Obwód wskaźnika prądu akumulatora - odcięcie ładowania wyzwalanego prądem

W tym poście poznajemy prosty czujnik prądu akumulatora z obwodem wskaźnika, który wykrywa ilość prądu pobieranego przez akumulator podczas ładowania. Prezentowane konstrukcje posiadają również funkcję automatycznego odcinania, gdy akumulator przestaje pobierać prąd przy pełnym naładowaniu.

Dlaczego prąd spada, gdy bateria jest ładowana

Wiemy już, że gdy akumulator ładuje się początkowo, pobiera większy prąd, a gdy osiąga pełny poziom naładowania, zużycie to zaczyna spadać, aż do prawie zerowego poziomu.

Dzieje się tak, ponieważ początkowo akumulator jest w stanie rozładowanym, a jego napięcie jest niższe od napięcia źródła. Powoduje to stosunkowo większą różnicę potencjałów między dwoma źródłami.

Ze względu na tę dużą różnicę, potencjał z wyższego źródła, jakim jest wyjście ładowarki, zaczyna pędzić w kierunku akumulatora z dużo większą intensywnością, powodując wpływ większej ilości prądu do akumulatora.

Gdy akumulator ładuje się do pełnego poziomu, różnica potencjałów między dwoma źródłami zaczyna się zmniejszać, aż oba źródła będą miały identyczne poziomy napięcia.

W takim przypadku napięcie ze źródła zasilania nie jest w stanie popchnąć dalszego prądu w kierunku akumulatora, co powoduje zmniejszenie poboru prądu.

To wyjaśnia, dlaczego rozładowany akumulator pobiera początkowo więcej prądu i minimalny prąd, gdy jest w pełni naładowany.

Zwykle większość wskaźników ładowania akumulatora wykorzystuje poziom napięcia akumulatora do wskazania stanu ładowania, tutaj zamiast napięcia do pomiaru stanu ładowania używana jest wartość prądu (amperów).

Wykorzystanie prądu jako parametru pomiarowego umożliwia dokładniejszą ocenę ładowanie baterii status. Obwód jest również zdolny do wskazywania chwilowego stanu podłączonego akumulatora, tłumacząc jego zdolność do poboru prądu podczas ładowania.

Korzystanie z prostego projektu LM338

Prosty obwód ładowarki akumulatora z odcięciem prądu można zbudować przez odpowiednią modyfikację a standardowy obwód regulatora LM338 jak pokazano niżej:

Zapomniałem dodać diodę na dodatnim biegunie akumulatora, więc koniecznie dodaj ją tak, jak pokazano na poniższym skorygowanym schemacie.

Jak to działa

Działanie powyższego obwodu jest dość proste.

Wiemy, że gdy pin ADJ układu scalonego LM338 lub LM317 jest zwarty z linią masy, układ scalony wyłącza napięcie wyjściowe. Używamy tej funkcji zamykania ADJ do implementacji bieżącego wykrytego wyłączenia.

Po podłączeniu zasilania, kondensator 10uF wyłącza pierwszy BC547, dzięki czemu LM338 może normalnie działać i wytwarzać wymagane napięcie dla podłączonego akumulatora.

To łączy akumulator i rozpoczyna ładowanie, pobierając określoną ilość prądu zgodnie z jego wartością znamionową Ah.

To rozwija potencjalną różnicę w rezystor wykrywający prąd Rx, który włącza drugi tranzystor BC547.

Zapewnia to, że pierwszy BC547 połączony z pinem ADJ układu scalonego pozostaje wyłączony, podczas gdy akumulator może ładować się normalnie.

Gdy akumulator się ładuje, potencjalna różnica między Rx zaczyna spadać. Ostatecznie, gdy akumulator jest prawie w pełni naładowany, potencjał ten spada do poziomu, na którym staje się zbyt niski dla drugiego odchylenia podstawowego BC547, wyłączając go.

Kiedy drugi BC547 wyłączy pierwszy BC547, włącza się i uziemia styk ADJ układu scalonego.

LM338 wyłącza się teraz całkowicie odłączając akumulator od źródła ładowania.

