Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας με σταθερές αντιστάσεις

Αυτό το γενικό κύκλωμα αυτόματου φορτιστή μπαταρίας είναι εξαιρετικά ευέλικτο με τη λειτουργία του και μπορεί να προσαρμοστεί για όλους τους τύπους φόρτισης μπαταρίας, ακόμη και για εφαρμογή ελεγκτή ηλιακής φόρτισης.

Κύρια χαρακτηριστικά του Universal Battery Charger

Ένα γενικό κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας πρέπει να περιλαμβάνει τα ακόλουθα κύρια χαρακτηριστικά:

1) Αυτόματη αποκοπή πλήρους φόρτισης μπαταρίας και αυτόματη χαμηλή μπαταρία αρχικοποίηση φόρτισης, με τις αντίστοιχες προειδοποιήσεις ενδεικτικών LED.

2) Προσαρμόσιμο σε όλους τους τύπους φόρτισης μπαταρίας

3) Προσαρμόσιμο σε οποιαδήποτε δεδομένη τάση και ονομαστική μπαταρία AH.

4) Τρέχουσα ελεγχόμενη έξοδος

5) Βήμα φόρτισης 3 ή 4 βήματα (προαιρετικά)

Από τα παραπάνω 5 χαρακτηριστικά, τα πρώτα 3 είναι σημαντικά και καθίστανται υποχρεωτικά για κάθε κύκλωμα φόρτισης καθολικής μπαταρίας.

Ωστόσο, μαζί με αυτές τις δυνατότητες, ο αυτόματος φορτιστής μπαταρίας πρέπει επίσης να είναι εξαιρετικά συμπαγής, φθηνός και εύχρηστος, διαφορετικά ο σχεδιασμός θα μπορούσε να είναι αρκετά άχρηστος για άτομα με λιγότερες τεχνικές γνώσεις, κάνοντας την «καθολική» ετικέτα να ακυρωθεί.

Έχω ήδη συζητήσει πολλά διαφοροποιημένα κυκλώματα φορτιστή μπαταριών σε αυτόν τον ιστότοπο, το οποίο περιλαμβάνει τις περισσότερες από τις βασικές δυνατότητες που μπορεί να απαιτούνται ουσιαστικά για τη βέλτιστη και ασφαλή φόρτιση της μπαταρίας.

Πολλά από αυτά τα κυκλώματα φορτιστή μπαταρίας χρησιμοποίησαν ένα μόνο opamp για λόγους απλότητας και χρησιμοποίησαν μια επιλογή υστέρησης για την εφαρμογή μιας διαδικασίας αυτόματης αποκατάστασης χαμηλής φόρτισης μπαταρίας.

Ωστόσο, με έναν αυτόματο φορτιστή μπαταρίας που χρησιμοποιεί υστέρηση στο opamp, η προσαρμογή της προκαθορισμένης ανατροφοδότησης ή της μεταβλητής αντίστασης γίνεται μια κρίσιμη διαδικασία και λίγο περίπλοκη υπόθεση ειδικά για τους νεοεισερχόμενους ... δεδομένου ότι απαιτεί κάποια αδιάκοπη διαδικασία δοκιμής και σφάλματος έως ότου οριστικοποιηθεί η σωστή ρύθμιση.

Επιπλέον, η ρύθμιση της αποκοπής υπερφόρτισης γίνεται επίσης μια κουραστική διαδικασία για κάθε νεοφερμένο που μπορεί να προσπαθεί να επιτύχει γρήγορα τα αποτελέσματα με το κύκλωμα φόρτισης μπαταρίας του.

Χρήση σταθερών αντιστάσεων αντί για δοχεία ή προεπιλογές

Το παρόν άρθρο επικεντρώνεται συγκεκριμένα στο παραπάνω θέμα και αντικαθιστά τα δοχεία και τις προεπιλογές με σταθερές αντιστάσεις προκειμένου να εξαλειφθούν οι χρονοβόρες προσαρμογές και να εξασφαλιστεί ο σχεδιασμός χωρίς προβλήματα για τον τελικό χρήστη ή τον κατασκευαστή.

Έχω ήδη συζητήσει ένα προηγούμενο άρθρο που εξήγησε περίπλοκα την υστέρηση στα opamps, πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε την ίδια ιδέα και τύπους για το σχεδιασμό του προτεινόμενου κυκλώματος φόρτισης καθολικής μπαταρίας που ελπίζουμε ότι θα λύσει όλες τις συγχύσεις που σχετίζονται με την κατασκευή ενός προσαρμοσμένου κυκλώματος φορτιστή μπαταρίας για οποιαδήποτε μοναδική μπαταρία.

