Κύκλωμα ένδειξης ρεύματος μπαταρίας - Διακοπή φόρτισης ρεύματος

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε για έναν απλό αισθητήρα ρεύματος μπαταρίας με κύκλωμα ένδειξης που ανιχνεύει την ποσότητα ρεύματος που καταναλώνεται από την μπαταρία κατά τη φόρτιση. Τα σχέδια που παρουσιάζονται έχουν επίσης αυτόματη διακοπή όταν η μπαταρία σταματά να καταναλώνει ρεύμα στο επίπεδο πλήρους φόρτισης.

Γιατί η τρέχουσα πτώση φορτίζεται η μπαταρία

Γνωρίζουμε ήδη ότι ενώ η μπαταρία φορτίζει αρχικά αντλεί υψηλότερη ποσότητα ρεύματος και καθώς φτάνει στο επίπεδο πλήρους φόρτισης, αυτή η κατανάλωση αρχίζει να μειώνεται, έως ότου φτάσει σχεδόν στο μηδέν.

Αυτό συμβαίνει επειδή αρχικά η μπαταρία είναι σε κατάσταση αποφόρτισης και η τάση της είναι χαμηλότερη από την τάση πηγής. Αυτό προκαλεί μια σχετικά μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού στις δύο πηγές.

Λόγω αυτής της ευρείας διαφοράς, το δυναμικό από την υψηλότερη πηγή που είναι έξοδος φορτιστή, αρχίζει να σπρώχνει προς την μπαταρία με πολύ μεγαλύτερη ένταση προκαλώντας υψηλότερη ποσότητα ρεύματος να εισέλθει στην μπαταρία.

Καθώς η μπαταρία φορτίζεται στο πλήρες επίπεδο, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο πηγών αρχίζει να κλείνει, έως ότου οι δύο πηγές έχουν τα ίδια επίπεδα τάσης.

Όταν συμβεί αυτό, η τάση από την πηγή τροφοδοσίας δεν μπορεί να ωθήσει περαιτέρω ρεύμα προς την μπαταρία, με αποτέλεσμα μειωμένη κατανάλωση ρεύματος.

Αυτό εξηγεί γιατί μια αποφορτισμένη μπαταρία αντλεί περισσότερο ρεύμα αρχικά και ελάχιστο ρεύμα όταν είναι πλήρως φορτισμένη.

Συνήθως οι περισσότεροι δείκτες φόρτισης της μπαταρίας χρησιμοποιούν το επίπεδο τάσης της μπαταρίας για να υποδείξουν την κατάσταση φόρτισης, εδώ αντί για τάση το τρέχον μέγεθος (ενισχυτές) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της κατάστασης φόρτισης.

Η χρήση του ρεύματος ως παράμετρος μέτρησης επιτρέπει μια πιο ακριβή αξιολόγηση του φόρτιση μπαταρίας κατάσταση. Το κύκλωμα είναι επίσης ικανό να υποδεικνύει τη στιγμιαία κατάσταση λειτουργίας μιας συνδεδεμένης μπαταρίας μεταφράζοντας την τρέχουσα ικανότητα κατανάλωσης ενώ φορτίζεται.

Χρησιμοποιώντας τον απλό σχεδιασμό LM338

Ένα απλό κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας με ρεύμα διακοπής θα μπορούσε να κατασκευαστεί με κατάλληλη τροποποίηση a τυπικό κύκλωμα ρυθμιστή LM338 όπως φαίνεται παρακάτω:

Ξέχασα να προσθέσω μια δίοδο στη θετική γραμμή της μπαταρίας, οπότε φροντίστε να την προσθέσετε όπως φαίνεται στο ακόλουθο διορθωμένο διάγραμμα.

Πως δουλεύει

Η λειτουργία του παραπάνω κυκλώματος είναι μάλλον απλή.

Γνωρίζουμε ότι όταν ο πείρος ADJ του LM338 ή LM317 IC βραχυκυκλώνεται με τη γραμμή γείωσης, το IC διακόπτει την τάση εξόδου. Χρησιμοποιούμε αυτήν τη λειτουργία απενεργοποίησης ADJ για την εφαρμογή του τρέχοντος εντοπισμού απενεργοποίησης.

