Circuit de carregador de bateria amb amplificador operatiu amb tall automàtic

La publicació tracta sobre dos circuits de carregador de bateries basats en IC 741 i LM358 basats en opamp, que no només són precisos amb les seves característiques, sinó que també permeten configurar ràpidament i sense problemes els límits del llindar de tall alt / baix.

La idea va ser sol·licitada pel senyor Mamdouh.

Objectius i requisits del circuit

1. Tan bon punt connecti l’alimentació externa automàticament, desconnectarà la bateria i subministrarà el sistema, mentrestant carregarà la bateria.
2. Protecció contra sobrecàrrega (inclosa en el disseny anterior).
3. Indicacions de càrrega completa i baixa de la bateria (incloses en el disseny anterior).
4. Tampoc sé quina és la fórmula per ajudar a determinar la tensió necessària a la bateria per carregar-la (la bateria s’extreurà de portàtils antics. El total serà de 22 V amb 6 apms sense càrrega)
5. A més, no sé la fórmula per indicar quant durarà la bateria i com calcular el temps si vull que una bateria em duri dues hores.
6. El sistema també subministrarà el ventilador de la CPU. També seria fantàstic afegir l'opció d'un atenuador, el meu pla original era variar entre 26-30 v, no necessitava molt més que això.

Esquema de connexions

Nota: substituïu el 10K de sèrie per l'1N4148, per un 1K

El disseny

En tots els circuits anteriors del controlador de carregador de bateria, he utilitzat un sol opamp per executar el tall automàtic de càrrega completa i he utilitzat una resistència d’histèresi per habilitar l’interruptor de càrrega de baix nivell activat per a la bateria connectada.

malgrat això calculant aquesta resistència d’histèresi correctament per aconseguir la restauració precisa de baix nivell es fa lleugerament difícil i requereix un esforç de prova i error que pot suposar molt de temps.

En el circuit de controlador de carregador de bateria opamp baix alt proposat anteriorment, s’incorporen dos comparadors opamp en lloc d’un que simplifica els procediments de configuració i allibera l’usuari dels llargs procediments.

En referència a la figura, podem veure dos opamps configurats com a comparadors per detectar la tensió de la bateria i per a les operacions de tall necessàries.

Suposant que la bateria és una bateria de 12 V, el valor predeterminat de 10K del A2 opamp inferior es configura de manera que el pin de sortida # 7 es converteixi en una lògica elevada quan el voltatge de la bateria només creua la marca d’11V (llindar de descàrrega inferior), mentre que el valor predeterminat de l’opamp A1 superior s’ajusta tal que la seva sortida augmenta quan la tensió de la bateria toca el llindar de tall més alt, per exemple, a 14,3V.

Per tant, a 11 V, la sortida A1 es fa positiva, però a causa de la presència del díode 1N4148, aquest positiu es manté ineficaç i es bloqueja perquè no es mogui cap a la base del transistor.

La bateria continua carregant-se, fins que arriba a 14,3 V quan l'opamp superior activa el relé i atura el subministrament de càrrega de la bateria.

La situació es bloqueja instantàniament a causa de la inclusió de les resistències de retroalimentació a través del pin número 1 i el pin número 3 de A1. El relé es bloqueja en aquesta posició amb el subministrament completament tallat per a la bateria.

La bateria ara comença a descarregar-se lentament a través de la càrrega connectada fins que arriba al seu llindar de descàrrega inferior a 11 V quan la sortida A2 es veu obligada a ser negativa o nul·la. Ara el díode a la seva sortida es veu esbiaixat cap endavant i trenca ràpidament el pestell posant a terra el senyal de retroalimentació del tancament entre els pins indicats d’A1.

Amb aquesta acció, el relé es desactiva instantàniament i es restaura a la posició inicial N / C i el corrent de càrrega torna a començar a fluir cap a la bateria.

Aquest circuit de carregador de bateria de baixa potència opamp es pot utilitzar com a circuit de SAI de CC també per garantir un subministrament continu de la càrrega independentment de la presència o absència de xarxa i per obtenir un subministrament ininterromput durant el seu ús.

El subministrament de càrrega d'entrada es podria adquirir a partir d'una font d'alimentació regulada, com ara un circuit de voltatge constant de corrent constant LM338 extern.

Com es configuren els valors predefinits

• Mantingueu inicialment la retroacció 1k / 1N4148 desconnectada de l’amplificador A1 op.
• Moveu el control lliscant predefinit A1 al nivell del sòl i moveu el lliscador predefinit A2 al nivell positiu.
• Mitjançant una font d'alimentació variable, apliqueu 14,2 V, que és el nivell de càrrega complet d'una bateria de 12 V a través dels punts 'Bateria'.
• Trobareu el relé activat.
• Ara moveu lentament el valor predefinit A1 cap al costat positiu fins que el relé es desactivi.
• Això defineix la càrrega completa tallada.
• Ara, connecteu l’1k / 1N4148 cap enrere de manera que l’A1 tanca el relé en aquesta posició.
• Ara ajusteu lentament el subministrament variable cap al límit inferior de descàrrega de la bateria; trobareu que el relé continua apagat a causa de la resposta de retroalimentació esmentada.
• Ajusteu la font d'alimentació fins al nivell inferior del llindar de descàrrega de la bateria.
• Després d'això, comenceu a moure la configuració predeterminada A2 cap al costat de terra, fins que aquesta converti la sortida A2 a zero, que trenca el pestell A1 i torneu a engegar el relé al mode de càrrega.
• Això és tot, el circuit està completament configurat ara, segellar els presets en aquesta posició.

