Obwód ładowarki akumulatora wykorzystujący stałe rezystory

Ten uniwersalny obwód automatycznej ładowarki akumulatorów jest niezwykle wszechstronny w swoim działaniu i może być dostosowany do wszystkich typów ładowania akumulatorów, a nawet do zastosowania w kontrolerze ładowania słonecznego.

Główne cechy uniwersalnej ładowarki akumulatorów

Uniwersalny obwód ładowarki akumulatorów musi mieć następujące główne cechy:

1) Automatyczne odcięcie pełnego naładowania akumulatora i automatyczne niski poziom baterii inicjalizacja ładowania, z odpowiednimi ostrzeżeniami wskaźnika LED.

2) Możliwość dostosowania do wszystkie rodzaje ładowania baterii

3) Możliwość dostosowania do dowolnego napięcia i akumulatora o wartości znamionowej AH.

4) Wyjście sterowane prądowo

5) Ładowanie krokowe 3 lub 4 stopnie (opcjonalnie)

Spośród powyższych 5 cech pierwsze 3 są kluczowe i stały się cechami obowiązkowymi dla każdego uniwersalnego obwodu ładowarki akumulatorów.

Jednak wraz z tymi cechami automatyczna ładowarka akumulatorów musi być również niezwykle kompaktowa, tania i łatwa w obsłudze, w przeciwnym razie projekt mógłby być całkiem bezużyteczny dla osób z mniejszą wiedzą techniczną, powodując unieważnienie „uniwersalnego” znacznika.

Na tej stronie omówiłem już wiele zróżnicowanych obwodów ładowarek akumulatorów, które obejmują większość najistotniejszych funkcji, które mogą być zasadniczo wymagane do optymalnego i bezpiecznego ładowania akumulatora.

Wiele z tych obwodów ładowarki akumulatorów wykorzystywało pojedynczy wzmacniacz operacyjny ze względu na prostotę i wykorzystywało opcję histerezy do implementacji automatycznego procesu przywracania niskiego poziomu naładowania akumulatora.

Jednak w przypadku automatycznej ładowarki akumulatorów wykorzystującej histerezę w opampie, regulacja ustawienia wstępnego sprzężenia zwrotnego lub rezystora zmiennego staje się kluczową procedurą i nieco skomplikowaną sprawą, szczególnie dla nowicjuszy, ponieważ wymaga nieustannego procesu prób i błędów, aż do zakończenia prawidłowego ustawienia.

Dodatkowo ustawienie odcięcia przed przeładowaniem również staje się żmudnym procesem dla każdego nowicjusza, który może próbować szybko osiągnąć wyniki za pomocą obwodu ładowarki.

Używanie stałych rezystorów zamiast garnków lub presetów

Niniejszy artykuł koncentruje się w szczególności na powyższym problemie i zastępuje garnki i presety stałymi rezystorami w celu wyeliminowania czasochłonnych dostosowań i zapewnienia bezproblemowego projektowania dla użytkownika końcowego lub konstruktora.

Omówiłem już jeden wcześniejszy artykuł, który szczegółowo wyjaśniał histerezę w wzmacniaczach operacyjnych, będziemy używać tej samej koncepcji i wzorów do projektowania proponowanego uniwersalnego obwodu ładowarki, który, miejmy nadzieję, rozwiąże wszystkie nieporozumienia związane z budową niestandardowego obwodu ładowarki baterii dla każda unikalna bateria.

Zanim przejdziemy do przykładowego wyjaśnienia obwodu, ważne jest, aby zrozumieć dlaczego wymagana jest histereza dla naszego obwodu ładowarki baterii?

To dlatego, że jesteśmy zainteresowani użyciem pojedynczego wzmacniacza operacyjnego i używamy go do wykrywania zarówno dolnego progu rozładowania akumulatora, jak i górnego progu pełnego naładowania.

Znaczenie dodania histerezy

Zwykle bez histerezy wzmacniacz operacyjny nie może być ustawiony na wyzwalanie przy dwóch różnych progach, które mogą być dość szerokie, dlatego stosujemy histerezę, aby uzyskać możliwość użycia pojedynczego wzmacniacza operacyjnego z funkcją podwójnej detekcji.

Wracając do naszego głównego tematu dotyczącego projektowania uniwersalnego obwodu ładowarki akumulatorów z histerezą, nauczmy się, w jaki sposób możemy obliczyć stałe rezystory, aby można było wyeliminować złożone procedury ustawiania odcinania Hi / Lo przy użyciu zmiennych rezystorów lub ustawień wstępnych.

Aby zrozumieć podstawowe operacje histerezy i związaną z nią formułę, najpierw musimy odwołać się do poniższej ilustracji:

Na powyższych przykładowych ilustracjach możemy wyraźnie zobaczyć, jak działa rezystor histerezy Rh jest obliczana w odniesieniu do pozostałych dwóch rezystorów odniesienia Rx i Ry.