Όταν εφαρμόζεται ισχύς εισόδου, ο πυκνωτής 10uF απενεργοποιεί το πρώτο BC547 έτσι ώστε το LM338 να μπορεί να λειτουργεί κανονικά και να παράγει την απαιτούμενη τάση για τη συνδεδεμένη μπαταρία.

Αυτό συνδέει την μπαταρία και αρχίζει να φορτίζει τραβώντας την καθορισμένη ποσότητα ρεύματος σύμφωνα με την βαθμολογία Ah.

Αυτό αναπτύσσει μια πιθανή διαφορά μεταξύ του τρέχουσα αντίσταση ανίχνευσης Rx που ανάβει το δεύτερο τρανζίστορ BC547.

Αυτό διασφαλίζει ότι το πρώτο BC547 που συνδέεται με τον πείρο ADJ του IC παραμένει απενεργοποιημένο ενώ η μπαταρία επιτρέπεται να φορτίζεται κανονικά.

Καθώς η μπαταρία φορτίζει, η πιθανότητα διαφοράς μεταξύ του Rx αρχίζει να μειώνεται. Τελικά, όταν η μπαταρία είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη, αυτό το δυναμικό μειώνεται σε επίπεδο όπου γίνεται πολύ χαμηλή για τη δεύτερη μεροληψία βάσης BC547, κλείνοντας την.

Όταν το δεύτερο BC547 σβήνει το πρώτο BC547 ανάβει και γειώνει τον πείρο ADJ του IC.

Το LM338 τερματίζει πλέον αποσυνδέοντας πλήρως την μπαταρία από την τροφοδοσία φόρτισης.

Το Rx μπορεί να κλιμακωθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο νόμου του Ohm:

Rx = 0,6 / Ελάχιστο ρεύμα φόρτισης

Αυτό το κύκλωμα LM338 θα υποστηρίζει μπαταρία έως 50 Ah με το IC να είναι τοποθετημένο σε μια μεγάλη ψύκτρα. Για μπαταρίες με υψηλότερη βαθμολογία Ah, ​​το IC μπορεί να χρειαστεί να αναβαθμιστεί με ένα εξωτερικό τρανζίστορ ως συζητήθηκε σε αυτό το άρθρο .

Χρήση IC LM324

Ο δεύτερος σχεδιασμός είναι ένα πιο περίπλοκο κύκλωμα χρησιμοποιώντας ένα LM324 IC που παρέχει ακριβή βήμα βήμα ανίχνευσης κατάστασης μπαταρίας και επίσης πλήρη απενεργοποίηση της μπαταρίας όταν η τρέχουσα κλήρωση φτάσει στην ελάχιστη τιμή.

Πώς τα LED δείχνουν την κατάσταση της μπαταρίας

Όταν η μπαταρία καταναλώνει το μέγιστο ρεύμα, το ΚΟΚΚΙΝΟ LED θα ανάψει.

Καθώς η μπαταρία φορτίζεται και το ρεύμα σε Rx μειώνεται αναλογικά, το ΚΟΚΚΙΝΟ LED θα σβήσει και το ΠΡΑΣΙΝΟ LED ανάβει.

Καθώς το battrey φορτίζεται περαιτέρω, το πράσινο LED θα σβήσει και το κίτρινο θα ανάψει.

Στη συνέχεια, όταν η μπαταρία είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη, το κίτρινο LED θα σβήσει και το λευκό θα ανάψει.

Τέλος, όταν η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη, η λευκή λυχνία LED θα σβήσει επίσης, πράγμα που σημαίνει ότι όλες οι λυχνίες LED θα απενεργοποιηθούν, υποδεικνύοντας μηδενική κατανάλωση ρεύματος από την μπαταρία λόγω της πλήρως φορτισμένης κατάστασης.

Λειτουργία κυκλώματος

Αναφερόμενοι στο κύκλωμα που εμφανίζεται, μπορούμε να δούμε τέσσερις opamps διαμορφωμένες ως συγκριτικά όπου κάθε ενισχυτής έχει τις δικές του προκαθορισμένες εισόδους ανίχνευσης ρεύματος.

Η αντίσταση υψηλού Watt Rx σχηματίζει το στοιχείο μετατροπέα ρεύματος σε τάση που ανιχνεύει το καταναλωμένο ρεύμα από την μπαταρία ή το φορτίο και το μεταφράζει σε αντίστοιχο επίπεδο τάσης και το τροφοδοτεί στις εισόδους opamp.

