Batteriopladekredsløb ved hjælp af faste modstande

Dette universelle automatiske batteriopladerkredsløb er ekstremt alsidigt med sin funktion og kan tilpasses til alle typer batteriopladning og endda til solopladningsregulatorapplikation.

Universelle batterioplader Hovedfunktioner

Et universelt batteriopladekredsløb skal have følgende hovedfunktioner inkluderet:

1) Automatisk afbrydelse af fuldt opladet batteri og automatisk lavt batteri initialisering af opladning med tilhørende LED-indikatoradvarsler.

2) Kan tilpasses alle typer batteriopladning

3) Kan tilpasses enhver given spænding og AH-batteri.

4) Strømstyret output

5) Trinopladning 3 eller 4 trin (valgfrit)

Ud af ovenstående 5 funktioner er de første 3 afgørende og bliver de obligatoriske funktioner for ethvert universelt batteriopladekredsløb.

Men sammen med disse funktioner skal en automatisk batterioplader også være ekstremt kompakt, billig og nem at betjene, ellers kan designet være ret ubrugeligt for folk med mindre teknisk viden, hvilket gør det 'universelle' mærke ugyldigt.

Jeg har allerede diskuteret mange forskellige batteriopladekredsløb på dette websted, som indeholder de fleste af de fremtrædende funktioner, der i det væsentlige kan være nødvendige for at oplade et batteri optimalt og sikkert.

Mange af disse batteriopladekredsløb brugte en enkelt opamp for enkelheds skyld og brugte en hysterese-mulighed til implementering af en automatisk genoprettelsesproces med lavt batteriniveau.

Men med en automatisk batterioplader, der bruger hysterese i opamp, bliver justering af forudindstillet feedback eller variabel modstand en vigtig procedure og lidt kompliceret affære, især for de nyankomne ... da det kræver en ubarmhjertig prøve- og fejlproces, indtil den korrekte indstilling er afsluttet.

Derudover bliver opsætning af overopladningsafskæringen også en kedelig proces for enhver nybegynder, der muligvis forsøger at opnå resultaterne hurtigt med sit batteriopladekredsløb.

Brug af faste modstande i stedet for potter eller forudindstillinger

Denne artikel fokuserer specifikt på ovenstående udgave og erstatter potterne og forudindstillingerne med faste modstande for at eliminere de tidskrævende justeringer og sikre et problemfrit design for slutbrugeren eller konstruktøren.

Jeg har allerede diskuteret en tidligere artikel, der uddybende forklarede hysterese i opamps, vi vil bruge det samme koncept og formler til at designe det foreslåede universelle batteriopladekredsløb, som forhåbentlig vil løse alle forvirring relateret til opbygningen af ​​et tilpasset batteriopladekredsløb til ethvert unikt batteri.

Før vi går videre med et eksempel på en kredsløbsforklaring, ville det være vigtigt at forstå hvorfor hysterese er påkrævet til vores batteriopladekredsløb?

Det er fordi vi er interesserede i at bruge en enkelt opamp og bruge den til at detektere både den nedre afladningstærskel på batteriet såvel som den øvre fuldt opladningstærskel.

Vigtigheden af ​​at tilføje en hysterese

Normalt, uden hysterese, kan en opamp ikke indstilles til at udløse ved to forskellige tærskler, som kan være ret brede fra hinanden, derfor anvender vi hysterese for at få muligheden for at bruge en enkelt opamp med en dobbelt detektionsfunktion.

Når vi kommer tilbage til vores hovedemne vedrørende design af et universelt batteriopladekredsløb med hysterese, lad os lære, hvordan vi kan beregne de faste modstande, så de komplekse Hi / Lo-afskæringsopsætningsprocedurer ved hjælp af variable modstande eller forudindstillinger kan elimineres.

For at forstå de grundlæggende operationer af hysterese og dens relaterede formel skal vi først henvise til følgende illustration:

I ovenstående eksempler på illustrationer kan vi tydeligt se, hvordan hysteresemodstanden Rh beregnes i forhold til de to andre referencemodstande Rx og Ry.