Πριν προχωρήσουμε με ένα παράδειγμα εξήγησης κυκλώματος, θα ήταν σημαντικό να καταλάβουμε γιατί απαιτείται υστέρηση για το κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας;

Επειδή μας ενδιαφέρει να χρησιμοποιήσουμε ένα μόνο opamp και να το χρησιμοποιήσουμε για τον εντοπισμό τόσο του κατώτατου ορίου εκφόρτισης της μπαταρίας όσο και του ανώτερου ορίου πλήρους φόρτισης.

Σημασία της προσθήκης υστέρησης

Κανονικά, χωρίς υστέρηση, ένα opamp δεν μπορεί να ρυθμιστεί για ενεργοποίηση σε δύο διαφορετικά κατώφλια, τα οποία μπορεί να είναι αρκετά μακριά, επομένως χρησιμοποιούμε υστέρηση για να αποκτήσουμε τη δυνατότητα χρήσης ενός μόνο opamp με δυνατότητα διπλής ανίχνευσης.

Επιστρέφοντας στο κύριο θέμα μας σχετικά με το σχεδιασμό ενός καθολικού κυκλώματος φορτιστή μπαταρίας με υστέρηση, ας μάθουμε πώς μπορούμε να υπολογίσουμε τις σταθερές αντιστάσεις, έτσι ώστε να μπορούν να εξαλειφθούν οι σύνθετες διαδικασίες ρύθμισης Hi / Lo χρησιμοποιώντας μεταβλητές αντιστάσεις ή προεπιλογές.

Για να κατανοήσουμε τις βασικές λειτουργίες της υστέρησης και του σχετικού τύπου, πρέπει πρώτα να αναφερθούμε στην ακόλουθη εικόνα:

Στα παραπάνω παραδείγματα απεικονίσεων, μπορούμε να δούμε ξεκάθαρα πώς η αντίσταση υστέρησης Rh υπολογίζεται σε σχέση με τις άλλες δύο αντιστάσεις αναφοράς Rx και Ρι.

Τώρα ας προσπαθήσουμε να εφαρμόσουμε την παραπάνω ιδέα σε ένα πραγματικό κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας και να δούμε πώς μπορούν να υπολογιστούν οι σχετικές παράμετροι για τη λήψη της τελικής βελτιστοποιημένης παραγωγής. Παίρνουμε το ακόλουθο παράδειγμα του a Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας 6V

Σε αυτό το διάγραμμα φορτιστή στερεάς κατάστασης, μόλις η τάση pin # 2 γίνει υψηλότερη τάση αναφοράς pin # 3, ο πείρος εξόδου # 6 πηγαίνει χαμηλά, απενεργοποιώντας το TIP122 και τη φόρτιση της μπαταρίας. Αντίθετα, όσο το δυναμικό ακροδέκτη # 2 παραμένει κάτω από τον ακροδέκτη # 3, η έξοδος του opamp διατηρεί το TIP122 ενεργοποιημένο και η μπαταρία συνεχίζει να φορτίζει.

Εφαρμογή των τύπων σε ένα πρακτικό παράδειγμα

Από τους τύπους που εκφράστηκαν στην προηγούμενη ενότητα μπορούμε να δούμε μερικές κρίσιμες παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την εφαρμογή της σε ένα πρακτικό κύκλωμα, όπως δίνεται παρακάτω:

1) Η τάση αναφοράς που εφαρμόζεται στο Rx και η τάση τροφοδοσίας opamp Vcc πρέπει να είναι ίση και σταθερή.

2) Το επιλεγμένο ανώτατο όριο απενεργοποίησης πλήρους φόρτισης μπαταρίας και οι χαμηλότερες τάσεις κατωφλίου ON διακόπτη εκφόρτισης μπαταρίας πρέπει να είναι χαμηλότερες από τις τάσεις Vcc και αναφοράς.

Αυτό φαίνεται λίγο δύσκολο επειδή η τάση τροφοδοσίας Vcc γενικά συνδέεται με την μπαταρία και επομένως δεν μπορεί να είναι σταθερή και επίσης δεν μπορεί να είναι χαμηλότερη από την αναφορά.

Τέλος πάντων, για να αντιμετωπίσουμε το ζήτημα φροντίζουμε ότι το Vcc είναι στερεωμένο με το επίπεδο αναφοράς και ότι η τάση της μπαταρίας που πρέπει να ανιχνευθεί μειώνεται σε 50% χαμηλότερη τιμή χρησιμοποιώντας ένα δυνητικό δίκτυο διαχωριστή έτσι ώστε να γίνει μικρότερο από το Vcc, όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.

