Проектиране на персонализирана схема на зарядно устройство за батерии

Проектиране на персонализирана схема на зарядно устройство за батерии

Проектирах и публикувах различни схеми на зарядно устройство за батерии в този уебсайт, но читателите често се объркват, докато избират правилната схема на зарядно устройство за техните индивидуални приложения. И трябва изрично да обясня на всеки от читателите как да персонализирате дадената схема на зарядното устройство за батериите за техните специфични нужди.



Това става доста време, тъй като от време на време трябва да обяснявам на всеки от читателите.

Това ме принуди да публикувам тази публикация, където се опитах да обясня a стандартно зарядно устройство за батерии дизайн и как да го персонализирате по няколко начина, за да отговарят на индивидуалните предпочитания по отношение на напрежение, ток, автоматично изключване или полуавтоматични операции.





Правилното зареждане на батерията е от решаващо значение

Трите основни параметъра, които всички батерии изискват, за да се заредят оптимално и безопасно, са:

  1. Постоянно напрежение.
  2. Постоянен ток.
  3. Автоматично изключване.

Така че в основата си това са трите основни неща, които човек трябва да приложи, за да зареди успешно батерията и също така да се увери, че животът на батерията не е засегнат в процеса.



Няколко подобрени и незадължителни условия са:

Термично управление.

и Стъпково зареждане .

Горните два критерия са особено препоръчителни за Литиево-йонни батерии , макар че те може да не са толкова важни за оловните акумулатори (въпреки че няма „вреда при прилагането им за същите)

Нека да разберем горните условия разумно и да видим как някой може да персонализира изискванията съгласно следните инструкции:

Значение на постоянното напрежение:

Препоръчва се всички батерии да се зареждат при напрежение, което може да е приблизително с 17 до 18% по-високо от отпечатаното напрежение на батерията и това ниво не трябва да се увеличава или колебае много.

Следователно за a 12V батерия , стойността достига около 14.2V, което не трябва да се увеличава много.

Това изискване се нарича изискване за постоянно напрежение.

С наличието на цифрови интегрални схеми с регулатор на напрежение днес, правенето на зарядно устройство с постоянно напрежение е въпрос на минути.

Най-популярните сред тези интегрални схеми са LM317 (1,5 ампера), LM338 (5 ампера), LM396 (10 ампера). Всичко това са интегрални схеми с променлив регулатор на напрежението и позволяват на потребителя да зададе всяко желано постоянно напрежение навсякъде от 1,25 до 32V (не за LM396).

Можете да използвате IC LM338, който е подходящ за повечето батерии за постигане на постоянно напрежение.

Ето примерна схема, която може да се използва за зареждане на всяка батерия между 1,25 и 32V с постоянно напрежение.

Схема на зарядното устройство за постоянно напрежение

Променянето на 5k пота позволява настройка на всяко желано постоянно напрежение в кондензатора C2 (Vout), което може да се използва за зареждане на свързана батерия през тези точки.

За фиксирано напрежение можете да замените R2 с фиксиран резистор, като използвате тази формула:

VИЛИ= VРЕФ(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Където VРЕФе = 1,25

От както азADJе твърде малък, може да се игнорира

Въпреки че може да е необходимо постоянно напрежение, на места, където напрежението от входната мрежа от променлив ток не варира твърде много (5% нагоре / надолу е напълно приемливо), може изцяло да се елиминира горната верига и да се забрави за коефициента на постоянно напрежение.

Това предполага, че можем просто да използваме правилно номинален трансформатор за зареждане на батерия, без да се съобразяваме с постоянното състояние на напрежението, при условие че входът в мрежата е доста надежден по отношение на неговите колебания.

Днес с появата на SMPS устройства, горният проблем става напълно без значение, тъй като SMPS са захранвания с постоянно напрежение и са много надеждни със своите характеристики, така че ако е наличен SMPS, горната схема LM338 може да бъде елиминирана определено.

Но обикновено SMPS идва с фиксирано напрежение, така че в този случай персонализирането му за определена батерия може да се окаже проблем и може да се наложи да изберете универсалната схема LM338, както е обяснено по-горе .... или ако все пак искате да избегнете това , може просто промяна на SMPS самата верига за придобиване на желаното напрежение за зареждане.

Следващият раздел ще обясни проектирането на персонализирана верига за управление на тока за конкретен, избран блок за зарядно устройство.

