Obvod nabíjačky batérií operačného zosilňovača s automatickým vypnutím

Tento príspevok pojednáva o dvoch automatických obvodoch nabíjačky batérií založených na IC 741 a LM358, ktoré sú nielen presné svojimi vlastnosťami, ale tiež umožňujú bezproblémové a rýchle nastavenie jeho horných / nízkych medzných limitov.

Túto myšlienku požadoval pán Mamdouh.

Ciele a požiadavky obvodov

1. Hneď ako automaticky pripojím externé napájanie, odpojí sa batéria a napája sa systém, zatiaľ sa nabíja batéria.
2. Ochrana proti prebitiu (ktorá je súčasťou vyššie uvedeného dizajnu).
3. Indikácia slabého a úplného nabitia batérie (ktorá je zahrnutá vo vyššie uvedenom dizajne).
4. Tiež neviem, aký je vzorec, ktorý by pomohol určiť napätie potrebné na moju batériu na jej nabitie (batéria bude vyťažená zo starých notebookov. Celkom bude 22 V so 6 apms bez zaťaženia)
5. Ďalej nepoznám vzorec, ktorý by určoval, ako dlho mi batéria vydrží, a ako vypočítať čas, keď chcem, aby mi batéria vydržala dve hodiny.
6. Systém taktiež dodá ventilátor procesora. Bolo by tiež skvelé pridať možnosť stmievača, môj pôvodný plán bol kolísať medzi 26-30 V a nepotrebujem oveľa viac.

Schéma zapojenia

Poznámka: Vymeňte 10K v sérii za 1N4148 za 1K

Dizajn

Vo všetkých svojich predchádzajúcich obvodoch radiča nabíjačky batérií som použil jediný operačný zosilňovač na vykonanie automatického prerušenia plného nabitia a použil som hysterézny rezistor na povolenie zapnutia nízkoúrovňového nabíjania pre pripojenú batériu.

Avšak výpočet tohto hysterézneho odporu správne dosiahnutie presnej nízkej úrovne obnovy sa stáva mierne zložitou a vyžaduje určité úsilie v oblasti pokusov a omylov, ktoré môžu byť časovo náročné.

Vo vyššie navrhovanom riadiacom obvode nabíjačky zosilňovača s nízkou a vysokou batériou sú zabudované dva operačné zosilňovače namiesto jedného, ​​čo zjednodušuje postupy nastavenia a zbavuje používateľa dlhých postupov.

Na obrázku vidíme dva operačné zosilňovače nakonfigurované ako komparátory na snímanie napätia batérie a na požadované prerušovacie operácie.

Za predpokladu, že batéria je s 12 V batériou, predvoľba 10K operačného zosilňovača A2 je nastavená tak, že jeho výstupný pin # 7 sa stane vysokou logikou, keď napätie batérie práve prekročí značku 11V (dolná prahová hodnota pre vybitie), zatiaľ čo predvoľba horného operačného zosilňovača A1 je nastavená tak, aby že jeho výstup stúpa, keď sa napätie batérie dotkne vyššieho medzného prahu, povedzme pri 14,3 V.

Preto pri napätí 11 V bude výstup Al kladný, ale vďaka prítomnosti diódy 1N4148 zostáva toto kladné spojenie neúčinné a blokované v ďalšom postupe k základni tranzistora.

Batéria sa nabíja ďalej, až kým nedosiahne 14,3 V, keď horný operačný zosilňovač aktivuje relé a zastaví nabíjanie batérie.

Situácia sa okamžite zablokuje vďaka začleneniu spätnoväzbových rezistorov medzi piny # 1 a 3 # A1. Relé sa zablokuje v tejto polohe pri úplnom odpojení napájania batérie.