Στην αρχή, η μπαταρία καταναλώνει την υψηλότερη ποσότητα ρεύματος που παράγει μια αντίστοιχη υψηλότερη πτώση τάσης στην αντίσταση Rx.

Οι προεπιλογές ρυθμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε όταν η μπαταρία καταναλώνει το μέγιστο ρεύμα (πλήρως φορτισμένο επίπεδο), ο μη αναστρέψιμος ακροδέκτης3 και των 4 op ενισχυτών έχει υψηλότερο δυναμικό από την τιμή αναφοράς του pin2.

Δεδομένου ότι οι έξοδοι όλων των ενισχυτών είναι υψηλές σε αυτό το σημείο, ανάβουν μόνο το ΚΟΚΚΙΝΟ LED που είναι συνδεδεμένο με το Α4 ενώ τα υπόλοιπα LED παραμένουν κλειστά.

Τώρα, καθώς η μπαταρία φορτίζεται, η τάση στο Rx αρχίζει να μειώνεται.

Σύμφωνα με τη διαδοχική ρύθμιση των προκαθορισμένων ρυθμίσεων, η τάση A4 pin3 πέφτει ελαφρώς κάτω από το pin2, προκαλώντας την έξοδο A4 χαμηλή και το RED οδήγησε στο κλείσιμο.

Με χαμηλή έξοδο A4, ανάβει το LED εξόδου A3.

Όταν το batttery φορτίζει λίγο περισσότερο, το A3 op amps pin3 πέφτει κάτω από το pin2 του, προκαλώντας χαμηλή την έξοδο του A3, η οποία σβήνει το ΠΡΑΣΙΝΟ LED.

Με χαμηλή έξοδο A3, ανάβει το LED εξόδου A2.

Όταν η μπαταρία φορτιστεί λίγο περισσότερο, το δυναμικό pin3 του A3 πέφτει κάτω από το pin2 του, γεγονός που προκαλεί μηδενική έξοδο του A2, κλείνοντας το κίτρινο LED.

Με χαμηλή έξοδο A2, ανάβει τώρα το λευκό LED.

Τέλος, όταν η μπαταρία είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένη, το δυναμικό στο pin3 του A1 πηγαίνει κάτω από το pin2 του, προκαλώντας μηδενική έξοδο A1 και το λευκό LED κλείνει.

Με όλες τις λυχνίες LED σβηστές, δείχνει ότι η μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη και το ρεύμα σε ολόκληρο το Rx έχει φτάσει στο μηδέν.

Διάγραμμα κυκλώματος

Λίστα ανταλλακτικών για το προτεινόμενο κύκλωμα ένδειξης ρεύματος μπαταρίας

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k προεπιλογές
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Δίοδος = 1N4007 ή 1N4148
• Rx = Όπως εξηγείται παρακάτω

Ρύθμιση του τρέχοντος εύρους ανίχνευσης

Κατ 'αρχάς, πρέπει να υπολογίσουμε το εύρος της μέγιστης και ελάχιστης τάσης που αναπτύχθηκε σε Rx ως απόκριση στο εύρος του ρεύματος που καταναλώνεται από την μπαταρία.

Ας υποθέσουμε ότι η μπαταρία που θα φορτιστεί είναι α Μπαταρία 12 V 100 Ah , και το μέγιστο προβλεπόμενο εύρος ρεύματος για αυτό είναι 10 αμπέρ. Και θέλουμε αυτό το ρεύμα να αναπτυχθεί περίπου 3 V σε Rx.

Χρησιμοποιώντας τον νόμο του Ohm μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή Rx με τον ακόλουθο τρόπο:

Rx = 3/10 = 0,3 Ωμ

Ισχύς = 3 x 10 = 30 watt.

Τώρα, το 3 V είναι το μέγιστο εύρος στο χέρι. Τώρα, δεδομένου ότι η τιμή αναφοράς στο pin2 του op amp ορίζεται χρησιμοποιώντας μια δίοδο 1N4148, το δυναμικό στο pin2 θα είναι περίπου 0,6 V.

Έτσι, το ελάχιστο εύρος μπορεί να είναι 0,6 V. Επομένως, αυτό μας δίνει το ελάχιστο και μέγιστο εύρος μεταξύ 0,6 V και 3 V.

Πρέπει να ρυθμίσουμε τις προεπιλογές έτσι ώστε στα 3 V, όλες οι τάσεις pin3 από A1 έως A4 είναι υψηλότερες από τον ακροδέκτη 2.

