Obvod indikátora prúdu batérie - prerušenie nabíjania spusteného prúdu

V tomto príspevku sa dozvieme o jednoduchom senzore prúdu batérie s indikátorovým obvodom, ktorý detekuje množstvo prúdu spotrebovaného batériou počas nabíjania. Prezentované konštrukcie majú tiež automatické vypnutie, keď batéria prestane spotrebovávať prúd na svojej úplnej úrovni nabitia.

Prečo prúd klesá, keď sa batéria nabíja

Už vieme, že zatiaľ čo sa batéria na začiatku nabíja, odoberá väčšie množstvo prúdu a s dosiahnutím úrovne úplného nabitia táto spotreba začne klesať, až kým nedosiahne takmer nulovú hodnotu.

Stáva sa to preto, lebo batéria je spočiatku vo vybitom stave a jej napätie je nižšie ako napätie zdroja. To spôsobuje relatívne väčší rozdiel potenciálov medzi týmito dvoma zdrojmi.

Kvôli tomuto veľkému rozdielu sa potenciál z vyššieho zdroja, ktorým je výstup nabíjačky, začne rútiť k batérii s oveľa vyššou intenzitou, čo spôsobí, že do batérie vnikne väčšie množstvo prúdu.

Keď sa batéria nabíja na plnú úroveň, rozdiel potenciálov medzi týmito dvoma zdrojmi sa začne uzatvárať, kým tieto dva zdroje nebudú mať rovnaké úrovne napätia.

Ak k tomu dôjde, napätie zo zdroja napájania nie je schopné tlačiť ďalší prúd smerom k batérii, čo má za následok zníženú spotrebu prúdu.

To vysvetľuje, prečo vybitá batéria odoberá na začiatku viac prúdu a minimálny prúd, keď je úplne nabitá.

Väčšina indikátorov nabíjania batérie zvyčajne využíva úroveň napätia batérie na indikáciu jej stavu nabitia. Na meranie stavu nabíjania sa tu namiesto napätia používa prúdová (ampérová) veľkosť.

Použitie prúdu ako parametra merania umožňuje presnejšie vyhodnotiť nabíjanie batérie postavenie. Obvod je tiež schopný indikovať okamžité zdravie pripojenej batérie prevedením jej schopnosti spotrebovať prúd počas nabíjania.

Pomocou jednoduchého dizajnu LM338

Jednoduchý obvod odpojenia prúdu od nabíjačky batérie je možné vytvoriť vhodnou úpravou a štandardný obvod regulátora LM338 ako je uvedené nižšie:

Zabudol som pridať diódu k kladnému pólu batérie, preto ju nezabudnite pridať, ako je uvedené v nasledujúcom opravenom diagrame.

Ako to funguje

Fungovanie vyššie uvedeného obvodu je dosť jednoduché.

Vieme, že keď je pin ADJ IC LM338 alebo LM317 skratovaný so zemnou linkou, IC vypne výstupné napätie. Túto funkciu vypínania ADJ používame na implementáciu aktuálne zisteného vypnutia.

Po pripojení vstupného napájania deaktivuje kondenzátor 10uF prvý BC547, takže LM338 môže normálne fungovať a produkovať požadované napätie pre pripojenú batériu.

Týmto sa pripojí batéria a začne sa nabíjať odoberaním určeného množstva prúdu podľa jeho hodnoty Ah.

Toto rozvíja potenciálny rozdiel v celej EÚ odpor snímajúci prúd Rx, ktorý zapne druhý tranzistor BC547.

To zaisťuje, že prvý BC547 pripojený k pinu ADJ IC zostane deaktivovaný, zatiaľ čo sa batéria môže nabíjať normálne.

Keď sa batéria nabíja, potenciálny rozdiel medzi Rx začína klesať. Nakoniec, keď je batéria takmer úplne nabitá, tento potenciál klesne na úroveň, ktorá je príliš nízka pre druhé základné vychýlenie BC547, a tým sa vypne.

