Верига на зарядно устройство за батерии с помощта на фиксирани резистори

Тази универсална схема за автоматично зарядно устройство за батерии е изключително гъвкава със своето функциониране и може да бъде адаптирана за всички видове зареждане на батерии и дори за приложение на слънчев контролер.

Основни характеристики на универсалното зарядно устройство за батерии

Универсалната схема на зарядно устройство за батерии трябва да включва следните основни характеристики:

1) Автоматично изключване на пълно зареждане на батерията , и автоматично изтощена батерия инициализация на зареждане, със съответните предупреждения за LED индикатор.

2) Адаптируем към всички видове зареждане на батерията

3) Адаптируем към всяко дадено напрежение и батерия с номинална AH.

4) Изход с контролиран ток

5) Стъпково зареждане 3 или 4 стъпки (по избор)

От горните 5 функции, първите 3 са от решаващо значение и се превръщат в задължителни характеристики за всяка универсална схема на зарядно устройство за батерии.

Въпреки това, наред с тези функции, автоматичното зарядно устройство за батерии също трябва да бъде изключително компактно, евтино и лесно за експлоатация, в противен случай дизайнът може да бъде доста безполезен за хора с по-малко технически познания, което прави универсалния етикет да бъде обезсилен.

Вече обсъдих много диверсифицирани схеми на зарядно устройство за батерии в този уебсайт, който включва повечето важни функции, които могат да бъдат необходими за оптимално и безопасно зареждане на батерията.

Много от тези схеми на зарядно устройство за батерия използваха единичен усилвател за простота и използваха опция за хистерезис за внедряване на автоматичен процес на възстановяване на ниско зареждане на батерията.

С автоматичното зарядно устройство на батерията, използващо хистерезис в операционния усилвател, регулирането на предварително зададената обратна връзка или променливия резистор се превръща в решаваща процедура и малко сложна работа, особено за новодошлите ... тъй като изисква неумолим процес на опити и грешки, докато правилната настройка бъде финализирана.

Освен това настройването на прекъсването на презареждането също се превръща в досаден процес за всеки новодошъл, който може да се опитва да постигне резултатите бързо с веригата на зарядното устройство на батерията.

Използване на фиксирани резистори вместо саксии или предварителни настройки

Настоящата статия специално се фокусира върху горния въпрос и замества саксиите и предварителните настройки с фиксирани резистори с цел да се елиминират отнемащите време корекции и да се осигури безпроблемен дизайн за крайния потребител или конструктор.

Вече обсъдих една по-ранна статия, която подробно обяснява хистерезиса в opamps, ще използваме същата концепция и формули за проектиране на предложената универсална схема за зарядно устройство, което ще се надяваме да реши всички обърквания, свързани с изграждането на персонализирана верига за зарядно устройство за всяка уникална батерия.

Преди да продължим с примерно обяснение на веригата, би било важно да разберем защо се изисква хистерезис за нашата верига за зарядно устройство за батерии?

Това е така, защото се интересуваме да използваме единичен усилвател и да го използваме за откриване както на долния праг на разреждане на батерията, така и на горния праг на пълно зареждане.

Значение на добавянето на хистерезис

Обикновено, без хистерезис, не може да се настрои операционен усилвател за задействане при два различни прага, които могат да бъдат доста раздалечени, поради което ние използваме хистерезис, за да получим възможността да използваме един-единствен усилвател с функция за двойно откриване.

Връщайки се към основната ни тема относно проектирането на универсална верига за зарядно устройство за батерии с хистерезис, нека научим как можем да изчислим фиксираните резистори, така че сложните Hi / Lo прекъснати процедури за настройка с помощта на променливи резистори или предварителни настройки могат да бъдат премахнати.

За да разберем основните операции на хистерезиса и свързаната с него формула, първо трябва да се обърнем към следната илюстрация:

В горните примерни илюстрации можем ясно да видим как хистерезисният резистор Rh се изчислява по отношение на другите два еталонни резистора Rx и Рай.

Сега нека се опитаме да приложим горната концепция в действителна верига на зарядното устройство за батерии и да видим как съответните параметри могат да бъдат изчислени за получаване на крайния оптимизиран изход. Вземаме следния пример за a 6V верига на зарядно устройство за батерии

В тази схема на зарядното устройство в твърдо състояние, веднага щом напрежението на пин # 2 стане по-високо референтно напрежение на пин # 3, изходният щифт # 6 се понижава, изключвайки TIP122 и зареждането на батерията. И обратно, докато потенциалът на пин № 2 остава под пин № 3, изходът на операционния усилвател поддържа TIP122 включен и батерията продължава да се зарежда.