Στη συνέχεια, μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι op ενισχυτές θα απενεργοποιηθούν με την ακόλουθη σειρά:

Στα 2,5 V σε όλη την έξοδο Rx A4, η έξοδος 2 V A3 είναι χαμηλή, η έξοδος 1,5 V A2 χαμηλή, η έξοδος 0,5 V A1 χαμηλή

Θυμηθείτε, αν και στα 0,5 V σε όλη τη Rx όλες οι λυχνίες LED σβήνουν, αλλά 0,5 V μπορεί να αντιστοιχούν σε ρεύμα 1 amp που τραβάει η μπαταρία. Μπορούμε να το θεωρήσουμε αυτό ως επίπεδο φόρτισης και να αφήσουμε την μπαταρία να παραμείνει συνδεδεμένη για κάποιο χρονικό διάστημα, έως ότου τελικά την αφαιρέσουμε.

Εάν θέλετε το τελευταίο LED (λευκό) να παραμείνει φωτισμένο έως ότου φτάσει σχεδόν το μηδέν volt σε Rx, σε αυτήν την περίπτωση μπορείτε να αφαιρέσετε τη δίοδο αναφοράς από τον πείρο 2 των ενισχυτών op και να την αντικαταστήσετε με μια αντίσταση έτσι ώστε αυτή η αντίσταση μαζί με Το R5 δημιουργεί πτώση τάσης περίπου 0,2 V στο pin2.

Αυτό θα εξασφαλίσει ότι η λευκή λυχνία LED στο A1 σβήνει μόνο όταν το δυναμικό σε Rx πέσει κάτω από 0,2 V, το οποίο με τη σειρά του θα αντιστοιχεί σε σχεδόν πλήρως φορτισμένη και αφαιρούμενη μπαταρία.

Πώς να ρυθμίσετε τις προεπιλογές.

Για αυτό θα χρειαστείτε ένα εικονικό δυνητικό διαχωριστικό κατασκευασμένο χρησιμοποιώντας ένα δοχείο 1Κ συνδεδεμένο στους τερματικούς σταθμούς τροφοδοσίας όπως φαίνεται παρακάτω.

Αρχικά, αποσυνδέστε τον προεπιλεγμένο σύνδεσμο P1 --- P4 από το Rx και συνδέστε τον με τον κεντρικό πείρο του δοχείου 1 K, όπως υποδεικνύεται παραπάνω.

Σύρετε τον κεντρικό βραχίονα όλων των προεπιλογών op amp προς το δοχείο 1K.

Τώρα, προσαρμόστε το δοχείο 1Κ έτσι ώστε το 2.5V να αναπτύσσεται στον κεντρικό βραχίονα και στο βραχίονα γείωσης. Θα βρείτε μόνο το ΚΟΚΚΙΝΟ LED σε αυτό το σημείο. Στη συνέχεια, προσαρμόστε την προεπιλεγμένη A4 P4 έτσι ώστε το ΚΟΚΚΙΝΟ LED να σβήσει. Αυτό θα ανάψει αμέσως το πράσινο LED A3.

Μετά από αυτό ρυθμίστε το δοχείο 1Κ για να μειώσετε την τάση του κεντρικού πείρου σε 2V. Όπως παραπάνω, προσαρμόστε την προεπιλεγμένη A3 P3 έτσι ώστε το πράσινο να απενεργοποιείται. Αυτό θα ανάψει το κίτρινο LED.

Στη συνέχεια, ρυθμίστε το δοχείο 1Κ για να παράγει 1,5V στον κεντρικό πείρο του και ρυθμίστε την προεπιλεγμένη A2 P2 έτσι ώστε το κίτρινο LED να σβήσει. Αυτό θα ανάψει το λευκό LED.

Τέλος, ρυθμίστε το δοχείο 1Κ για να μειώσετε το δυναμικό του κεντρικού πείρου σε 0,5V. Ρυθμίστε την προεπιλεγμένη A1 P1 έτσι ώστε το λευκό LED να σβήνει.

Οι προεπιλεγμένες ρυθμίσεις έχουν πλέον τελειώσει και ολοκληρωθεί!

Αφαιρέστε το δοχείο 1K και επανασυνδέστε τον προκαθορισμένο σύνδεσμο εξόδου πίσω στο Rx όπως φαίνεται στο πρώτο διάγραμμα.