Rx można obliczyć za pomocą wzoru prawa Ohma:

Rx = 0,6 / minimalny prąd ładowania

Ten obwód LM338 będzie obsługiwał akumulator do 50 Ah z układem scalonym zamontowanym na dużym radiatorze. W przypadku akumulatorów o wyższej wartości Ah, układ scalony może wymagać modernizacji za pomocą zewnętrznego tranzystora, np omówione w tym artykule .

Korzystanie z IC LM324

Drugi projekt to bardziej rozbudowany obwód wykorzystujący LM324 IC który zapewnia precyzyjne krokowe wykrywanie stanu baterii, a także całkowite wyłączenie baterii, gdy pobór prądu osiągnie minimalną wartość.

Jak diody LED wskazują stan baterii

Kiedy bateria zużywa maksymalny prąd, CZERWONA dioda LED będzie WŁĄCZONA.

Gdy akumulator zostanie naładowany, a prąd na Rx spadnie proporcjonalnie, CZERWONA dioda LED wyłączy się, a ZIELONA dioda zaświeci się.

W miarę dalszego ładowania battrey zielona dioda LED zgaśnie, a żółta zaświeci się.

Następnie, gdy bateria jest prawie całkowicie naładowana, żółta dioda LED zgaśnie, a biała zaświeci się.

Wreszcie, gdy akumulator jest w pełni naładowany, biała dioda LED również się wyłączy, co oznacza, że ​​wszystkie diody LED zostaną wyłączone, wskazując zerowy pobór prądu przez akumulator ze względu na stan pełnego naładowania.

Działanie obwodu

Odnosząc się do pokazanego obwodu, możemy zobaczyć cztery wzmacniacze operacyjne skonfigurowane jako komparatory, gdzie każdy wzmacniacz operacyjny ma własne wstępnie ustawiane wejścia wykrywania prądu.

Rezystor Rx o dużej mocy tworzy komponent przetwornika prądowo-napięciowego, który wykrywa prąd pobierany przez akumulator lub obciążenie i przetwarza go na odpowiedni poziom napięcia i podaje go na wejścia wzmacniacza operacyjnego.

Na początku bateria zużywa największą ilość prądu, co powoduje odpowiednio największy spadek napięcia na rezystorze Rx.

Ustawienia wstępne są ustawione w taki sposób, że gdy bateria pobiera maksymalny prąd (poziom całkowitego rozładowania), nieodwracający pin3 wszystkich 4 wzmacniaczy operacyjnych ma wyższy potencjał niż wartość referencyjna pin2.

Ponieważ wyjścia wszystkich wzmacniaczy operacyjnych są w tym momencie wysokie, tylko CZERWONA dioda LED połączona z A4 zapala się, podczas gdy pozostała dioda LED pozostaje wyłączona.

Teraz, gdy akumulator jest ładowany, napięcie na Rx zaczyna spadać.

Zgodnie z sekwencyjną regulacją ustawień wstępnych, napięcie A4 pin3 spada nieco poniżej pin2, powodując spadek wyjścia A4 i wyłączenie CZERWONEJ diody.

W przypadku niskiego poziomu wyjściowego A4 zaświeca się dioda LED wyjścia A3.

Kiedy akumulator ładuje się nieco bardziej, potencjał wzmacniacza operacyjnego A3 na pin3 spada poniżej jego pin2, powodując spadek wyjścia A3, co wyłącza ZIELONĄ diodę LED.

Przy niskim wyjściu A3 świeci się dioda LED wyjścia A2.

Gdy bateria zostanie nieco bardziej naładowana, potencjał pin3 A3 spada poniżej pin2, co powoduje, że wyjście A2 staje się zerowe, wyłączając żółtą diodę LED.

Przy niskim poziomie wyjściowym A2 świeci się teraz biała dioda LED.

Wreszcie, gdy bateria jest prawie w pełni naładowana, potencjał na pinie 3 A1 spada poniżej styku 2, powodując zerowanie na wyjściu A1, a biała dioda LED gaśnie.

