Obvod nabíjačky batérie s použitím pevných rezistorov

Tento univerzálny obvod automatickej nabíjačky batérií je svojím fungovaním mimoriadne všestranný a je možné ho prispôsobiť pre všetky typy nabíjania batérií a dokonca aj pre aplikácie regulátora solárneho nabíjania.

Univerzálna nabíjačka batérií Hlavné vlastnosti

Univerzálny obvod nabíjačky batérií musí obsahovať nasledujúce hlavné vlastnosti:

1) Automatické prerušenie úplného nabitia batérie a automatické slabá batéria inicializácia nabíjania so zodpovedajúcimi varovaniami LED indikátorov.

2) Prispôsobiteľné všetky typy nabíjania batérie

3) Adaptabilné na akékoľvek dané napätie a AH menovitú batériu.

4) Aktuálny riadený výstup

5) Krok nabíjania 3 alebo 4 kroky (voliteľné)

Z vyššie uvedených 5 funkcií sú prvé 3 kľúčové a stávajú sa povinnými funkciami pre akýkoľvek obvod nabíjačky univerzálnych batérií.

Avšak spolu s týmito vlastnosťami musí byť automatická nabíjačka batérií tiež mimoriadne kompaktná, lacná a ľahko ovládateľná, inak by dizajn mohol byť pre ľudí s menšími technickými znalosťami celkom zbytočný, takže univerzálna značka bude zrušená.

Na tejto webovej stránke som už hovoril o mnohých diverzifikovaných obvodoch nabíjačiek batérií, ktoré obsahujú väčšinu hlavných funkcií, ktoré môžu byť v podstate potrebné na optimálne a bezpečné nabitie batérie.

Mnoho z týchto obvodov nabíjačky batérií používalo kvôli zjednodušeniu jediný operačný zosilňovač a na implementáciu automatického procesu obnovy nízkeho nabitia batérie využilo možnosť hysterézie.

Avšak s automatickou nabíjačkou batérií pomocou hysterézie v operačnom zosilňovači sa nastavenie predvoľby spätnej väzby alebo variabilného rezistora stáva zásadným postupom a trochu komplikovanou záležitosťou, najmä pre nováčikov .. pretože to vyžaduje istý neúnavný proces pokusov a omylov, kým nebude dokončené správne nastavenie.

Dodatočné nastavenie prerušenia prebitia sa tiež stáva zdĺhavým procesom pre každého nováčika, ktorý sa môže pokúsiť dosiahnuť výsledky rýchlo so svojim obvodom nabíjačky batérií.

Používanie pevných rezistorov namiesto hrncov alebo predvolieb

Tento článok sa osobitne zameriava na vyššie uvedenú otázku a nahrádza hrnce a predvoľby pevnými rezistormi s cieľom vylúčiť časovo náročné úpravy a zabezpečiť bezproblémový dizajn pre koncového používateľa alebo konštruktéra.

Už som hovoril o jednom predchádzajúcom článku, ktorý podrobne vysvetlil hysteréziu v operačných zosilňovačoch, použijeme rovnaký koncept a vzorce pri navrhovaní navrhovaného obvodu univerzálnej nabíjačky batérií, ktorý, dúfajme, vyrieši všetky nejasnosti súvisiace s budovaním prispôsobeného obvodu nabíjačky batérií pre akákoľvek jedinečná batéria.

Predtým, ako sa pustíme do vysvetlenia príkladu zapojenia, je dôležité pochopiť prečo sa vyžaduje hysterézia pre náš obvod nabíjačky batérií?

Je to preto, že máme záujem použiť jediný operačný zosilňovač a použiť ho na detekciu dolného prahu vybitia batérie, ako aj horného prahu úplného nabitia.

Dôležitosť pridania hysterézy

Za normálnych okolností bez hysterézie nie je možné nastaviť operačný zosilňovač na spúšťanie na dvoch rôznych prahových hodnotách, ktoré môžu byť dosť ďaleko od seba, preto používame hysteréziu na získanie možnosti použitia jedného operačného zosilňovača s funkciou dvojitej detekcie.

Keď sa vrátime k našej hlavnej téme týkajúcej sa návrhu obvodu univerzálnej nabíjačky batérií s hysteréziou, poďme sa naučiť, ako môžeme vypočítať pevné odpory, aby bolo možné vylúčiť zložité postupy prerušenia nastavenia Hi / Lo pomocou variabilných odporov alebo predvolieb.

Aby sme pochopili základné operácie hysterézie a jej súvisiaceho vzorca, najskôr si musíme prečítať nasledujúcu ilustráciu:

Na vyššie uvedených príkladoch ilustrácií môžeme jasne vidieť, ako je hysterézny rezistor Rh sa počíta vzhľadom na ďalšie dva referenčné odpory Rx a Ry.