Добавяне на постоянен ток

Точно като параметър „постоянно напрежение“ , препоръчителният ток на зареждане за определена батерия не трябва да се увеличава или варира много.

За оловно-киселинните батерии скоростта на зареждане трябва да бъде приблизително 1/10 или 2/10 от отпечатаната стойност на Ah (Ampere Hour) на батерията. което означава, че ако батерията е с номинална стойност от 100Ah, препоръчва се нейният заряден ток (усилвател) да бъде 100/10 = 10 ампера минимум или (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 ампера максимум, тази цифра трябва не се увеличава за предпочитане, за да се поддържат здравословни условия за батерията.

Въпреки това за Li-ion или Lipo батерии критерият е съвсем различен, за тези батерии скоростта на зареждане може да бъде толкова висока, колкото скоростта на Ah, което означава, че ако AH спецификацията на литиево-йонна батерия е 2,2 Ah, тогава е възможно да я зареждате на същото ниво, което е при 2,2 ампера ставка Тук не е нужно да разделяте нищо или да се отдадете на каквито и да било изчисления.

За прилагане на a постоянен ток функция, отново LM338 става полезен и може да бъде конфигуриран за постигане на параметъра с висока степен на точност.

Дадените по-долу схеми показват как IC може да бъде конфигуриран за внедряване на текущо контролирано зарядно устройство за батерии.


Уверете се, че сте вижте тази статия което осигурява отлична и персонализираща се схема на зарядно устройство за батерии.


Схема за зарядно устройство с контролиран CC и CV

Както беше обсъдено в предишния раздел, в случай че вашата входна мрежа е доста постоянна, тогава можете да игнорирате дясната секция LM338 и просто да използвате лявата верига на ограничителя на тока или с трансформатор, или с SMPS, както е показано по-долу:

В горния дизайн напрежението на трансформатора може да бъде оценено на нивото на напрежението на батерията, но след коригиране може да даде малко над определеното напрежение за зареждане на батерията.

Този проблем може да бъде пренебрегнат, тъй като прикрепената функция за управление на тока ще принуди напрежението автоматично да понижи излишното напрежение до нивото на напрежение за безопасно зареждане на батерията.

R1 може да бъде персонализиран според нуждите, като следвате предоставените инструкции ТУК

Диодите трябва да бъдат подходящо оценени в зависимост от зарядния ток и за предпочитане да са много по-високи от определеното ниво на зарядния ток.

Персонализиране на тока за зареждане на батерия

В горните схеми посоченият IC LM338 е оценен да обработва най-много 5 ампера, което го прави подходящ само за батерии до 50 AH, но може да имате много по-високи номинални батерии от порядъка на 100 AH, 200 AH или дори 500 AH .

Това може да изисква зареждане със съответните по-високи скорости на тока, което един LM338 може да не е достатъчен.

За да отстраните това, можете да надстроите или подобрите интегралната схема с повече интегрални схеми успоредно, както е показано в следната примерна статия:

25-амперна верига за зарядно устройство

В горния пример конфигурацията изглежда малко сложна поради включването на opamp, но малко бърникане показва, че всъщност интегралните схеми могат да бъдат добавени директно паралелно за умножаване на текущия изход, при условие че всички интегрални схеми са монтирани върху общ радиатор , вижте диаграмата по-долу:

Може да се добавят произволен брой интегрални схеми в показания формат за постигане на желаната токова граница, но трябва да се осигурят две неща, за да се получи оптимална реакция от дизайна:

Всички интегрални схеми трябва да бъдат монтирани върху общ радиатор и всички резистори за ограничаване на тока (R1) трябва да бъдат фиксирани с точно съвпадаща стойност, и двата параметъра са необходими, за да позволят равномерно споделяне на топлината между интегралните схеми и следователно равно разпределение на тока през изход за свързаната батерия.

Досега научихме как да персонализираме постоянно напрежение и постоянен ток за конкретно приложение на зарядно устройство.

Въпреки това, без автоматично изключване веригата на зарядно устройство за батерии може да бъде просто непълна и доста опасна.

Досега в нашето зареждане на батерията уроци научихме как да персонализираме параметъра на постоянно напрежение, докато изграждаме зарядно устройство за батерии, в следващите раздели ще се опитаме да разберем как да приложим автоматично изключване с пълно зареждане за осигуряване на безопасно зареждане на свързаната батерия.

Добавяне на Auto-Cut 0ff в зарядното устройство

В този раздел ще открием как може да се добави автоматично изключване към батерията зарядно, което е един от най-важните аспекти в такива схеми.