Batéria sa teraz začína pomaly vybíjať cez pripojenú záťaž, až kým nedosiahne svoju spodnú prahovú úroveň vybitia pri 11 V, keď je výstup A2 nútený ísť do zápornej alebo nulovej polohy. Teraz sa dióda na svojom výstupe stane predpätou vpred a rýchlo rozbije západku uzemnením blokovacieho spätnoväzbového signálu medzi naznačenými kolíkmi A1.

Touto akciou sa relé okamžite deaktivuje a uvedie do svojej pôvodnej polohy NC a nabíjací prúd opäť začne prúdiť k batérii.

Tento obvod nabíjačky nízkej a vysokej batérie operačného zosilňovača je možné použiť ako obvod jednosmerného napájania UPS aj na zabezpečenie nepretržitého napájania záťaže bez ohľadu na prítomnosť alebo neprítomnosť v sieti a na získanie nepretržitého napájania cez jej použitie.

Vstupný nabíjací zdroj je možné získať z regulovaného napájacieho zdroja, ako je napríklad obvod variabilného konštantného napätia LM338 externe.

Ako nastaviť predvoľby

• Spočiatku nechajte spätnú väzbu 1k / 1N4148 odpojenú od operačného zosilňovača A1.
• Posuňte posúvač predvolieb A1 na úroveň zeme a posuňte posúvač predvolieb A2 na kladnú úroveň.
• Prostredníctvom variabilného napájacieho zdroja použite 14,2 V, čo je úroveň úplného nabitia 12 V batérie v bodoch „Batéria“.
• Relé nájdete aktivované.
• Teraz pomaly posuňte predvoľbu A1 smerom k pozitívnej strane, kým sa relé iba deaktivuje.
• Týmto sa nastaví úplné prerušenie nabíjania.
• Teraz pripojte 1k / 1N4148 späť tak, aby A1 zaistilo relé v tejto polohe.
• Teraz pomaly nastavujte premenlivé napájanie smerom k dolnej hranici vybitia batérie, zistíte, že relé zostáva vypnuté z dôvodu vyššie uvedenej spätnoväzbovej odozvy.
• Nastavte napájací zdroj na spodnú prahovú úroveň vybitia batérie.
• Potom začnite pohybovať predvoľbou A2 smerom k zemi, až kým sa výstup A2 nezruší na nulu, čím sa preruší západka A1, a relé sa prepne späť do režimu nabíjania.
• To je všetko, obvod je teraz úplne nastavený, utesnite predvoľby v tejto polohe.

Odpovede na ďalšie doplňujúce otázky v žiadosti sú uvedené pod:

Vzorec na výpočet medzného limitu úplného nabitia je:

Menovité napätie batérie + 20%, napríklad 20% 12V je 2,4, takže 12 + 2,4 = 14,4V je úplné prerušovacie napätie pre batériu 12V

Aby ste poznali čas zálohovania batérie, môžete použiť nasledujúci vzorec, ktorý vám poskytne približný čas zálohovania batérie.

Záloha = 0,7 (Ah / prúd záťaže)

Nižšie je uvedený ďalší alternatívny dizajn na výrobu automatického obvodu nabíjania a prerušenia nabíjania batérií pomocou dvoch operačných zosilňovačov.

Ako to funguje

Za predpokladu, že nie je pripojená žiadna batéria, kontakt relé je v polohe N / C. Preto keď je napájanie ZAPNUTÉ, obvod operačného zosilňovača sa nedokáže napájať a zostáva neaktívny.

Teraz predpokladajme, že je vybitá batéria pripojená cez uvedený bod, obvod operačného zosilňovača bude napájaný z batérie. Pretože je batéria vybitá, vytvára na vstupe (-) horného operačného zosilňovača nízky potenciál, ktorý môže byť menší ako (+) kolík.

Z tohto dôvodu je výstup horného operačného zosilňovača vysoký. Tranzistor a relé sa aktivujú a kontakty relé sa presunú z N / C do N / O. Týmto sa batéria pripojí k zdroju napájania a začne sa nabíjať.