Keď sa druhý BC547 vypne, prvý BC547 sa zapne a uzemní kolík ADJ na IC.

Model LM338 sa teraz vypne a úplne odpojí batériu od nabíjacieho zdroja.

Rx možno vypočítať pomocou Ohmovho vzorca:

Rx = 0,6 / minimálny nabíjací prúd

Tento obvod LM338 bude podporovať až 50 Ah batériu s integrovaným obvodom integrovaným do veľkého chladiča. Pre batérie s vyššou hodnotou Ah môže byť potrebné IC vylepšiť o prívesný tranzistor ako diskutované v tomto článku .

Pomocou IC LM324

Druhý návrh je zložitejší obvod využívajúci LM324 IC ktorá poskytuje presnú postupnú detekciu stavu batérie a tiež úplné vypnutie batérie, keď prúdový odber dosiahne minimálnu hodnotu.

Ako indikátory LED indikujú stav batérie

Keď batéria spotrebúva maximálny prúd, ČERVENÁ LED dióda sa rozsvieti.

Keď sa batéria nabije a prúd na Rx úmerne poklesne, ČERVENÁ LED zhasne a ZELENÁ LED sa rozsvieti.

Keď sa battrey nabije ďalej, zelená LED zhasne a žltá sa rozsvieti.

Ďalej, keď je batéria takmer úplne nabitá, žltá LED dióda zhasne a biela sa rozsvieti.

Nakoniec, keď je batéria úplne nabitá, biela LED tiež zhasne, čo znamená, že všetky LED zhasnú, čo indikuje nulovú spotrebu prúdu batériou z dôvodu úplne nabitého stavu.

Prevádzka obvodu

Pokiaľ ide o zobrazený obvod, môžeme vidieť štyri operačné zosilňovače nakonfigurované ako komparátory, kde každý operačný zosilňovač má svoje vlastné prednastaviteľné vstupy na snímanie prúdu.

Vysoko-wattový rezistor Rx vytvára komponent prevodníka prúdu na napätie, ktorý sníma spotrebovaný prúd z batérie alebo záťaže a prevádza ho na zodpovedajúcu úroveň napätia a dodáva ho do vstupov operačného zosilňovača.

Batéria na začiatku spotrebúva najvyššie množstvo prúdu, ktoré vytvára zodpovedajúce najvyššie zníženie napätia na rezistore Rx.

Predvoľby sú nastavené tak, že keď batéria spotrebúva maximálny prúd (úplne vybitá úroveň), neinvertujúci pin3 všetkých 4 operačných zosilňovačov má vyšší potenciál ako referenčná hodnota pin2.

Pretože výstupy všetkých operačných zosilňovačov sú v tomto okamihu vysoké, rozsvieti sa iba ČERVENÁ LED pripojená k A4, zatiaľ čo zostávajúce LED zostanú zhasnuté.

Teraz, keď sa batéria nabíja, napätie na Rx začne klesať.

Pokiaľ ide o postupné prispôsobovanie predvolieb, napätie A4 pin3 mierne klesá pod pin2, čo spôsobí, že výstup A4 bude nízky a ČERVENÉ svetlo vedie k vypnutiu.

Pri nízkom výstupe A4 sa rozsvieti LED výstup A3.

Keď sa batéria nabije o niečo viac, potenciál operačného zosilňovača A3 pin3 klesne pod svoj pin2, čo spôsobí, že výstup A3 bude nízky, čo vypne ZELENÚ LED.

Ak je výstup A3 nízky, rozsvieti sa LED výstupu A2.

Keď sa batéria nabije o niečo viac, potenciál pin3 A3 klesne pod jeho pin2, čo spôsobí, že výstup A2 sa stane nulovým, čím sa vypne žltá LED.

Pri nízkom výstupe A2 sa teraz rozsvieti biela LED.