Gdy wszystkie diody LED są wyłączone, oznacza to, że akumulator jest w pełni naładowany, a prąd na Rx osiągnął zero.

Schemat obwodu

Lista części dla proponowanego obwodu wskaźnika prądu akumulatora

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k ustawień wstępnych
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Dioda = 1N4007 lub 1N4148
• Rx = jak wyjaśniono poniżej

Ustawianie zakresu wykrywania prądu

Najpierw musimy obliczyć zakres maksymalnego i minimalnego napięcia rozwijanego na Rx w odpowiedzi na zakres prądu pobieranego przez akumulator.

Załóżmy, że ładowany akumulator to Akumulator 12 V 100 Ah , a maksymalny zamierzony zakres prądu to 10 amperów. Chcemy, aby ten prąd rozwijał się wokół 3 V w poprzek Rx.

Korzystając z prawa Ohma, możemy obliczyć wartość Rx w następujący sposób:

Rx = 3/10 = 0,3 oma

Moc = 3 x 10 = 30 watów.

Teraz 3 V to maksymalny zasięg. Teraz, ponieważ wartość odniesienia na styku 2 wzmacniacza operacyjnego jest ustawiona za pomocą diody 1N4148, potencjał na styku 2 będzie wynosić około 0,6 V.

Zatem minimalny zakres może wynosić 0,6 V.Dlatego daje nam to minimalny i maksymalny zakres między 0,6 V a 3 V.

Musimy ustawić presety tak, aby przy 3 V wszystkie napięcia pin3 od A1 do A4 były wyższe niż pinu 2.

Następnie możemy założyć, że wzmacniacze operacyjne wyłączają się w następującej kolejności:

Przy 2,5 V na Rx A4 wyjście staje się niskie, przy 2 V A3 wyjście staje się niskie, przy 1,5 V wyjście A2 staje się niskie, przy 0,5 V wyjście A1 jest niskie

Pamiętaj, że chociaż przy 0,5 V na Rx wszystkie diody LED wyłączają się, ale 0,5 V może nadal odpowiadać 1 A prądowi pobieranemu przez akumulator. Możemy to uznać za poziom naładowania pływaka i pozwolić, aby akumulator pozostawał podłączony przez jakiś czas, aż w końcu go usuniemy.

Jeśli chcesz, aby ostatnia dioda LED (biała) świeciła się aż do osiągnięcia prawie zerowego napięcia na Rx, w takim przypadku możesz usunąć diodę odniesienia z pinu 2 wzmacniaczy operacyjnych i zastąpić ją rezystorem takim, że ten rezystor wraz R5 powoduje spadek napięcia o około 0,2 V na pinie 2.

Zapewni to, że biała dioda LED na A1 wyłączy się tylko wtedy, gdy potencjał na Rx spadnie poniżej 0,2 V, co z kolei będzie odpowiadać prawie całkowicie naładowanej i wymiennej baterii.

Jak ustawić ustawienia wstępne.

W tym celu będziesz potrzebować zastępczego dzielnika potencjału zbudowanego przy użyciu potencjometru 1K podłączonego do zacisków zasilania, jak pokazano poniżej.

Najpierw odłącz wstępnie ustawione łącze P1 --- P4 od Rx i połącz je ze środkowym pinem potencjometru 1 K, jak wskazano powyżej.

Przesuń środkowe ramię wszystkich presetów wzmacniacza operacyjnego w kierunku potencjometru 1K.

Teraz wyreguluj potencjometr 1K tak, aby 2,5 V było rozwijane na jego środkowym ramieniu i ramieniu naziemnym. W tym momencie zauważysz, że tylko CZERWONA dioda LED jest WŁĄCZONA. Następnie wyreguluj ustawienie wstępne A4 P4 tak, aby CZERWONA dioda LED po prostu się wyłączyła. Spowoduje to natychmiastowe włączenie zielonej diody LED A3.

Następnie wyreguluj potencjometr 1K, aby zmniejszyć napięcie środkowego pinu do 2V. Jak wyżej, wyreguluj ustawienie wstępne A3 P3 tak, aby zielony po prostu się wyłączył. Spowoduje to włączenie żółtej diody LED.