Един прост етап на автоматично изключване може да бъде включен и персонализиран в избрана схема на зарядно устройство за батерии чрез включване на сравнителен апарат.

Opamp може да бъде разположен, за да открие нарастващо напрежение на батерията, докато се зарежда, и да прекъсне зареждащото напрежение веднага щом напрежението достигне пълното ниво на зареждане на батерията.

Може би вече сте виждали това изпълнение в повечето от схемите на автоматичното зарядно устройство за батерии, публикувани до този момент в този блог.

Концепцията може да бъде напълно разбрана с помощта на следното обяснение и показаната симулация на GIF схема:

ЗАБЕЛЕЖКА: Моля, използвайте N / O контакта на релето за вход за зареждане, вместо показания N / C. Това ще гарантира, че релето няма да трака при липса на батерия. За да работи това, не забравяйте също да размените входните щифтове (2 и 3) един с друг .

В горния симулационен ефект можем да видим, че операционният усилвател е конфигуриран като сензор за напрежение на батерията за откриване на прага на презареждане и прекъсване на захранването към батерията веднага щом това бъде открито.

Предварително зададената точка на пина (+) на интегралната схема се настройва така, че при пълно напрежение на батерията (14,2V тук), щифт # 3 придобива малко по-голям потенциал от щифта (-) на интегралната схема, който е фиксиран с референтно напрежение на 4.7V с ценеров диод.

Обяснените по-рано „постоянно напрежение“ и „постоянен ток“ са свързани към веригата и батерията чрез N / C контакта на релето.

Първоначално захранващото напрежение и батерията се изключват от веригата.

Първо, разредената батерия може да бъде свързана към веригата, веднага щом това стане, opamp открива потенциал, който е по-нисък (10.5V, както се предполага тук) от пълното ниво на зареждане, и поради това ЧЕРВЕНИЯТ светодиод се включва , което показва, че батерията е под пълното ниво на зареждане.

На следващо място, захранването с 14.2V входно зареждане се включва.

Веднага след като това бъде направено, входът незабавно потъва до напрежението на батерията и достига нивото от 10.5V.

Процедурата за зареждане вече започва и батерията започва да се зарежда.

Тъй като напрежението на клемите на акумулатора се увеличава по време на зареждането, напрежението на щифта (+) също съответно се увеличава.

И в момента, в който напрежението на батерията достигне пълното входно ниво, което е нивото от 14.3V, щифтът (+) също пропорционално достига 4.8V, което е малко по-високо от напрежението на щифта (-).

Това незабавно принуждава изхода на opamp да се повиши.

ЧЕРВЕНИЯТ светодиод вече се изключва и зеленият светодиод свети, показвайки действието на смяна, а също така, че батерията е напълно заредена.

Какво обаче може да се случи след това не е показано в горната симулация. Ще го научим чрез следното обяснение:

Веднага щом релето се задейства, напрежението на клемата на батерията бързо ще падне и ще се възстанови до някакво по-ниско ниво, тъй като 12V батерия никога няма да поддържа постоянно ниво от 14V и ще се опита да достигне приблизително 12,8V.

Сега, поради това условие, напрежението на щифта (+) отново ще претърпи спад под референтното ниво, зададено от щифт (-), което отново ще подкани релето да се изключи и процесът на зареждане отново ще започне.

Това ВКЛ / ИЗКЛЮЧВАНЕ на релето ще продължи да се движи и ще издава нежелан звук „щракане“ от релето.

За да се избегне това, наложително е да се добави хистерезис към веригата.

Това се прави чрез въвеждане на резистор с висока стойност през изхода и (+) щифта на IC, както е показано по-долу:

Добавяне на хистерезис

Добавянето на горепосоченото хистерезис резисторът предотвратява осцилирането на релето ВКЛ / ИЗКЛ на праговите нива и фиксира релето до определен период от време (докато напрежението на батерията падне под устойчивата граница на тази стойност на резистора).

Резисторите с по-висока стойност осигуряват по-ниски периоди на фиксиране, докато по-ниските резистори осигуряват по-висока хистерезис или по-висок период на фиксиране.

По този начин от горната дискусия можем да разберем как правилно конфигурираната схема за автоматично изключване на батерията може да бъде проектирана и персонализирана от всеки любител за неговите предпочитани спецификации за зареждане на батерията.

