Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας Op amp με αυτόματη αποκοπή

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Η ανάρτηση ασχολείται με δύο κυκλώματα αυτόματης αποκοπής μπαταρίας που βασίζονται σε δύο opamp IC 741 και LM358, τα οποία όχι μόνο είναι ακριβή με τα χαρακτηριστικά του, αλλά και επιτρέπουν την ταχεία και γρήγορη ρύθμιση των ορίων υψηλού / χαμηλού ορίου αποκοπής.

Η ιδέα ζητήθηκε από τον κ. Mamdouh.



Στόχοι και απαιτήσεις κυκλώματος

  1. Μόλις συνδέσω αυτόματα την εξωτερική τροφοδοσία, θα αποσυνδέσει την μπαταρία και θα τροφοδοτήσει το σύστημα, εν τω μεταξύ φορτίζοντας την μπαταρία.
  2. Προστασία υπερφόρτισης (που περιλαμβάνεται στον παραπάνω σχεδιασμό).
  3. Ενδείξεις χαμηλής μπαταρίας και πλήρους φόρτισης (που περιλαμβάνονται στον παραπάνω σχεδιασμό).
  4. Επίσης, δεν ξέρω ποιος είναι ο τύπος για να βοηθήσω πώς να προσδιορίσω την απαιτούμενη τάση στην μπαταρία μου για να την φορτίσω (η μπαταρία θα εξαχθεί από παλιούς φορητούς υπολογιστές. Το σύνολο θα είναι 22V με 6 apms χωρίς φορτίο)
  5. Επιπλέον, δεν ξέρω τον τύπο για να δείξω πόσο καιρό θα διαρκέσει η μπαταρία μου και πώς να υπολογίσω τον χρόνο εάν θέλω μια μπαταρία να διαρκέσει δύο ώρες.
  6. Επίσης, ο ανεμιστήρας cpu θα παρέχεται και από το σύστημα. Θα ήταν υπέροχο να προσθέσω την επιλογή ενός dimmer, το αρχικό μου σχέδιο ήταν να κυμαίνεται μεταξύ 26-30 και δεν χρειάζεται πολύ περισσότερο από αυτό.

Διάγραμμα κυκλώματος

κύκλωμα διακοπής μπαταρίας ρελέ op amp

Σημείωση: Αντικαταστήστε το 10K σε σειρά με το 1N4148, με το 1K



Ο σχεδιασμός

Σε όλα τα προηγούμενα κυκλώματα ελεγκτή φορτιστή μπαταρίας, έχω χρησιμοποιήσει ένα μόνο opamp για την εκτέλεση της αυτόματης διακοπής πλήρους φόρτισης και χρησιμοποίησα μια αντίσταση υστέρησης για την ενεργοποίηση του διακόπτη φόρτισης χαμηλού επιπέδου για τη συνδεδεμένη μπαταρία.

Ωστόσο υπολογισμός αυτής της αντίστασης υστέρησης σωστά για την επίτευξη της ακριβούς αποκατάστασης χαμηλού επιπέδου γίνεται ελαφρώς δύσκολη και απαιτεί κάποια προσπάθεια δοκιμής και σφάλματος που μπορεί να είναι χρονοβόρα.

Στο παραπάνω προτεινόμενο κύκλωμα ελεγκτή φορτιστή χαμηλής μπαταρίας opamp ενσωματώνονται δύο συγκριτικά opamp αντί ενός που απλοποιεί τις διαδικασίες ρύθμισης και απαλλάσσει τον χρήστη από τις μακρές διαδικασίες.

Αναφερόμενος στο σχήμα μπορούμε να δούμε δύο opamps διαμορφωμένες ως συγκριτικά για την ανίχνευση της τάσης της μπαταρίας και για τις απαιτούμενες λειτουργίες διακοπής.

Υποθέτοντας ότι η μπαταρία είναι μπαταρία s 12V, η προεπιλογή 10K του χαμηλότερου A2 opamp έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε ο πείρος εξόδου # 7 να είναι υψηλός λογικός όταν η τάση της μπαταρίας διασχίζει το σήμα 11V (χαμηλότερο όριο εκφόρτισης), ενώ η προεπιλογή του άνω A1 opamp ρυθμίζεται έτσι ότι η παραγωγή της πηγαίνει υψηλή όταν η τάση της μπαταρίας αγγίζει το υψηλότερο όριο αποκοπής, ας πούμε στα 14.3V.