Akonáhle je batéria úplne nabitá, potenciál na (-) kolíku horného operačného zosilňovača bude vyšší ako jeho (+) vstup, čo spôsobí, že výstupný kolík horného operačného zosilňovača bude nízky. Toto okamžite vypne tranzistor a relé.

Batéria je teraz odpojená od nabíjacieho zdroja.

Dióda 1N4148 cez (+) a výstup horného operačného zosilňovača sa zablokuje, takže aj keď batéria začne klesať, nemá to žiadny vplyv na stav relé.

Predpokladajme však, že batéria nie je vybratá z vývodov nabíjačky a že je k nej pripojená záťaž, takže sa začne vybíjať.

Keď sa batéria vybíja pod požadovanú dolnú úroveň, potenciál na kolíku (-) dolného operačného zosilňovača je nižší ako jeho (+) vstupný kolík. To okamžite spôsobí, že výstup spodného operačného zosilňovača stúpne vysoko, čo zasiahne pin3 horného operačného zosilňovača. Okamžite rozbije západku a zapne tranzistor a relé, aby znovu zahájil proces nabíjania.

Dizajn DPS

Pridanie aktuálnej fázy kontroly

Vyššie uvedené dva dizajny je možné upgradovať pomocou súčasného riadenia pridaním modulu riadenia prúdu založeného na MOSFET, ako je uvedené nižšie:

R2 = 0,6 / nabíjací prúd

Pridanie ochrany proti prepólovaniu

Ochrana proti prepólovaniu môže byť zahrnutá do vyššie uvedených návrhov pridaním diódy do série s kladným pólom batérie. Katóda prejde na kladný pól batérie a anóda do kladného vedenia operačného zosilňovača.

Uistite sa, že ste na túto diódu pripojili 100 ohmový odpor, inak obvod nespustí proces nabíjania.

Demontáž relé

V prvom dizajne nabíjačky batérií založenom na operačnom zosilňovači je možné vylúčiť relé a prevádzkovať proces nabíjania prostredníctvom polovodičových tranzistorov, ako je znázornené na nasledujúcom diagrame:

Ako funguje obvod

• Predpokladajme, že predvoľba A2 je nastavená na prahovú hodnotu 10 V a predvoľba A1 je upravená na prahovú hodnotu 14 V.
• Predpokladajme, že pripojíme batériu, ktorá je vybitá v medzistupni 11 V.
• Pri tomto napätí bude pin2 z A1 pod svojim referenčným potenciálom pin3, podľa nastavenia predvoľby pin5.
• To spôsobí, že výstupný pin1 A1 bude vysoký, a to zapnutím tranzistora BC547 a TIP32.
• Batéria sa teraz začne nabíjať cez TIP32, až kým napätie na svorke nedosiahne 14 V.
• Pri 14 V, podľa nastavenia hornej predvoľby, pin2 z A1 pôjde vyššie ako jeho pin3, čo spôsobí, že výstup bude nízky.
• To okamžite vypne tranzistory a zastaví proces nabíjania.
• Vyššie uvedená akcia tiež zaistí operačný zosilňovač A1 cez 1k / 1N4148, takže aj keď napätie batérie klesne na úroveň SoC 13 V, A1 bude naďalej udržiavať nízky výstup pin1.
• Ďalej, keď sa batéria začne vybíjať výstupným zaťažením, začne klesať jej koncové napätie, až kým neklesne na 9,9 V.
• Na tejto úrovni, podľa nastavenia dolnej predvoľby, pin5 z A2 klesne pod jeho pin6, čo spôsobí, že jeho výstupný pin7 bude nízky.
• Táto nízka na pin7 A2 vytiahne pin2 z A1 na takmer 0 V, takže teraz bude pin3 z Al vyšší ako jeho pin2.
• To okamžite zlomí západku A1 a výstup A1 sa opäť zvýši na maximum, čo umožní tranzistoru zapnúť a zahájiť proces nabíjania.
• Keď batéria dosiahne 14 V, proces znovu zopakuje cyklus