Spróbujmy teraz zaimplementować powyższą koncepcję w rzeczywistym obwodzie ładowarki akumulatora i zobaczmy, jak można obliczyć odpowiednie parametry w celu uzyskania końcowej zoptymalizowanej mocy wyjściowej. Weźmy następujący przykład Obwód ładowarki akumulatora 6V

Na tym schemacie ładowarki półprzewodnikowej, gdy tylko napięcie na pinie nr 2 wzrośnie do napięcia odniesienia pinu nr 3, styk wyjściowy nr 6 stanie się niski, wyłączając TIP122 i ładowanie akumulatora. I odwrotnie, tak długo, jak potencjał styku nr 2 pozostaje poniżej styku nr 3, wyjście wzmacniacza operacyjnego utrzymuje TIP122 w stanie WŁĄCZONY, a akumulator nadal się ładuje.

Implementacja formuł na praktycznym przykładzie

Ze wzorów przedstawionych w poprzedniej sekcji możemy zobaczyć kilka kluczowych parametrów, które należy wziąć pod uwagę podczas wdrażania go w praktycznym obwodzie, jak podano poniżej:

1) Napięcie odniesienia przyłożone do Rx i napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego Vcc muszą być równe i stałe.

2) Wybrany górny próg wyłączenia pełnego naładowania akumulatora i dolny próg włączenia przełącznika rozładowania akumulatora muszą być niższe niż Vcc i napięcia odniesienia.

Wydaje się to trochę skomplikowane, ponieważ napięcie zasilania Vcc na ogół jest połączone z akumulatorem i dlatego nie może być stałe, a także nie może być niższe niż napięcie odniesienia.

W każdym razie, aby rozwiązać ten problem, upewniamy się, że Vcc jest zaciśnięte na poziomie odniesienia, a napięcie akumulatora, które należy wykryć, jest obniżane do 50% niższej wartości za pomocą sieci dzielnika potencjału, aby było mniejsze niż Vcc, jak pokazano na powyższym schemacie.

Rezystor Ra i Rb obniża napięcie akumulatora do proporcjonalnie o 50% niższej wartości, podczas gdy zener 4,7 V ustawia stałe napięcie odniesienia dla Rx / Ry i styku Vcc # 4 wzmacniacza operacyjnego. Teraz wszystko wygląda na gotowe do obliczeń.

Zastosujmy więc histerezę formuły do tej ładowarki 6V i zobacz jak to działa dla tego przykładowego obwodu:

W powyższym obwodzie 6V mamy w ręku następujące dane:

Bateria do naładowania to 6V

Górny punkt odcięcia to 7V

Dolny punkt przywracania to 5,5 V.

Vcc, a napięcie odniesienia jest ustawione na 4,7 V (przy użyciu 4,7 V zenera)

Wybieramy Ra, Rb jako rezystory 100k, aby zmniejszyć potencjał akumulatora 6V do 50% mniejszej wartości, dlatego górny punkt odcięcia 7 V staje się teraz 3,5 V (VH), a dolny 5,5 V staje się 2,75 V (VL)

Teraz musimy znaleźć wartości rezystora histerezy Rh z szacunkiem do Rx i Ry .

Zgodnie ze wzorem:

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

Z 1) mamy Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66 Rx

Weźmy Rx = 100K ,

Inne wartości, takie jak 10K, 4k7 lub cokolwiek innego, mogą zrobić, ale 100K jako wartość standardowa i wystarczająco wysoka, aby zmniejszyć zużycie, staje się bardziej odpowiednie.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366 K.

Zastępując tę ​​wartość Rx w 2), otrzymujemy

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2,29Rx = 2,29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Powyższe wyniki można również uzyskać za pomocą kalkulatora histerezy, po prostu klikając kilka przycisków

To wszystko, dzięki powyższym obliczeniom z powodzeniem określiliśmy dokładne stałe wartości różnych rezystorów, które zapewnią, że podłączony akumulator 6 V automatycznie rozłączy się przy 7 V i rozpocznie ładowanie ponownie w momencie, gdy jego napięcie spadnie poniżej 5,5 V.

Do akumulatorów wyższego napięcia

Dla wyższych napięć, takich jak uzyskanie uniwersalnego obwodu akumulatorów 12V, 24V, 48V, powyższy projekt można po prostu zmodyfikować, jak podano poniżej, poprzez wyeliminowanie stopnia LM317.

Procedury obliczeniowe będą dokładnie takie same, jak opisano w poprzednim akapicie.

W przypadku ładowania akumulatora wysokoprądowego, TIP122 i dioda 1N5408 może wymagać modernizacji za pomocą urządzeń o proporcjonalnie wyższym prądzie i zmiany 4,7 V zenera na wartość, która może być wyższa niż 50% napięcia akumulatora.

Zielona dioda LED wskazuje stan naładowania baterii, a czerwona dioda pozwala nam wiedzieć, kiedy bateria jest w pełni naładowana.

Na tym kończy się artykuł, w którym jasno wyjaśniono, jak wykonać prosty, ale uniwersalny obwód ładowarki akumulatorów z wykorzystaniem stałych rezystorów, aby zapewnić ekstremalną dokładność i niezawodne odcięcia w ustawionych punktach progowych, co z kolei zapewnia doskonałe i bezpieczne ładowanie podłączonego akumulatora.