Η αντίσταση Ra και Rb μειώνει την τάση της μπαταρίας σε αναλογική 50% χαμηλότερη τιμή, ενώ το zener 4,7V ρυθμίζει την σταθερή τάση αναφοράς για Rx / Ry και τον πινέλο Vcc # 4 του opamp. Τώρα τα πράγματα φαίνονται έτοιμα για τους υπολογισμούς.

Ας εφαρμόσουμε λοιπόν την υστέρηση ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι σε αυτόν τον φορτιστή 6V και δείτε πώς λειτουργεί για αυτό το παράδειγμα κυκλώματος:

Στο παραπάνω κύκλωμα 6V έχουμε τα ακόλουθα δεδομένα:

Η μπαταρία που πρέπει να φορτιστεί είναι 6V

Το ανώτερο σημείο αποκοπής είναι 7V

Το χαμηλότερο σημείο αποκατάστασης είναι 5.5V.

Vcc και η τάση αναφοράς έχει ρυθμιστεί στα 4.7V (χρησιμοποιώντας 4.7V zener)

Επιλέγουμε Ra, Rb ως 100k αντιστάσεις για να μειώσουμε το δυναμικό της μπαταρίας 6V σε 50% λιγότερη τιμή, επομένως το άνω σημείο αποκοπής 7V γίνεται τώρα 3,5V (VH) και το χαμηλότερο 5.5V γίνεται 2,75V (VL)

Τώρα, πρέπει να μάθουμε τις τιμές της αντίστασης υστέρησης Rh σε σχέση με Rx και Ρι .

Σύμφωνα με τον τύπο:

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

Από 1) έχουμε Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Ας πάρουμε Rx = 100Κ ,

Άλλες τιμές, όπως 10K, 4k7 ή οτιδήποτε άλλο, αλλά το 100K είναι τυπική τιμή και αρκετά υψηλό για να διατηρηθεί η κατανάλωση μειωμένη γίνεται πιο κατάλληλη.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Αντικαθιστώντας αυτήν την τιμή του Rx σε 2), έχουμε

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Τα παραπάνω αποτελέσματα μπορούν επίσης να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας ένα λογισμικό αριθμομηχανής υστέρησης, απλά κάνοντας κλικ σε μερικά κουμπιά

Αυτό είναι, με τους παραπάνω υπολογισμούς, έχουμε προσδιορίσει με επιτυχία τις ακριβείς σταθερές τιμές των διαφόρων αντιστάσεων, οι οποίες θα διασφαλίσουν ότι η συνδεδεμένη μπαταρία 6V αποσυνδέεται αυτόματα στα 7V και ξαναρχίζει τη φόρτιση τη στιγμή που η τάση της πέφτει κάτω από 5.5V.

Για μπαταρίες υψηλότερης τάσης

Για υψηλότερες τάσεις, όπως για την επίτευξη κυκλώματος καθολικής μπαταρίας 12V, 24V, 48V, ο παραπάνω σχεδιασμός μπορεί απλά να τροποποιηθεί όπως δίνεται παρακάτω, εξαλείφοντας το στάδιο LM317.

Οι διαδικασίες υπολογισμού θα είναι ακριβώς οι ίδιες με αυτές που αναφέρονται στην προηγούμενη παράγραφο.

Για φόρτιση μπαταρίας με υψηλό ρεύμα, το TIP122 και η δίοδος 1N5408 ενδέχεται να χρειαστεί να αναβαθμιστούν με αναλογικά υψηλότερες τρέχουσες συσκευές και να αλλάξετε το zener 4,7V σε τιμή που μπορεί να είναι μεγαλύτερη από το 50% της τάσης της μπαταρίας.

Η πράσινη λυχνία LED δείχνει την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, ενώ η κόκκινη λυχνία LED μας επιτρέπει να γνωρίζουμε πότε η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη.

Αυτό ολοκληρώνει το άρθρο, το οποίο εξηγεί με σαφήνεια πώς να φτιάξετε ένα απλό αλλά καθολικά εφαρμόσιμο κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας χρησιμοποιώντας σταθερές αντιστάσεις για να εξασφαλίσετε εξαιρετική ακρίβεια και απρόσκοπτες αποκοπές στα καθορισμένα σημεία κατωφλίου, το οποίο με τη σειρά του εξασφαλίζει τέλεια και ασφαλή φόρτιση για τη συνδεδεμένη μπαταρία.