Nakoniec, keď je batéria takmer úplne nabitá, potenciál na pin3 A1 klesne pod jeho pin2, čo spôsobí, že výstup A1 bude nulový, a biela LED zhasne.

Keď sú všetky LED vypnuté, znamená to, že batéria je úplne nabitá a prúd v Rx dosiahol nulu.

Schéma zapojenia

Zoznam náhradných dielov pre navrhovaný obvod indikátora prúdu batérie

• R1 ---- R5 = 1 k
• P1 ----- P4 = 1k predvoľby
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Dióda = 1N4007 alebo 1N4148
• Rx = Ako je vysvetlené nižšie

Nastavenie aktuálneho rozsahu snímania

Najskôr musíme vypočítať rozsah maximálneho a minimálneho napätia vyvinutého na Rx v reakcii na rozsah prúdu spotrebovaného batériou.

Predpokladajme, že batéria, ktorá sa má nabíjať, je a Batéria 12 V 100 Ah , a maximálny plánovaný rozsah prúdu je 10 ampérov. A chceme, aby tento prúd vyvinul okolo 3 V naprieč Rx.

Pomocou Ohmovho zákona môžeme vypočítať hodnotu Rx nasledujúcim spôsobom:

Rx = 3/10 = 0,3 ohmov

Príkon = 3 x 10 = 30 wattov.

Teraz je 3 V maximálny dosah. Teraz, pretože referenčná hodnota na pin2 operačného zosilňovača je nastavená pomocou diódy 1N4148, potenciál na pin2 bude okolo 0,6 V.

Takže minimálny rozsah môže byť 0,6 V. Preto nám dáva minimálny a maximálny rozsah medzi 0,6 V a 3 V.

Musíme nastaviť predvoľby tak, aby pri 3 V boli všetky napätia pin3 z A1 na A4 vyššie ako pin 2.

Ďalej môžeme predpokladať, že sa operačné zosilňovače vypnú v nasledujúcom poradí:

Pri 2,5 V naprieč Rx A4 výstup klesá, pri 2 V A3 výstup klesá, pri 1,5 V A2 výstup klesá, pri 0,5 V A1 výstup klesá

Pamätajte, že aj keď pri 0,5 V naprieč Rx všetky LED diódy zhasnú, 0,5 V môže stále zodpovedať prúdu 1 ampéra odoberaného batériou. Môžeme to považovať za úroveň nabitia plaváka a nechať batériu nejaký čas zostať pripojenú, kým ju nakoniec nevyberieme.

Ak chcete, aby posledná LED (biela) zostala svietiť, kým cez Rx nedosiahnete takmer nulové napätie, v takom prípade môžete demontovať referenčnú diódu z kolíka 2 operačných zosilňovačov a vymeniť ju za odpor, ktorý tento rezistor spolu s R5 vytvára pokles napätia okolo 0,2 V na pin2.

To zabezpečí, že biela LED na A1 sa vypne, až keď potenciál cez Rx poklesne pod 0,2 V, čo bude zodpovedať takmer úplne nabitej a vyberateľnej batérii.

Ako nastaviť predvoľby.

Potrebujete na to fiktívny rozdeľovač potenciálu postavený pomocou 1K nádoby pripojenej cez napájacie svorky, ako je to znázornené nižšie.

Spočiatku odpojte prednastavený odkaz P1 --- P4 od Rx a spojte ho so stredným kolíkom 1 K banky, ako je uvedené vyššie.

Posuňte stredové rameno všetkých predvoľieb operačného zosilňovača smerom k hrncu 1K.

Teraz nastavte hrniec 1K tak, aby sa cez jeho stredové rameno a zemné rameno vyvíjalo 2,5 V. V tomto okamihu nájdete iba ČERVENÚ LED. Ďalej upravte predvoľbu A4 P4 tak, aby sa ČERVENÁ LED dióda iba zhasla. Týmto sa okamžite rozsvieti zelená LED dióda A3.