Επομένως, στα 11V, η έξοδος Α1 γίνεται θετική, αλλά λόγω της παρουσίας της διόδου 1N4148, αυτό το θετικό παραμένει αναποτελεσματικό και εμποδίζεται από την περαιτέρω μετακίνηση προς τη βάση του τρανζίστορ.

Η μπαταρία συνεχίζει να φορτίζει, έως ότου φτάσει τα 14,3V όταν το άνω opamp ενεργοποιήσει το ρελέ και σταματά την τροφοδοσία φόρτισης της μπαταρίας.

Η κατάσταση είναι άμεσα κλειδωμένη λόγω της συμπερίληψης των αντιστάσεων ανάδρασης σε ολόκληρο τον πείρο # 1 και τον πείρο # 3 του Α1. Το ρελέ κλειδώνει σε αυτήν τη θέση με την τροφοδοσία να διακόπτεται πλήρως για την μπαταρία.

Η μπαταρία ξεκινά αργά να αποφορτίζεται μέσω του συνδεδεμένου φορτίου μέχρι να φτάσει το χαμηλότερο όριο εκφόρτισης στα 11V όταν η έξοδος Α2 αναγκάζεται να πάει αρνητική ή μηδέν. Τώρα η δίοδος στην έξοδο της γίνεται μεροληπτική προς τα εμπρός και σπάει γρήγορα το μάνδαλο γειώνοντας το σήμα ανάδρασης μανδάλωσης μεταξύ των υποδεικνυόμενων ακίδων του Α1.

Με αυτήν την ενέργεια το ρελέ απενεργοποιείται αμέσως και επαναφέρεται στην αρχική του θέση N / C και το ρεύμα φόρτισης αρχίζει και πάλι να ρέει προς την μπαταρία.

Αυτό το κύκλωμα φορτιστή χαμηλής μπαταρίας opamp μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κύκλωμα DC UPS επίσης για τη διασφάλιση συνεχούς τροφοδοσίας για το φορτίο ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία του δικτύου και για την παροχή αδιάλειπτης τροφοδοσίας κατά τη χρήση του.

Η παροχή φόρτισης εισόδου θα μπορούσε να αποκτηθεί από μια ρυθμιζόμενη παροχή ρεύματος όπως ένα κύκλωμα μεταβλητής σταθερής τάσης LM338 σταθερού ρεύματος εξωτερικά.

Πώς να ρυθμίσετε τις προεπιλογές

  • Αρχικά κρατήστε αποσυνδεδεμένη την ανατροφοδότηση 1k / 1N4148 από τον ενισχυτή A1.
  • Μετακινήστε το ρυθμιστικό προεπιλογής A1 στο επίπεδο της γείωσης και μετακινήστε το ρυθμιστικό A2 στο θετικό επίπεδο.
  • Μέσω μιας μεταβλητής τροφοδοσίας, εφαρμόστε 14,2 V που είναι το επίπεδο πλήρους φόρτισης για μια μπαταρία 12 V στα σημεία «Μπαταρία».
  • Θα βρείτε το ρελέ ενεργοποιημένο.
  • Τώρα μετακινήστε αργά την προεπιλογή Α1 προς τη θετική πλευρά έως ότου απενεργοποιηθεί το ρελέ.
  • Αυτό ορίζει την πλήρη διακοπή της φόρτισης.
  • Τώρα, συνδέστε το 1k / 1N4148 πίσω έτσι ώστε το A1 να ασφαλίσει το ρελέ σε αυτήν τη θέση.
  • Τώρα ρυθμίστε αργά τη μεταβλητή τροφοδοσία προς το κατώτερο όριο εκφόρτισης της μπαταρίας, θα βρείτε ότι το ρελέ συνεχίζει να παραμένει απενεργοποιημένο λόγω της παραπάνω απόκρισης ανάδρασης.
  • Ρυθμίστε την παροχή ρεύματος μέχρι το χαμηλότερο επίπεδο κατωφλίου εκφόρτισης μπαταρίας.
  • Μετά από αυτό, αρχίστε να μετακινείτε την προεπιλογή A2 προς την πλευρά του εδάφους, έως ότου μετατρέψει την έξοδο A2 στο μηδέν που σπάει το μάνδαλο A1 και ενεργοποιεί το ρελέ ξανά στη λειτουργία φόρτισης.
  • Αυτό είναι όλο, το κύκλωμα έχει ρυθμιστεί πλήρως τώρα, σφραγίστε τις προεπιλογές σε αυτήν τη θέση.

