Questo circuito caricabatteria automatico universale è estremamente versatile con il suo funzionamento e può essere adattato per tutti i tipi di carica della batteria e anche per l'applicazione del regolatore di carica solare.
Caratteristiche principali del caricabatteria universale
Un circuito caricabatteria universale deve contenere le seguenti caratteristiche principali:
1) Interruzione automatica della carica completa della batteria e automatico batteria scarica inizializzazione della carica, con corrispondenti segnalazioni LED.
2) Adattabile a tutti i tipi di ricarica della batteria
3) Adattabile a qualsiasi tensione data e batteria classificata AH.
4) Uscita controllata in corrente
5) Ricarica graduale 3 o 4 gradini (opzionale)
Delle 5 caratteristiche di cui sopra, le prime 3 sono cruciali e diventano le caratteristiche obbligatorie per qualsiasi circuito di carica batteria universale.
Tuttavia, insieme a queste caratteristiche, un caricabatterie automatico deve anche essere estremamente compatto, economico e facile da usare, altrimenti il design potrebbe essere del tutto inutile per le persone con meno conoscenze tecniche, annullando il tag 'universale'.
Ho già discusso di molti circuiti di carica batterie diversificati in questo sito Web, che include la maggior parte delle caratteristiche salienti che possono essere essenzialmente necessarie per caricare una batteria in modo ottimale e sicuro.
Molti di questi circuiti di carica della batteria utilizzavano un singolo amplificatore operazionale per semplicità e impiegavano un'opzione di isteresi per implementare un processo di ripristino automatico della carica della batteria scarica.
Tuttavia, con un caricabatterie automatico che utilizza l'isteresi nell'amplificatore operazionale, la regolazione del preset di feedback o del resistore variabile diventa una procedura cruciale e un affare un po 'complicato soprattutto per i nuovi arrivati .. poiché richiede un processo implacabile di tentativi ed errori fino a quando l'impostazione corretta non è finalizzata.
Inoltre, l'impostazione dell'interruzione del sovraccarico diventa anche un processo noioso per qualsiasi nuovo arrivato che potrebbe cercare di ottenere rapidamente i risultati con il circuito del caricabatterie.
Utilizzo di resistori fissi invece di vasi o preimpostazioni
Il presente articolo si concentra specificamente sulla questione di cui sopra e sostituisce le pentole e le preimpostazioni con resistenze fisse al fine di eliminare le regolazioni che richiedono tempo e per garantire un design senza problemi per l'utente finale o il costruttore.
Ho già discusso un articolo precedente che spiegava in modo elaborato l'isteresi negli amplificatori operazionali, useremo lo stesso concetto e le stesse formule per progettare il circuito caricabatteria universale proposto che si spera risolverà tutte le confusioni relative alla costruzione di un circuito caricabatteria personalizzato per qualsiasi batteria unica.
Prima di procedere con una spiegazione del circuito di esempio, sarebbe importante capire perché è richiesta l'isteresi per il nostro circuito caricabatteria?
È perché siamo interessati a utilizzare un singolo amplificatore operazionale e utilizzarlo per rilevare sia la soglia di scarica inferiore della batteria che la soglia di carica completa superiore.
Importanza dell'aggiunta di un'isteresi
Normalmente, senza isteresi, un amplificatore operazionale non può essere impostato per l'attivazione a due diverse soglie che possono essere abbastanza distanti tra loro, quindi utilizziamo l'isteresi per ottenere la facilità di utilizzare un singolo amplificatore operazionale con una doppia funzione di rilevamento.
Tornando al nostro argomento principale riguardante la progettazione di un circuito caricabatterie universale con isteresi, impariamo come possiamo calcolare i resistori fissi, in modo da eliminare le complesse procedure di impostazione del taglio Hi / Lo che utilizzano resistori variabili o preset.
Per comprendere le operazioni di base dell'isteresi e la relativa formula dobbiamo prima fare riferimento alla seguente illustrazione:
Nelle illustrazioni di esempio sopra, possiamo vedere chiaramente come funziona la resistenza di isteresi Rh viene calcolato rispetto alle altre due resistenze di riferimento Rx e Ry.
Ora proviamo a implementare il concetto di cui sopra in un vero e proprio circuito di carica batterie e vediamo come si possono calcolare i parametri rilevanti per ottenere l'output finale ottimizzato. Prendiamo il seguente esempio di a Circuito caricabatteria da 6V
In questo diagramma del caricatore a stato solido, non appena la tensione del pin # 2 diventa più alta della tensione di riferimento del pin # 3, il pin di uscita # 6 si abbassa, spegnendo il TIP122 e caricando la batteria. Al contrario, finché il potenziale del pin # 2 rimane sotto il pin # 3, l'uscita dell'amplificatore operazionale mantiene il TIP122 acceso e la batteria continua a caricarsi.
