Circuito caricabatteria amplificatore operazionale con spegnimento automatico

Il post discute un circuito di carica batteria con interruzione automatica basato su due amplificatori operazionali IC 741 e LM358 che non solo sono accurati con le sue caratteristiche, ma consentono anche una configurazione rapida e senza problemi dei limiti di soglia di interruzione alto / basso.

L'idea è stata richiesta dal Sig. Mamdouh.

Obiettivi e requisiti del circuito

1. Non appena collego l'alimentazione esterna automaticamente, scollegherà la batteria e alimenterà il sistema, nel frattempo caricando la batteria.
2. Protezione da sovraccarico (inclusa nel design di cui sopra).
3. Indicazioni di batteria scarica e di carica completa (incluse nel design sopra).
4. Inoltre non so quale sia la formula per aiutare a determinare la tensione richiesta alla batteria per caricarla (la batteria verrà estratta dai vecchi laptop. Il totale sarà 22 V con 6 apms a vuoto)
5. Inoltre, non conosco la formula per indicare quanto durerà la mia batteria e come calcolare il tempo se voglio che una batteria duri due ore.
6. Inoltre, anche la ventola della CPU verrà fornita dal sistema. Sarebbe anche bello aggiungere l'opzione di un dimmer, il mio piano originale era di variare tra 26-30 v non ha bisogno di molto di più.

Schema elettrico

Nota: sostituire il 10K in serie con 1N4148, con 1K

Il design

In tutti i circuiti del controller del caricabatterie precedente ho utilizzato un singolo amplificatore operazionale per eseguire l'interruzione automatica della carica completa e ho impiegato un resistore di isteresi per abilitare l'interruttore di carica a basso livello ON per la batteria collegata.

tuttavia calcolare questa resistenza di isteresi correttamente per ottenere il ripristino preciso di basso livello diventa leggermente difficile e richiede alcuni tentativi ed errori che possono richiedere molto tempo.

Nel circuito di controllo del caricatore di batteria basso alto di opamp proposto sopra, sono incorporati due comparatori di opamp invece di uno che semplifica le procedure di impostazione e solleva l'utente dalle lunghe procedure.

Facendo riferimento alla figura possiamo vedere due operazionali configurati come comparatori per rilevare la tensione della batteria e per le operazioni di cut-off richieste.

Supponendo che la batteria sia una batteria da 12V, il preset 10K dell'amplificatore operazionale A2 inferiore è impostato in modo tale che il suo pin di uscita n. 7 diventi logico alto quando la tensione della batteria supera appena il segno 11V (soglia di scarica inferiore), mentre il preset dell'amplificatore operazionale A1 superiore è regolato in modo tale che la sua uscita aumenta quando la tensione della batteria tocca la soglia di interruzione più alta, diciamo a 14,3 V.

Quindi a 11V l'uscita A1 diventa positiva ma a causa della presenza del diodo 1N4148 questo positivo rimane inefficace e impedito di spostarsi ulteriormente alla base del transistor.

La batteria continua a caricarsi, fino a raggiungere 14,3 V quando l'opamp superiore attiva il relè e interrompe l'alimentazione di carica alla batteria.

La situazione viene immediatamente bloccata a causa dell'inclusione delle resistenze di feedback tra il pin n. 1 e il pin n. 3 di A1. Il relè si blocca in questa posizione con l'alimentazione completamente interrotta per la batteria.

La batteria ora inizia a scaricarsi lentamente tramite il carico collegato fino a raggiungere il livello di soglia di scarica inferiore a 11 V quando l'uscita A2 è forzata a diventare negativa oa zero. Ora il diodo alla sua uscita diventa polarizzato in avanti e interrompe rapidamente il latch mettendo a terra il segnale di feedback latch tra i pin di A1 indicati.

Con questa azione il relè viene immediatamente disattivato e riportato alla sua posizione N / C iniziale e la corrente di carica ricomincia a fluire verso la batteria.

Questo circuito di carica batteria a bassa potenza opamp può essere utilizzato come circuito DC UPS anche per garantire un'alimentazione continua per il carico indipendentemente dalla presenza o assenza di rete e per ottenere un'alimentazione ininterrotta durante il suo utilizzo.

L'alimentazione di carica in ingresso può essere acquisita da un alimentatore regolato come un circuito a tensione costante variabile a corrente costante LM338 esternamente.

Come impostare le preimpostazioni

• Inizialmente tieni il feedback 1k / 1N4148 scollegato dall'amplificatore operazionale A1.
• Spostare il cursore del preset A1 al livello del suolo e spostare il cursore del preset A2 al livello positivo.
• Tramite un alimentatore variabile, applicare 14,2 V che è il livello di carica completo per una batteria da 12 V attraverso i punti 'Batteria'.
• Troverete l'attivazione del relè.
• Ora sposta lentamente il preset A1 verso il lato positivo fino a quando il relè si disattiva.
• Questo imposta l'interruzione della carica completa.
• Ora, collega di nuovo 1k / 1N4148 in modo che A1 blocchi il relè in quella posizione.
• Ora regola lentamente l'alimentazione variabile verso il limite di scarica inferiore della batteria, troverai il relè continua a rimanere spento a causa della risposta di feedback sopra menzionata.
• Regolare l'alimentazione fino al livello di soglia di scarica della batteria inferiore.
• Dopodiché, inizia a spostare il preset A2 verso il lato terra, fino a quando questo porta l'uscita A2 a zero, interrompendo il fermo A1 e riaccendendo il relè in modalità di carica.
• Questo è tutto, il circuito è completamente impostato ora, chiudi i preset in questa posizione.