Lad os nu prøve at implementere ovenstående koncept i et faktisk batteriopladerkredsløb og se, hvordan de relevante parametre kan beregnes for at få det endelige optimerede output. Vi tager følgende eksempel på en 6V batterioplader

I dette solid state-opladerdiagram, så snart pin nr. 2 spænding bliver højere pin nr. 3 referencespænding, bliver udgangsstift nr. 6 lavt og slukker for TIP122 og opladning af batteriet. Omvendt, så længe pin nr. 2 potentiale forbliver under pin nr. 3, holder opampens output TIP122 tændt, og batteriet fortsætter med at oplades.

Implementering af formlerne i et praktisk eksempel

Fra formlerne udtrykt i det forrige afsnit er vi i stand til at se et par vigtige parametre, der skal overvejes, mens vi implementerer det inden for et praktisk kredsløb, som angivet nedenfor:

1) Referencespændingen på Rx og opampforsyningsspændingen Vcc skal være ens og konstant.

2) Den valgte øverste batteri fuldt opladningstærskel og den nedre batteriudladningskontakt TÆNDT spænding skal være lavere end Vcc og referencespændingerne.

Dette ser lidt vanskeligt ud, fordi forsyningsspændingen Vcc generelt er forbundet med batteriet og derfor ikke kan være konstant, og den kan heller ikke være lavere end referencen.

Under alle omstændigheder sørger vi for at tackle problemet, at Vcc er fastspændt med referenceniveauet, og at batterispændingen, der skal registreres, sænkes til en 50% lavere værdi ved hjælp af et potentielt opdelingsnetværk, så det bliver mindre end Vcc, som vist i ovenstående diagram.

Modstanden Ra og Rb sænker batterispændingen til en forholdsmæssig 50% lavere værdi, mens 4.7V-zeneren indstiller den faste referencespænding for Rx / Ry og Vcc-pin nr. 4 på opampen. Nu ser tingene klar ud til beregningerne.

Så lad os anvende hysteresen formler til denne 6V oplader og se, hvordan det fungerer til dette eksempelkredsløb:

I det ovennævnte 6V-kredsløb har vi følgende data i hånden:

Batteri, der skal oplades, er 6V

Øvre afskæringspunkt er 7V

Nedre gendannelsespunkt er 5,5 V.

Vcc, og referencespænding er indstillet til 4,7 V (ved hjælp af 4,7 V zener)

Vi vælger Ra, Rb som 100k modstande for at reducere 6V batteripotentialet til 50% mindre værdi, derfor bliver det øverste afskæringspunkt 7V nu 3,5V (VH), og det nederste 5,5V bliver 2,75V (VL)

Nu skal vi finde ud af værdierne for hysteresemodstand Rh med respekt for Rx og Ry .

I henhold til formlen:

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

Fra 1) har vi Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Lad os tage Rx = 100K ,

Andre værdier som 10K, 4k7 eller noget kunne gøre, men 100K er en standardværdi og høj nok til at holde forbruget reduceret bliver mere passende.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Ved at erstatte denne værdi af Rx i 2) får vi

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Ovennævnte resultater kan også opnås ved hjælp af en hysterese-regnemaskine, blot ved at klikke på et par knapper

Det er det, med ovenstående beregninger har vi med succes bestemt de nøjagtige faste værdier for de forskellige modstande, som vil sikre, at det tilsluttede 6V batteri automatisk afbrydes ved 7V, og genstarter, når dets spænding falder under 5,5V.

Til batterier med højere spænding

For højere spændinger såsom til opnåelse af 12V, 24V, 48V universelt batterikredsløb, kan det ovenfor diskuterede design simpelthen modificeres som angivet nedenfor ved at eliminere LM317-trinnet.

Beregningsprocedurerne vil være nøjagtigt de samme som udtrykt i foregående afsnit.

Til højopladet batteriopladning skal TIP122 og dioden 1N5408 muligvis opgraderes med proportionalt højere strømindretninger og ændre 4.7V-zeneren til en værdi, der kan være højere end 50% af batterispændingen.

Den grønne LED indikerer batteriets opladningsstatus, mens den røde LED giver os mulighed for at vide, hvornår batteriet er fuldt opladet.

Dette afslutter artiklen, der tydeligt forklarer, hvordan man laver et simpelt, men alligevel anvendeligt batteriopladekredsløb ved hjælp af faste modstande for at sikre ekstrem nøjagtighed og idiotsikker afskæring på tværs af de indstillede tærskelpunkter, hvilket igen sikrer perfekt og en sikker opladning til det tilsluttede batteri.