa

Recordeu, tot i que a 0,5 V a través de Rx tots els LED s’apaguen, però 0,5 V encara poden correspondre a la intensitat d’1 amper que la bateria consumeix. Podem considerar-ho com el nivell de càrrega flotant i permetre que la bateria romangui connectada durant un temps, fins que finalment la retirem.

Si voleu que l'últim LED (blanc) es mantingui il·luminat fins que s'arribi a gairebé zero volt a través de Rx, en aquest cas podeu eliminar el díode de referència del pin2 dels amplificadors operatius i substituir-lo per una resistència tal que aquesta resistència juntament amb R5 crea una caiguda de tensió d’uns 0,2 V al pin2.

Això assegurarà que el LED blanc de A1 només s'apagui quan el potencial de Rx baixi de 0,2 V, que al seu torn correspondrà a una bateria gairebé completament carregada i extraïble.

Com es configuren els valors predefinits.

Per a això, necessitareu un divisor de potencial fictici construït mitjançant un pot de 1 K connectat a través dels terminals de subministrament, tal com es mostra a continuació.

Inicialment, desconnecteu l'enllaç predefinit P1 --- P4 de l'Rx i connecteu-lo amb el pin central de l'olla de 1 K, tal com s'ha indicat anteriorment.

Feu lliscar el braç central de tots els predefinits d'amplificadors operatius cap a l'olla 1K.

Ara, ajusteu el pot de 1 K de manera que es desenvolupi 2,5 V a través del braç central i del braç de terra. En aquest moment només trobareu el LED VERMELL encès. A continuació, ajusteu el format preestablert A4 P4 de manera que el LED VERMELL només s'apagui. Això engegarà instantàniament el LED verd A3.

Després d'això, ajusteu el pot de 1K per reduir el voltatge del pin central a 2V. Com es va esmentar anteriorment, ajusteu el P3 preajustat A3 perquè el verd només s'apagui. Això engegarà el LED groc.

A continuació, ajusteu el pot de 1 K per produir 1,5 V al pin central i ajusteu el valor predefinit A2 P2 de manera que el LED groc només s'apagui. Això engegarà el LED blanc.

Finalment, ajusteu el pot de 1K per reduir el potencial del pin central a 0,5V. Ajusteu el valor predefinit A1 P1 de manera que el LED blanc només s'apagui.

Els ajustaments predeterminats ja s’han acabat.

Traieu el pot 1K i torneu a connectar l’enllaç de sortida predefinit a Rx tal com es mostra al primer diagrama.

Podeu començar a carregar la bateria recomanada i veure com els LED responen en conseqüència.

Afegir un tall automàtic

Quan el corrent es redueix a gairebé zero, es podria apagar un relé per assegurar un tall automàtic al circuit del circuit de la bateria detectada, tal com es mostra a continuació:

Com funciona

Quan s’encén l’alimentació, el condensador de 10uF provoca una connexió a terra momentània del potencial pin2 dels amplificadors operatius, cosa que permet que la sortida de tots els amplificadors operatius sigui elevada.

El transistor del controlador de relé connectat a la sortida A1 engega el relé, que connecta la bateria amb el subministrament de càrrega a través dels contactes N / O.

La bateria ara comença a extreure la quantitat de corrent estipulada i fa que es desenvolupi el potencial requerit a través de Rx, que es percep amb el pin3 dels amplificadors operatius a través dels presets respectius, P1 --- P4.

Mentrestant, el 10uF es carrega mitjançant R5 que restableix el valor de referència al pin2 dels amplificadors operatius de nou a 0,6 V (caiguda del díode).

A mesura que la bateria es carrega, les sortides de l'amplificador operatiu responen de la manera corresponent, tal com s'ha explicat anteriorment, fins que la bateria es carrega completament, cosa que fa que la sortida A1 baixi.

Amb una sortida A1 baixa, el transistor apaga el relé i la bateria es desconnecta del subministrament.

Un altre disseny útil de tall de la bateria detectada per l’actualitat

El funcionament d’aquest disseny és realment senzill. La tensió a l'entrada d'inversió la fixa el valor predefinit P1 a un nivell que és inferior a la caiguda de tensió del banc de resistències R3 --- R13, que correspon al corrent de càrrega recomanat de la bateria.

Quan s’encén l’alimentació, C2 fa que aparegui un alt al no invertir l’amplificador operatiu, que al seu torn fa que la sortida de l’amplificador operatiu s’activi i engegui el MOSFET.

El MOSFET condueix i permet connectar la bateria a través del subministrament de càrrega, permetent que el corrent de càrrega passi pel banc de resistències.

Això permet que es desenvolupi una tensió a l’entrada no inversora del CI, superior al seu pin d’inversió, que fixa la sortida de l’amplificador operatiu a un màxim permanent.

Ara el MOSFET continua funcionant i la bateria es carrega, fins que la presa actual de la bateria disminueix significativament al nivell de càrrega total de la bateria. El voltatge a través del banc de resistències ara cau, de manera que el pin d'inversió de l'amplificador operatiu ara és més alt que el pin no inversor de l'amplificador operatiu.

A causa d’això, la sortida de l’amplificador operatiu es redueix, el MOSFET s’apaga i la càrrega de la bateria s’atura finalment.