Potom upravte potenciometr 1K tak, aby sa jeho stredové napätie pinu znížilo na 2 V. Ako je uvedené vyššie, upravte predvoľbu A3 P3 tak, aby sa zelená iba vypla. Týmto sa rozsvieti žltá LED.

Ďalej nastavte hrniec 1K tak, aby na stredovom kolíku produkoval 1,5 V, a upravte predvoľbu A2 P2 tak, aby žltá LED dióda zhasla. Týmto sa zapne biela LED.

Nakoniec upravte hrniec 1K tak, aby sa znížil jeho potenciál stredového kolíka na 0,5 V. Nastavte predvoľbu A1 P1 tak, aby sa biela LED dióda práve zhasla.

Prednastavené úpravy sú teraz hotové!

Vyberte hrniec 1K a znovu pripojte prednastavené výstupné prepojenie späť na Rx, ako je to znázornené na prvom diagrame.

Môžete začať nabíjať odporúčanú batériu a sledovať, ako zodpovedajú LED diódy.

Pridanie automatického vypnutia

Keď prúd klesne takmer na nulu, mohlo by sa vypnúť relé, aby sa zabezpečilo automatické prerušenie obvodu obvodu batérie snímaného prúdom, ako je uvedené nižšie:

Ako to funguje

Po zapnutí napájania spôsobí kondenzátor 10uF okamžité uzemnenie potenciálu pin2 operačných zosilňovačov, čo umožňuje výstup všetkých operačných zosilňovačov vysoko.

Tranzistor budiča relé pripojený na výstup A1 spína relé, ktoré spája batériu s nabíjacím zdrojom pomocou spínacích kontaktov.

Batéria teraz začne odoberať stanovené množstvo prúdu, čo spôsobí rozvoj potrebného potenciálu cez Rx, ktorý je snímaný kolíkom 3 operačných zosilňovačov cez príslušné predvoľby P1 --- P4.

Medzitým sa 10uF nabíja cez R5, ktoré obnovuje referenčnú hodnotu na pin2 operačných zosilňovačov späť na 0,6 V (pokles diódy).

Keď sa batéria nabíja, výstupy operačného zosilňovača odpovedajú zodpovedajúcim spôsobom, ako bolo vysvetlené vyššie, až kým sa batéria úplne nenabije, čo spôsobí, že výstup A1 klesne.

Pri nízkom výstupe A1 tranzistor vypne relé a batéria je odpojená od napájania.

Ďalší užitočný dizajn prerušenia batérie so snímaním prúdu

Fungovanie tohto dizajnu je v skutočnosti jednoduché. Napätie na invertujúcom vstupe je fixované predvoľbou P1 na úrovni, ktorá je len nižšia ako pokles napätia na banke rezistorov R3 --- R13, čo zodpovedá odporúčanému nabíjaciemu prúdu batérie.

Keď je napájanie zapnuté, C2 spôsobí, že sa na neinvertovaní operačného zosilňovača objaví vysoká hodnota, čo následne spôsobí, že výstup operačného zosilňovača bude vysoký a zapne MOSFET.

MOSFET vedie a umožňuje pripojenie batérie cez nabíjací zdroj, čo umožňuje nabíjaciemu prúdu prechádzať cez banku rezistorov.

To umožňuje vyvinúť napätie na neinvertujúcom vstupe IC, vyššie ako na jeho invertujúcom kolíku, čo blokuje výstup operačného zosilňovača na trvale vysokú hodnotu.

MOSFET teraz pokračuje v činnosti a batéria sa nabíja, až kým súčasný príjem batérie výrazne neklesne pri plnom nabití batérie. Napätie v banke rezistorov teraz klesá, takže invertujúci kolík operačného zosilňovača teraz ide vyššie ako neinvertujúci kolík operačného zosilňovača.

Z tohto dôvodu sa výstup operačného zosilňovača zníži, MOSFET je vypnutý a nabíjanie batérie sa nakoniec zastaví.