Le risposte ad altre domande aggiuntive nella richiesta sono le seguenti:

La formula per calcolare il limite di interruzione della carica completa è:

La tensione nominale della batteria + 20%, ad esempio il 20% di 12V è 2,4, quindi 12 + 2,4 = 14,4V è la tensione di interruzione della carica completa per una batteria da 12V

Per conoscere il tempo di backup della batteria, è possibile utilizzare la seguente formula, che fornisce il tempo di backup approssimativo della batteria.

Backup = 0,7 (Ah / corrente di carico)

Di seguito è possibile vedere un altro progetto alternativo per realizzare un circuito caricabatteria con interruzione automatica della carica eccessiva / insufficiente utilizzando due amplificatori operazionali:

Come funziona

Supponendo che non ci sia batteria collegata, il contatto del relè è in posizione N / C. Pertanto, quando l'alimentazione è accesa, il circuito dell'amplificatore operazionale non è in grado di essere alimentato e rimane inattivo.

Ora, supponiamo che una batteria scarica sia collegata attraverso il punto indicato, il circuito dell'amplificatore operazionale viene alimentato attraverso la batteria. Poiché la batteria è scarica, crea un basso potenziale all'ingresso (-) dell'amplificatore operazionale superiore, che può essere inferiore al pin (+).

A causa di ciò, l'uscita dell'amplificatore operazionale superiore diventa alta. Il transistor e il relè si attivano ei contatti del relè si spostano da N / C a N / O. Questo ora collega la batteria con l'alimentazione in ingresso e inizia a caricarsi.

Una volta che la batteria è completamente carica, il potenziale sul pin (-) dell'amplificatore operazionale superiore diventa più alto del suo ingresso (+), causando un abbassamento del pin di uscita dell'amplificatore operazionale superiore. Questo spegne istantaneamente il transistor e il relè.

La batteria è ora scollegata dall'alimentazione di ricarica.

Il diodo 1N4148 attraverso il (+) e l'uscita dell'amplificatore operazionale superiore si blocca in modo che anche se la batteria inizia a cadere non ha alcun effetto sulla condizione del relè.

Tuttavia, si supponga che la batteria non venga rimossa dai terminali del caricabatterie e che ad essa sia collegato un carico in modo che inizi a scaricarsi.

Quando la batteria si scarica al di sotto del livello inferiore desiderato, il potenziale sul pin (-) dell'amplificatore operazionale inferiore scende al di sotto del suo pin di ingresso (+). Ciò fa immediatamente aumentare l'uscita dell'amplificatore operazionale inferiore, che colpisce il pin 3 dell'amplificatore operazionale superiore. L'istante rompe il fermo e accende il transistor e il relè per avviare nuovamente il processo di ricarica.

Progettazione PCB

Aggiunta di una fase di controllo corrente

I due modelli precedenti possono essere aggiornati con un controllo di corrente aggiungendo un modulo di controllo di corrente basato su MOSFET, come mostrato di seguito:

R2 = 0,6 / corrente di carica

Aggiunta di una protezione contro l'inversione di polarità

Una protezione dall'inversione di polarità può essere inclusa nei progetti di cui sopra aggiungendo un diodo in serie con il terminale positivo della batteria. Il catodo andrà al terminale positivo della batteria e l'anodo alla linea positiva dell'amplificatore operazionale.

Assicurati di collegare un resistore da 100 Ohm a questo diodo, altrimenti il ​​circuito non avvierà il processo di ricarica.

Rimozione del relè

Nel primo progetto di caricabatterie basato su opamp, potrebbe essere possibile eliminare il relè e azionare il processo di carica tramite transistor a stato solido, come mostrato nel diagramma seguente:

Come funziona il circuito

• Supponiamo che il preset A2 sia regolato alla soglia di 10 V e il preset A1 sia regolato alla soglia di 14 V.
• Supponiamo di collegare una batteria scarica a uno stadio intermedio di 11 V.
• A questa tensione il pin2 di A1 sarà al di sotto del suo potenziale di riferimento pin3, come da impostazione del preset pin5.
• Ciò farà sì che l'uscita pin1 di A1 sia alta, accendendo il transistor BC547 e il TIP32.
• La batteria inizierà ora a caricarsi tramite TIP32, fino a quando la tensione del terminale non raggiunge 14 V.
• A 14 V, come per l'impostazione del preset superiore, il pin2 di A1 andrà più in alto del suo pin3, causando un abbassamento dell'uscita.
• Questo spegnerà immediatamente i transistor e interromperà il processo di ricarica.
• L'azione di cui sopra bloccherà anche l'amplificatore operazionale A1 attraverso 1k / 1N4148 in modo che anche se la tensione della batteria scende al livello SoC di 13 V, l'A1 continuerà a mantenere bassa l'uscita del pin1.
• Successivamente, quando la batteria inizia a scaricarsi tramite un carico in uscita, la tensione del terminale inizia a diminuire, fino a quando non scende a 9,9 V.
• A questo livello, come per l'impostazione del preset inferiore, il pin5 di A2 scenderà sotto il suo pin6, facendo sì che il suo pin7 di uscita si abbassi.
• Questo basso al pin7 di A2 porterà il pin2 di A1 quasi a 0 V, in modo tale che ora il pin3 di A1 diventi più alto del suo pin2.
• Ciò interromperà immediatamente il latch A1 e l'uscita di A1 tornerà ad essere alta, consentendo al transistor di accendersi e avviare il processo di carica.
• Quando la batteria raggiunge i 14 V, il processo ripeterà il ciclo ancora una volta