Прилагане на формулите в практически пример

От формулите, изразени в предишния раздел, можем да видим няколко ключови параметъра, които трябва да бъдат взети под внимание при прилагането му в рамките на практическа схема, както е дадено по-долу:

1) Референтното напрежение, приложено към Rx, и захранващото напрежение на opamp Vcc трябва да са равни и постоянни.

2) Избраният праг за изключване на пълно зареждане на горната батерия и прагът за включване на долния превключвател за разреждане на батерията трябва да бъдат по-ниски от Vcc и референтните напрежения.

Това изглежда малко сложно, тъй като захранващото напрежение Vcc обикновено е свързано с батерията и следователно не може да бъде постоянно, а също така не може да бъде по-ниско от еталонното.

Така или иначе, за да се справим с проблема, ние се уверяваме, че Vcc е захванат с референтното ниво и напрежението на батерията, което трябва да бъде усетено, е спаднало до 50% по-ниска стойност с помощта на потенциална разделителна мрежа, така че да стане по-малко от Vcc, както е показано на горната схема.

Резисторът Ra и Rb понижават напрежението на батерията до пропорционална 50% по-ниска стойност, докато ценерът с 4.7V задава фиксираното референтно напрежение за Rx / Ry и Vcc щифта # 4 на операционния усилвател. Сега нещата изглеждат готови за изчисленията.

Така че нека приложим хистерезиса формули към това 6V зарядно устройство и вижте как работи за тази примерна схема:

В посочената 6V схема по-горе имаме следните данни:

Батерията за зареждане е 6V

Горната точка на прекъсване е 7V

Долната точка на възстановяване е 5.5V.

Vcc, а референтното напрежение е настроено на 4.7V (с използване на 4.7V ценер)

Избираме Ra, Rb като 100k резистори, за да намалим потенциала на батерията 6V до 50% по-ниска стойност, следователно горната точка на прекъсване 7V сега става 3.5V (VH), а долната 5.5V става 2.75V (VL)

Сега трябва да разберем стойностите на хистерезисния резистор Rh с уважение до Rx и Рай .

Според формулата:

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

От 1) имаме Rh / Rx = 3,66

Rh = 3.66 Rx

Да вземем Rx = 100K ,

Други стойности като 10K, 4k7 или нещо друго биха могли да направят, но 100K като стандартна стойност и достатъчно висока, за да поддържа консумацията намалена, става по-подходяща.

∴ Rh = 3.66 x 100 = 366K

Замествайки тази стойност на Rx в 2), получаваме

Ry / Rx = 2.29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Горните резултати могат да бъдат постигнати и с помощта на софтуер за калкулатор на хистерезис, само с щракване на няколко бутона

Това е всичко, с горните изчисления успешно определихме точните фиксирани стойности на различните резистори, които ще гарантират, че свързаната 6V батерия автоматично се изключва при 7V и рестартира зареждането в момента, в който напрежението му падне под 5,5V.

За батерии с по-високо напрежение

За по-високи напрежения, като например за постигане на 12V, 24V, 48V универсална батерийна верига, обсъденият по-горе дизайн може просто да бъде модифициран, както е дадено по-долу, чрез премахване на етапа LM317.

Процедурите за изчисляване ще бъдат абсолютно същите, както са изразени в предходния параграф.

За високотоково зареждане на батерията може да се наложи TIP122 и диодът 1N5408 да бъдат надстроени с пропорционално по-високи токови устройства и да се промени ценеровият 4.7V до стойност, която може да е по-висока от 50% от напрежението на батерията.

Зеленият светодиод показва състоянието на зареждане на батерията, докато червеният светодиод ни позволява да знаем кога батерията е напълно заредена.

Това завършва статията, която ясно обяснява как да се направи проста, но универсално приложима верига за зарядно устройство на батерията, използвайки фиксирани резистори, за да се осигури изключителна точност и надеждни отрязвания през зададените прагови точки, което от своя страна осигурява перфектно и безопасно зареждане на свързаната батерия.