Οι απαντήσεις για άλλες πρόσθετες ερωτήσεις στο αίτημα είναι οι εξής:

Ο τύπος για τον υπολογισμό του ορίου αποκοπής πλήρους φόρτισης είναι:

Αξιολόγηση τάσης μπαταρίας + 20%, για παράδειγμα 20% των 12V είναι 2,4, έτσι 12 + 2,4 = 14,4V είναι η τάση διακοπής πλήρους φόρτισης για μια μπαταρία 12V

Για να γνωρίζετε τον χρόνο δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας της μπαταρίας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο ακόλουθος τύπος, ο οποίος σας δίνει τον κατά προσέγγιση χρόνο δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας της μπαταρίας.

Δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας = 0,7 (Ah / Load Current)

Ένας άλλος εναλλακτικός σχεδιασμός για την κατασκευή ενός αυτόματου κυκλώματος φορτιστή μπαταρίας αποκοπής υπερφόρτισης με δύο φορτιστές, φαίνεται παρακάτω:

Πως δουλεύει

Υποθέτοντας ότι δεν υπάρχει συνδεδεμένη μπαταρία, η επαφή ρελέ βρίσκεται στη θέση N / C. Επομένως, όταν η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη, το κύκλωμα op amp δεν μπορεί να ενεργοποιηθεί και παραμένει αδρανές.

Τώρα, ας υποθέσουμε ότι μια αποφορτισμένη μπαταρία είναι συνδεδεμένη στο σημείο που υποδεικνύεται, το κύκλωμα op amp τροφοδοτείται μέσω της μπαταρίας. Δεδομένου ότι η μπαταρία βρίσκεται σε αποφορτισμένη στάθμη, δημιουργεί χαμηλό δυναμικό στην είσοδο (-) του άνω ενισχυτή, η οποία μπορεί να είναι μικρότερη από την ακίδα (+).

Λόγω αυτού, η έξοδος του άνω ενισχυτή αυξάνεται. Το τρανζίστορ και το ρελέ ενεργοποιούνται και οι επαφές ρελέ μετακινούνται από N / C σε N / O. Αυτό συνδέει τώρα την μπαταρία με την τροφοδοσία εισόδου και αρχίζει να φορτίζει.

Μόλις η μπαταρία φορτιστεί πλήρως, το δυναμικό στο (-) πείρο του άνω ενισχυτή αυξάνεται από την είσοδο του (+), προκαλώντας τη μείωση του πείρου εξόδου του άνω ενισχυτή. Αυτό απενεργοποιεί αμέσως το τρανζίστορ και το ρελέ.

Η μπαταρία έχει αποσυνδεθεί από την τροφοδοσία φόρτισης.

Η δίοδος 1N4148 κατά μήκος του (+) και η έξοδος του άνω ενισχυτή συνδέεται έτσι ώστε ακόμη και αν η μπαταρία αρχίσει να πέφτει δεν έχει καμία επίδραση στη μετακίνηση του ρελέ.

Ωστόσο, ας υποθέσουμε ότι η μπαταρία δεν έχει αφαιρεθεί από τους ακροδέκτες του φορτιστή και ένα φορτίο είναι συνδεδεμένο σε αυτό, ώστε να αρχίσει να αποφορτίζεται.

Όταν η μπαταρία αποφορτίζεται κάτω από το επιθυμητό χαμηλότερο επίπεδο, το δυναμικό στον πείρο (-) του κάτω ενισχυτή αυξάνεται χαμηλότερο από τον (+) πείρο εισόδου. Αυτό προκαλεί αμέσως την έξοδο του κάτω op ενισχυτή, που χτυπά το pin3 του άνω op amp. Το αμέσως σπάει το μάνδαλο και ανάβει το τρανζίστορ και το ρελέ για να ξεκινήσει ξανά η διαδικασία φόρτισης.