Teraz sa pokúsime implementovať vyššie uvedený koncept do skutočného obvodu nabíjačky batérií a uvidíme, ako sa dajú vypočítať príslušné parametre na získanie konečného optimalizovaného výkonu. Berieme si nasledujúci príklad a Obvod nabíjačky batérie 6V

V tomto schéme nabíjačky v polovodičovom stave, akonáhle sa napätie pin # 2 stane vyšším referenčným napätím pin # 3, výstupný pin # 6 klesne, vypne TIP122 a nabije sa batéria. Naopak, pokiaľ potenciál čapu 2 zostáva pod pinom č. 3, výstup operačného zosilňovača udržuje TIP122 zapnutý a batéria sa nabíja ďalej.

Implementácia vzorcov v praktickom príklade

Z vzorcov uvedených v predchádzajúcej časti vidíme niekoľko rozhodujúcich parametrov, ktoré je potrebné zohľadniť pri implementácii v praktickom okruhu, ako je uvedené nižšie:

1) Referenčné napätie privedené na Rx a napájacie napätie zosilňovača Vcc musia byť rovnaké a konštantné.

2) Zvolené prahové hodnoty úplného nabitia hornej batérie a dolné prahové hodnoty zapnutia dolného vybíjania batérie musia byť nižšie ako Vcc a referenčné napätie.

Vyzerá to trochu zložito, pretože napájacie napätie Vcc je všeobecne spojené s batériou, a preto nemôže byť konštantné a tiež nemôže byť nižšie ako referenčné.

Pri riešení tohto problému sa však ubezpečte, že Vcc je upnutý na referenčnú úroveň a že napätie batérie, ktoré je potrebné snímať, klesne na 50% nižšiu hodnotu pomocou potenciálnej deliacej siete, takže sa stane menšou ako Vcc, ako je znázornené na vyššie uvedenom diagrame.

Rezistor Ra a Rb zníži napätie batérie na proporcionálne o 50% nižšiu hodnotu, zatiaľ čo 4,7 V zener nastaví pevné referenčné napätie pre Rx / Ry a Vcc kolík # 4 operačného zosilňovača. Teraz vyzerajú veci pripravené na výpočty.

Použime teda hysteréziu vzorce k tejto 6V nabíjačke a uvidíte, ako to funguje pre tento príklad obvodu:

V uvedenom obvode 6V vyššie máme k dispozícii nasledujúce údaje:

Nabíjaná batéria je 6V

Horný medzný bod je 7V

Dolný bod obnovenia je 5,5 V.

Vcc a referenčné napätie je nastavené na 4,7 V (pri použití Zenerovho napätia 4,7 V)

Vyberieme Ra, Rb ako 100k rezistory, aby sme znížili potenciál batérie 6V na 50% menšiu hodnotu, preto sa horný medzný bod 7V stáva teraz 3,5V (VH) a spodný 5,5V stáva 2,75V (VL)

Teraz musíme zistiť hodnoty hysterézneho odporu Rh s ohľadom na Rx a Ry .

Podľa vzorca:

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

Od 1) máme Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Vezmime Rx = 100 tis ,

Mohli by robiť iné hodnoty ako 10K, 4k7 alebo čokoľvek, ale vhodnejšia je 100K, čo je štandardná hodnota a dostatočne vysoká na udržanie zníženej spotreby.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Dosadením tejto hodnoty Rx v 2) dostaneme

Ry / Rx = 2,29

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

∴ Ry = 229 tis

Vyššie uvedené výsledky možno dosiahnuť aj pomocou softvéru na výpočet hysterézie jednoduchým kliknutím na niekoľko tlačidiel

To je všetko, s vyššie uvedenými výpočtami sme úspešne určili presné pevné hodnoty rôznych rezistorov, ktoré zabezpečia, aby sa pripojená 6V batéria automaticky odpojila pri 7V a reštartovala nabíjanie v okamihu, keď jej napätie klesne pod 5,5V.

Pre batérie vyššieho napätia

Pre vyššie napätia, ako napríklad na dosiahnutie univerzálneho obvodu batérie 12V, 24V, 48V, možno vyššie uvedený návrh jednoducho upraviť, ako je uvedené nižšie, vylúčením stupňa LM317.

Postupy výpočtu budú úplne rovnaké ako v predchádzajúcom odseku.

Pri vysokonapäťovom nabíjaní batérie môže byť potrebné vylepšiť TIP122 a diódu 1N5408 pomocou proporcionálne vyšších prúdových zariadení a zmeniť zenerov zdroj 4,7 V na hodnotu, ktorá môže byť vyššia ako 50% napätia batérie.

Zelená LED indikuje stav nabíjania batérie, zatiaľ čo červená LED umožňuje zistiť, kedy je batéria úplne nabitá.

Týmto sa uzatvára článok, ktorý jasne vysvetľuje, ako vytvoriť jednoduchý, ale univerzálne použiteľný obvod nabíjačky batérií pomocou pevných odporov, aby sa zabezpečila extrémna presnosť a spoľahlivé odpojenie cez stanovené prahové body, čo zase zabezpečí dokonalé a bezpečné nabíjanie pripojenej batérie.