Сега нека видим как може да изглежда целият дизайн на зарядното устройство за батерии, включително постоянното напрежение / ток, настроени заедно с горната конфигурация за изключване:

И така, ето завършената персонализирана схема на зарядно устройство за батерии, която може да се използва за зареждане на всяка желана батерия, след като я настроите, както е обяснено в целия ни урок:

  • Opamp може да бъде IC 741
  • Предварителната настройка = 10k предварително зададена
  • и двата ценерови диода могат да бъдат = 4.7V, 1/2 вата
  • ценеров резистор = 10k
  • LED и транзисторните резистори също могат да бъдат = 10k
  • Транзистор = BC547
  • релеен диод = 1N4007
  • реле = изберете съвпадение на напрежението на батерията.

Как да зареждаме батерия без някое от горните съоръжения

Ако се чудите дали е възможно да заредите батерия, без да свързвате някоя от гореспоменатите сложни схеми и части? Отговорът е да, можете да зареждате всяка батерия безопасно и оптимално, дори ако нямате нито една от гореспоменатите вериги и части.

Преди да продължите, би било важно да знаете няколкото решаващи неща, които батерията изисква, за да се зареди безопасно, и нещата, които правят параметрите на „автоматично изключване“ „постоянно напрежение“ и „постоянен ток“ толкова важни.

Тези функции стават важни, когато искате батерията ви да се зарежда с изключителна ефективност и бързо. В такива случаи може да искате вашето зарядно устройство да бъде оборудвано с много разширени функции, както се предлага по-горе.

Ако обаче сте готови да приемете пълното ниво на зареждане на батерията малко по-ниско от оптималното и ако искате да осигурите няколко часа повече, за да завърши зареждането, тогава със сигурност няма да имате нужда от нито една от препоръчаните функции като постоянна ток, постоянно напрежение или автоматично изключване, можете да забравите всичко това.

По принцип батерията не трябва да се зарежда с консумативи с по-висок рейтинг от отпечатания рейтинг на батерията, това е толкова просто.

Това означава, че да предположим, че батерията ви е с мощност 12V / 7Ah, в идеалния случай никога не трябва да надвишавате пълната скорост на зареждане над 14.4V и ток над 7/10 = 0.7 ампера. Ако тези две скорости се поддържат правилно, можете да бъдете сигурни, че батерията ви е в сигурни ръце и никога няма да бъде увредена, независимо от обстоятелствата.

Следователно, за да осигурите гореспоменатите критерии и да заредите батерията, без да включвате сложни вериги, просто се уверете, че входното захранване, което използвате, е съответно оценено.

Например, ако зареждате 12V / 7Ah батерия, изберете трансформатор, който произвежда около 14V след коригиране и филтриране, а токът му е оценен на около 0,7 ампера. Същото правило може да се приложи и за други батерии, пропорционално.

Основната идея тук е да запазите параметрите на зареждане малко по-ниски от максимално допустимата оценка. Например 12V батерия може да бъде препоръчана да бъде заредена до 20% по-висока от отпечатаната стойност, което е 12 x 20% = 2.4V по-високо от 12V = 12 + 2.4 = 14.4V.

Ето защо ние се уверяваме, че поддържаме това малко по-ниско при 14V, което може да не зареди батерията до оптималната й точка, но ще бъде добре за всичко, всъщност запазването на малко по-ниска стойност ще увеличи живота на батерията, позволявайки много повече цикли на зареждане / разреждане в дългосрочен план.

По същия начин, поддържането на зарядния ток на 1/10 от отпечатаната стойност на Ah гарантира, че батерията се зарежда с минимално напрежение и разсейване, което прави по-дълъг живот на батерията.

Финалната настройка

основна схема на зарядно устройство за батерии, използваща трансформатор и токоизправител

Една проста настройка, показана по-горе, може да бъде универсално използвана за безопасно и напълно оптимално зареждане на всяка батерия, при условие че позволите достатъчно време за зареждане или докато не откриете, че иглата на амперметъра пада почти до нула.

Филтърният кондензатор 1000uf всъщност не е необходим, както е показано по-горе, и елиминирането му всъщност би увеличило живота на батерията.

Имате ли допълнителни съмнения? Не се колебайте да ги изразите чрез вашите коментари.

Източник: батерията се зарежда




Предишен: Добавяне на ШИМ многокрайна искра към автомобилната верига за запалване Напред: Схема за индикатор за ниво на субуфер за музикално ниво