Implementazione delle formule in un esempio pratico
Dalle formule espresse nella sezione precedente siamo in grado di vedere un paio di parametri cruciali che devono essere considerati durante l'implementazione all'interno di un circuito pratico, come di seguito riportato:
1) La tensione di riferimento applicata a Rx e la tensione di alimentazione opamp Vcc devono essere uguali e costanti.
2) Le tensioni di spegnimento della soglia superiore di carica completa della batteria selezionata e della soglia di accensione dell'interruttore di scarica inferiore della batteria devono essere inferiori alla Vcc e alle tensioni di riferimento.
Questo sembra un po 'complicato perché la tensione di alimentazione Vcc generalmente è collegata alla batteria e quindi non può essere costante, e inoltre non può essere inferiore al riferimento.
Ad ogni modo, per affrontare il problema ci assicuriamo che il Vcc sia bloccato con il livello di riferimento e che la tensione della batteria che deve essere rilevata venga abbassata ad un valore inferiore del 50% utilizzando un potenziale divisore di rete in modo che diventi inferiore al Vcc, come mostrato nel diagramma sopra.
I resistori Ra e Rb abbassano la tensione della batteria a un valore proporzionale inferiore del 50%, mentre lo zener da 4,7 V imposta la tensione di riferimento fissa per Rx / Ry e il pin Vcc n. 4 dell'opamp. Ora le cose sembrano pronte per i calcoli.
Quindi applichiamo l'isteresi formule a questo caricabatterie da 6 V e guarda come funziona per questo circuito di esempio:
Nel circuito 6V di cui sopra abbiamo i seguenti dati in mano:
La batteria da caricare è 6V
Il punto di interruzione superiore è 7V
Il punto di ripristino inferiore è 5,5 V.
Vcc e la tensione di riferimento è impostata su 4,7 V (utilizzando 4,7 V zener)
Selezioniamo Ra, Rb come resistori da 100k per ridurre il potenziale della batteria da 6V al 50% in meno del valore, quindi il punto di interruzione superiore 7V ora diventa 3,5V (VH) e il 5,5V inferiore diventa 2,75V (VL)
Ora, dobbiamo scoprire i valori del resistore di isteresi Rh riguardo a Rx e Ry .
Secondo la formula:
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
Da 1) abbiamo Rh / Rx = 3,66
Rh = 3,66 Rx
Prendiamo Rx = 100K ,
Altri valori come 10K, 4k7 o qualsiasi altra cosa potrebbero fare, ma 100K essendo un valore standard e abbastanza alto da mantenere il consumo ridotto diventa più adatto.
∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K
Sostituendo questo valore di Rx in 2), otteniamo
Ry / Rx = 2,29
Ry = 2,29 Rx = 2,29 x 100 = 229 K.
∴ Ry = 229K
I risultati di cui sopra possono essere ottenuti anche utilizzando un software di calcolo dell'isteresi, semplicemente facendo clic su alcuni pulsanti
Questo è tutto, con i calcoli sopra abbiamo determinato con successo i valori fissi accurati dei vari resistori che faranno in modo che la batteria 6V collegata si scolleghi automaticamente a 7V e ricominci a caricare nel momento in cui la sua tensione scende al di sotto di 5,5V.
Per batterie ad alta tensione
Per tensioni più elevate come per ottenere un circuito batteria universale da 12 V, 24 V, 48 V, il progetto sopra discusso può essere semplicemente modificato come indicato di seguito, eliminando lo stadio LM317.
Le modalità di calcolo saranno esattamente le stesse espresse nel paragrafo precedente.
Per la ricarica della batteria ad alta corrente, potrebbe essere necessario aggiornare il TIP122 e il diodo 1N5408 con dispositivi a corrente proporzionalmente più elevata e modificare lo zener da 4,7 V su un valore che potrebbe essere superiore al 50% della tensione della batteria.
Il LED verde indica lo stato di carica della batteria mentre il LED rosso ci permette di sapere quando la batteria è completamente carica.
Questo conclude l'articolo, che spiega chiaramente come realizzare un circuito caricabatteria semplice ma universalmente applicabile utilizzando resistenze fisse per garantire estrema precisione e interruzioni infallibili attraverso i punti di soglia impostati, il che a sua volta garantisce una ricarica perfetta e sicura per la batteria collegata.
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