Μπορείτε να ξεκινήσετε τη φόρτιση της προτεινόμενης μπαταρίας και να παρακολουθήσετε τις λυχνίες LED να ανταποκρίνονται ανάλογα.

Προσθήκη αυτόματης αποκοπής

Όταν το ρεύμα μειώνεται σχεδόν στο μηδέν, ένα ρελέ θα μπορούσε να απενεργοποιηθεί για να διασφαλιστεί η αυτόματη διακοπή του τρέχοντος κυκλώματος κυκλώματος μπαταρίας, όπως φαίνεται παρακάτω:

Πως δουλεύει

Όταν η τροφοδοσία είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΗ, ο πυκνωτής 10uF προκαλεί στιγμιαία γείωση του δυναμικού pin2 των ενισχυτών op, κάτι που επιτρέπει στην έξοδο όλων των ενισχυτών op να ανεβαίνει ψηλά.

Το τρανζίστορ προγράμματος οδήγησης ρελέ που συνδέεται στην έξοδο Α1 ενεργοποιεί το ρελέ, το οποίο συνδέει την μπαταρία με την τροφοδοσία φόρτισης μέσω των επαφών N / O.

Η μπαταρία αρχίζει τώρα να αντλεί την προβλεπόμενη ποσότητα ρεύματος προκαλώντας την απαιτούμενη δυνατότητα ανάπτυξης σε όλο το Rx, το οποίο ανιχνεύεται από το pin3 των ενισχυτών μέσω των αντίστοιχων προεπιλογών, P1 --- P4.

Εν τω μεταξύ, το 10uF φορτίζεται μέσω R5 που επαναφέρει την τιμή αναφοράς στο pin2 των ενισχυτών op πίσω στα 0,6V (πτώση δίοδος).

Καθώς η μπαταρία φορτίζει, οι έξοδοι ενισχυτή ανταποκρίνονται αντίστοιχα όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, έως ότου η μπαταρία φορτιστεί πλήρως, προκαλώντας την έξοδο Α1 να μειωθεί.

Με χαμηλή έξοδο Α1, το τρανζίστορ απενεργοποιεί το ρελέ και η μπαταρία αποσυνδέεται από την παροχή.

Ένας άλλος χρήσιμος σχεδιασμός αποκοπής μπαταρίας ρεύματος

Η επεξεργασία αυτού του σχεδιασμού είναι πραγματικά απλή. Η τάση στην είσοδο αντιστροφής καθορίζεται από την προεπιλογή P1 σε επίπεδο που είναι ακριβώς χαμηλότερο από την πτώση τάσης στην τράπεζα αντίστασης R3 --- R13, που αντιστοιχεί στο προτεινόμενο ρεύμα φόρτισης της μπαταρίας.

Όταν η τροφοδοσία είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΗ, το C2 προκαλεί ένα υψηλό να εμφανίζεται στη μη αναστροφή του ενισχυτή op, το οποίο με τη σειρά του αναγκάζει την έξοδο του ενισχυτή να αυξηθεί και να ενεργοποιήσει το MOSFET.

Το MOSFET διεξάγει και επιτρέπει τη σύνδεση της μπαταρίας σε όλη την τροφοδοσία φόρτισης, επιτρέποντας στο ρεύμα φόρτισης να περάσει από την τράπεζα αντίστασης.

Αυτό επιτρέπει την ανάπτυξη τάσης στη μη αναστρέψιμη είσοδο του IC, υψηλότερη από την αντιστρεπτική του ακίδα, η οποία συνδέει την έξοδο του op amp σε μόνιμο υψηλό.

Το MOSFET συνεχίζει τώρα να λειτουργεί και η μπαταρία φορτίζεται, έως ότου η τρέχουσα εισαγωγή της μπαταρίας μειωθεί σημαντικά στο επίπεδο πλήρους φόρτισης της μπαταρίας. Η τάση σε όλη την τράπεζα αντίστασης μειώνεται τώρα, έτσι ώστε ο πείρος αναστροφής του ενισχυτή op να πηγαίνει τώρα υψηλότερος από τον ακροδέκτη του ενισχυτή op.

Λόγω αυτού, η έξοδος του ενισχυτή γίνεται χαμηλή, το MOSFET είναι απενεργοποιημένο και η φόρτιση της μπαταρίας σταματά τελικά.