Σχεδιασμός PCB

σχεδιασμός PCB με φορτιστή χαμηλής μπαταρίας opamp

Προσθήκη τρέχοντος σταδίου ελέγχου

Τα παραπάνω δύο σχέδια μπορούν να αναβαθμιστούν με έναν τρέχοντα έλεγχο προσθέτοντας μια μονάδα ελέγχου τρέχοντος με βάση το MOSFET, όπως φαίνεται παρακάτω:

R2 = 0,6 / ρεύμα φόρτισης

Προσθήκη προστατευτικού αντίστροφης πολικότητας

Μία προστασία αντίστροφης πολικότητας μπορεί να συμπεριληφθεί στα παραπάνω σχέδια προσθέτοντας μια δίοδο σε σειρά με το θετικό τερματικό της μπαταρίας. Η Cathode θα μεταβεί στο θετικό τερματικό της μπαταρίας και θα ανεβεί στη θετική γραμμή του ενισχυτή.

Βεβαιωθείτε ότι έχετε συνδέσει μια αντίσταση 100 Ohm σε αυτήν τη δίοδο, διαφορετικά το κύκλωμα δεν θα ξεκινήσει τη διαδικασία φόρτισης.

Αφαίρεση του ρελέ

Στην πρώτη σχεδίαση φορτιστή μπαταρίας με βάση το opamp, ενδέχεται να είναι δυνατή η εξάλειψη του ρελέ και η λειτουργία της διαδικασίας φόρτισης μέσω τρανζίστορ στερεάς κατάστασης, όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα:

απενεργοποιημένη μπαταρία τρανζίστορ στερεάς κατάστασης

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

  • Ας υποθέσουμε ότι η προεπιλογή A2 προσαρμόζεται στο κατώφλι 10 V και η προεπιλογή A1 ρυθμίζεται στο κατώφλι 14 V.
  • Ας υποθέσουμε ότι συνδέουμε μια μπαταρία που έχει αποφορτιστεί σε ενδιάμεσο στάδιο 11 V.
  • Σε αυτήν την τάση ο ακροδέκτης 2 του Α1 θα είναι κάτω από το δυναμικό αναφοράς του pin3, σύμφωνα με τη ρύθμιση της προεπιλογής pin5.
  • Αυτό θα προκαλέσει την έξοδο του ακροδέκτη 1 του Α1, ενεργοποιώντας το τρανζίστορ BC547 και το TIP32.
  • Η μπαταρία θα αρχίσει τώρα να φορτίζει μέσω TIP32, έως ότου η τάση τερματικού φτάσει τα 14 V.
  • Στα 14 V, σύμφωνα με τη ρύθμιση της άνω προεπιλογής, το pin2 του A1 θα πάει υψηλότερα από το pin3 του, προκαλώντας τη χαμηλή έξοδο.
  • Αυτό θα απενεργοποιήσει αμέσως τα τρανζίστορ και θα σταματήσει τη διαδικασία φόρτισης.
  • Η παραπάνω ενέργεια θα ασφαλίσει επίσης τον ενισχυτή A1 μέσω του 1k / 1N4148, έτσι ώστε ακόμη και αν η τάση της μπαταρίας πέσει στο επίπεδο SoC των 13 V, το A1 θα συνεχίσει να κρατά την έξοδο pin1 χαμηλή.
  • Στη συνέχεια, καθώς η μπαταρία αρχίζει να αποφορτίζεται μέσω φορτίου εξόδου, η τάση τερματικού της αρχίζει να πέφτει, έως ότου μειωθεί στα 9,9 V.
  • Σε αυτό το επίπεδο, σύμφωνα με τη ρύθμιση του κάτω προεπιλεγμένου, το pin5 του A2 θα πέσει κάτω από το pin6 του, προκαλώντας το pin7 εξόδου του να γίνει χαμηλό.
  • Αυτό το χαμηλό στο pin7 του A2 θα τραβήξει το pin2 του A1 σε σχεδόν 0 V, έτσι ώστε τώρα το pin3 του A1 γίνεται υψηλότερο από το pin2 του.
  • Αυτό θα σπάσει αμέσως το μάνδαλο Α1 και η έξοδος του Α1 θα γυρίσει και πάλι ψηλά, επιτρέποντας στο τρανζίστορ να ενεργοποιήσει και να ξεκινήσει τη διαδικασία φόρτισης.
  • Όταν η μπαταρία φτάσει τα 14 V, η διαδικασία θα επαναλάβει τον κύκλο ξανά



Προηγούμενο: Απλός ανιχνευτής κορυφής για ανίχνευση και διατήρηση των επιπέδων τάσης κορυφής Επόμενο: Κύκλωμα σταθεροποιητή ελεγχόμενης τάσης PWM