Następnie wyreguluj potencjometr 1K tak, aby wytwarzał 1,5 V na jego środkowym pinie i wyreguluj ustawienie wstępne A2 P2, aby żółta dioda LED po prostu się wyłączyła. Spowoduje to włączenie białej diody LED.

Na koniec wyreguluj potencjometr 1K, aby zmniejszyć potencjał jego środkowego pinu do 0,5 V. Dostosuj ustawienie wstępne A1 P1 tak, aby biała dioda LED po prostu się wyłączyła.

Wstępne ustawienia są już zakończone i gotowe!

Usuń potencjometr 1K i ponownie podłącz wstępnie ustawione łącze wyjściowe z powrotem do Rx, jak pokazano na pierwszym schemacie.

Możesz rozpocząć ładowanie zalecanej baterii i obserwować, jak diody LED odpowiednio reagują.

Dodanie automatycznego odcinania

Gdy prąd spadnie prawie do zera, przekaźnik można wyłączyć, aby zapewnić automatyczne odcięcie obwodu akumulatora z czujnikiem prądu, jak pokazano poniżej:

Jak to działa

Gdy zasilanie jest włączone, kondensator 10uF powoduje chwilowe uziemienie potencjału pin2 wzmacniaczy operacyjnych, co pozwala na zwiększenie mocy wyjściowej wszystkich wzmacniaczy operacyjnych.

Tranzystor sterownika przekaźnika podłączony do wyjścia A1 włącza przekaźnik, który łączy akumulator z zasilaniem ładującym poprzez styki zwierne.

Akumulator zaczyna teraz pobierać określoną ilość prądu, powodując powstanie wymaganego potencjału na Rx, który jest wykrywany przez pin 3 wzmacniaczy operacyjnych za pośrednictwem odpowiednich ustawień wstępnych, P1 --- P4.

W międzyczasie 10uF jest ładowany przez R5, który przywraca wartość odniesienia na styku 2 wzmacniaczy operacyjnych z powrotem do 0,6 V (spadek diody).

Gdy akumulator ładuje się, wyjścia wzmacniacza operacyjnego reagują odpowiednio, jak wyjaśniono wcześniej, aż do pełnego naładowania akumulatora, powodując niski poziom wyjściowy A1.

W przypadku niskiego poziomu wyjściowego A1 tranzystor wyłącza przekaźnik i akumulator jest odłączany od zasilania.

Kolejny przydatny projekt odcięcia akumulatora z czujnikiem prądu

Działanie tego projektu jest w rzeczywistości proste. Napięcie na wejściu odwracającym jest ustalane przez parametr P1 na poziomie nieco niższym niż spadek napięcia na zespole rezystorów R3 --- R13, odpowiadający zalecanemu prądowi ładowania akumulatora.

Kiedy zasilanie jest włączone, C2 powoduje pojawienie się wysokiego na nieodwracającym wzmacniaczu operacyjnym, co z kolei powoduje, że wyjście wzmacniacza operacyjnego staje się wysokie i włącza MOSFET.

MOSFET przewodzi i umożliwia podłączenie akumulatora do źródła ładowania, umożliwiając przepływ prądu ładowania przez zespół rezystorów.

Pozwala to na wzrost napięcia na nieodwracającym wejściu układu scalonego, wyższego niż jego pin odwracający, który blokuje wyjście wzmacniacza operacyjnego do stałego wysokiego poziomu.

MOSFET kontynuuje teraz przewodzenie i akumulator jest ładowany, aż pobór prądu akumulatora znacznie spadnie przy pełnym poziomie naładowania akumulatora. Napięcie na zespole rezystorów spada teraz, tak że styk odwracający wzmacniacza operacyjnego jest teraz wyższy niż styk nieodwracający wzmacniacza operacyjnego.

Z tego powodu wyjście wzmacniacza operacyjnego staje się niskie, tranzystor MOSFET zostaje wyłączony, a ładowanie akumulatora zostaje ostatecznie zatrzymane.