Les respostes per a altres preguntes addicionals de la sol·licitud són les següents:

La fórmula per calcular el límit de tall de càrrega completa és:

La tensió nominal de la bateria és + 20%, per exemple, el 20% de 12V és de 2,4, de manera que 12 + 2,4 = 14,4V és la tensió de tall de càrrega completa d’una bateria de 12V

Per conèixer el temps de còpia de seguretat de la bateria, es pot utilitzar la fórmula següent, que us proporciona el temps aproximat de còpia de seguretat de la bateria.

Còpia de seguretat = 0,7 (Ah / Corrent de càrrega)

A continuació es pot veure un altre disseny alternatiu per fer un circuit de carregador de bateria de tall automàtic de sobrecàrrega / sobrecàrrega mitjançant dos amplificadors operatius:

Com funciona

Suposant que no hi ha cap bateria connectada, el contacte del relé es troba a la posició N / C. Per tant, quan s’encén l’alimentació, el circuit d’amplificador operatiu no pot alimentar-se i es manté inactiu.

Ara, suposem que una bateria descarregada està connectada al punt indicat, el circuit d'amplificador operatiu s'alimenta a través de la bateria. Com que la bateria està descarregada, crea un potencial baix a l’entrada (-) de l’ampli operatiu superior, que pot ser inferior al pin (+).

A causa d'això, la sortida d'amplificador operatiu superior augmenta. El transistor i el relé s’activen i els contactes del relé es mouen de N / C a N / O. Ara es connecta la bateria amb la font d’alimentació d’entrada i es comença a carregar.

Un cop la bateria estigui completament carregada, el potencial del pin (-) de l'amplificador operatiu superior serà superior a la seva entrada (+), cosa que farà que el pin de sortida de l'amplificador operatiu superior baixi. Això apaga instantàniament el transistor i el relé.

La bateria està desconnectada del subministrament de càrrega.

El díode 1N4148 a través del (+) i la sortida dels tancaments de l'amplificador operatiu superior es bloqueja de manera que, fins i tot si la bateria comença a caure, no té cap efecte sobre la composició del relé.

Tot i així, suposem que la bateria no s’elimina dels terminals del carregador i que hi està connectada una càrrega perquè comenci a descarregar-se.

Quan la bateria es descarrega per sota del nivell inferior desitjat, el potencial al pin (-) de l'ampli operatiu inferior és inferior al pin d'entrada (+). Això fa que, instantàniament, la sortida de l'amplificador operatiu inferior augmenti, cosa que arriba al pin3 de l'amplificador operatiu superior. L'instant trenca el pestell i engega el transistor i el relé per iniciar el procés de càrrega una altra vegada.

Disseny de PCB

Afegir una etapa de control actual

Els dos dissenys anteriors es poden actualitzar amb un control de corrent afegint un mòdul de control de corrent basat en MOSFET, com es mostra a continuació:

R2 = 0,6 / corrent de càrrega

Afegir un protector de polaritat inversa

Es pot incloure una protecció de polaritat inversa als dissenys anteriors afegint un díode en sèrie amb el terminal positiu de la bateria. El càtode anirà al terminal positiu de la bateria i anoditzarà a la línia positiva de l'amplificador operatiu.

Assegureu-vos de connectar una resistència de 100 ohms a través d’aquest díode, en cas contrari el circuit no iniciarà el procés de càrrega.

Extracció del relé

En el primer disseny de carregador de bateries basat en opamp, pot ser possible eliminar el relé i operar el procés de càrrega mitjançant transistors d'estat sòlid, tal com es mostra al següent diagrama:

Com funciona el circuit

• Suposem que el predefinit A2 s’ajusta al llindar de 10 V i el predefinit A1 s’ajusta al llindar de 14 V.
• Suposem que connectem una bateria descarregada en una etapa intermèdia d’11 V.
• En aquest voltatge, el pin2 d'A1 estarà per sota del seu potencial de referència pin3, segons el paràmetre del pin predefinit.
• Això farà que el pin1 de sortida de A1 sigui alt, engegant el transistor BC547 i el TIP32.
• La bateria començarà a carregar-se mitjançant TIP32, fins que la tensió del terminal arribi a 14 V.
• A 14 V, segons el paràmetre de la configuració predeterminada superior, el pin2 d’A1 anirà més alt que el pin3, fent que la sortida es redueixi.
• Això apagarà instantàniament els transistors i aturarà el procés de càrrega.
• L'acció anterior també bloquejarà l'amplificador opcional A1 a través de l'1k / 1N4148 de manera que, fins i tot si la tensió de la bateria cau al nivell SoC de 13 V, l'A1 continuarà mantenint baixa la sortida pin1.
• A continuació, a mesura que la bateria comença a descarregar-se mitjançant una càrrega de sortida, el voltatge del terminal comença a caure fins que ha baixat a 9,9 V.
• En aquest nivell, segons el paràmetre del paràmetre inferior, el pin5 d'A2 caurà per sota del pin6, fent que el pin7 de sortida es redueixi.
• Aquesta mínima al pin7 d'A2 farà que el pin2 d'A1 arribi a gairebé 0 V, de manera que ara el pin3 d'A1 passa a ser superior al seu pin2.
• Això trencarà immediatament el tancament A1 i la sortida d’A1 tornarà a augmentar, cosa que permetrà que el transistor s’encengui i iniciï el procés de càrrega.
• Quan la bateria arriba a 14 V, el procés repetirà el cicle una altra vegada