Design af et tilpasset batteriopladekredsløb

Design af et tilpasset batteriopladekredsløb

Jeg har designet og offentliggjort en række batteriopladekredsløb på dette websted, men læserne bliver ofte forvirrede, når de vælger det rigtige batteriopladerkredsløb til deres individuelle applikationer. Og jeg skal eksplicit forklare hver af læserne om, hvordan man tilpasser det givne batteriopladekredsløb til deres specifikke behov.



Dette bliver ret tidskrævende, da det er det samme, som jeg fra tid til anden skal forklare hver af læserne.

Dette tvang mig til at offentliggøre dette indlæg, hvor jeg har forsøgt at forklare en standard batterioplader design og hvordan man tilpasser det på flere måder, så det passer til individuelle præferencer med hensyn til spænding, strøm, automatisk afskæring eller halvautomatisk drift.





Opladning af batteri korrekt er afgørende

De tre grundlæggende parametre, som alle batterier kræver for at blive opladet optimalt og sikkert, er:

  1. Konstant spænding.
  2. Konstant strøm.
  3. Automatisk afskæring.

Så dybest set er dette de tre grundlæggende ting, man skal bruge for at kunne oplade et batteri og også sørge for, at batteriets levetid ikke påvirkes i processen.



Et par forbedrede og valgfri betingelser er:

Termisk styring.

og Trinopladning .

Ovennævnte to kriterier anbefales især til Li-ion-batterier , mens disse måske ikke er så vigtige for blybatterier (selvom der ikke er nogen skade ved at implementere det til det samme)

Lad os finde ud af ovenstående betingelser trinvis og se, hvordan man muligvis kan tilpasse kravene i henhold til følgende instruktioner:

Betydningen af ​​konstant spænding:

Det anbefales, at alle batterier oplades ved en spænding, der kan være ca. 17 til 18% højere end den trykte batterispænding, og dette niveau må ikke forøges eller svinges meget.

Derfor for en 12V batteri , når værdien omkring 14,2V, som ikke bør øges meget.

Dette krav omtales som kravet om konstant spænding.

Med tilgængeligheden af ​​en række IC-spændingsregulatorer i dag er det kun få minutter at lave en konstant spændingsoplader.

De mest populære blandt disse IC'er er LM317 (1,5 ampere), LM338 (5ampe), LM396 (10 ampere). Alt dette er variable spændingsregulator IC'er og giver brugeren mulighed for at indstille enhver ønsket konstant spænding hvor som helst fra 1,25 til 32V (ikke til LM396).

Du kan bruge IC LM338, som er egnet til de fleste batterier til at opnå en konstant spænding.

Her er et eksempel på et kredsløb, der kan bruges til at oplade ethvert batteri mellem 1,25 og 32V med en konstant spænding.

Konstant spænding skematisk batterioplader

Varierende 5k-potten muliggør indstilling af enhver ønsket konstant spænding over C2-kondensatoren (Vout), som kan bruges til at oplade et tilsluttet batteri på tværs af disse punkter.

For fast spænding kan du udskifte R2 med en fast modstand ved hjælp af denne formel:

VELLER= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Hvor VREFer = 1,25

Da jegADJer for lille, kan det ignoreres

Selvom en konstant spænding kan være nødvendig, kan steder, hvor spændingen fra en indgangsstrøm ikke varierer for meget (en 5% op / ned er helt acceptabel), kan man helt eliminere ovenstående kredsløb og glemme den konstante spændingsfaktor.

Dette indebærer, at vi simpelthen kan bruge en korrekt klassificeret transformer til at oplade et batteri uden at overveje en konstant spændingstilstand, forudsat at netindgangen er ret pålidelig med hensyn til dens udsving.

I dag med fremkomsten af ​​SMPS-enheder bliver ovenstående problem helt uvæsentligt, da SMPS alle er strømforsyninger med konstant spænding og er meget pålidelige med deres specifikationer, så hvis en SMPS er tilgængelig, kan ovenstående LM338-kredsløb definitivt elimineres.

Men ofte kommer en SMPS med en fast spænding, så i så fald kan det være et problem at tilpasse det til et bestemt batteri, og du bliver muligvis nødt til at vælge det alsidige LM338-kredsløb som forklaret ovenfor .... eller hvis du stadig vil undgå dette , kan du bare ændre SMPS selve kredsløbet for at opnå den ønskede opladningsspænding.

I det følgende afsnit forklares designet af et tilpasset strømstyringskredsløb til en bestemt valgt batteriopladerenhed.

Tilføjelse af en konstant strøm

Ligesom 'konstant spænding' parameter , bør den anbefalede opladningsstrøm for et bestemt batteri ikke øges eller svinges meget.

For blybatterier skal opladningshastigheden være ca. 1/10 eller 2/10 af den udskrevne Ah (Ampere Hour) -værdi for batteriet. hvilket betyder, at hvis batteriet er bedømt til at sige 100Ah, så anbefales dets opladningsstrøm (amp) at være på 100/10 = 10 Ampere minimum eller (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maksimalt, dette tal skal ikke øges, fortrinsvis for at opretholde sunde forhold for batteriet.

Dog for Li-ion eller Lipo batterier kriteriet er helt anderledes, for disse batterier kan opladningshastigheden være så høj som deres Ah-hastighed, hvilket betyder, at hvis AH-specifikationen for et Li-ion-batteri er 2,2 Ah, er det muligt at oplade det på det samme niveau, som er på 2,2 ampere rate Her behøver du ikke opdele noget eller forkæle dig med nogen form for beregninger.

Til implementering af en konstant strøm funktion, igen bliver en LM338 nyttig og kan konfigureres til at opnå parameteren med en høj grad af nøjagtighed.

Nedenstående givne kredsløb viser, hvordan IC kan konfigureres til implementering af en strømstyret batterioplader.


Sørg for at tjek denne artikel hvilket giver et fremragende og meget tilpasseligt batteriopladekredsløb.


Skema for CC- og CV-styret batterioplader

Som diskuteret i det foregående afsnit, hvis din indgangsstrøm er temmelig konstant, kan du ignorere LM338-sektionen i højre side og blot bruge venstre sidestrømbegrænserkredsløb med enten en transformer eller en SMPS som vist nedenfor:

I ovenstående design kan transformatorspændingen vurderes til batterispændingsniveauet, men efter afhjælpning kan den give lidt over den specificerede batterispænding.

Dette problem kan overses, fordi den tilsluttede strømstyringsfunktion tvinger spændingen til automatisk at synke den overskydende spænding til det sikre batterispændingsniveau.

R1 kan tilpasses efter behov ved at følge de leverede instruktioner HER

Dioderne skal klassificeres korrekt afhængigt af ladestrømmen og bør helst være meget højere end det specificerede ladestrømniveau.

Tilpasning af strøm til opladning af et batteri

I de ovennævnte kredsløb er den henviste IC LM338 bedømt til at håndtere højst 5 ampere, hvilket gør den kun egnet til batterier op til 50 AH, men du kan have meget højere batterier i størrelsesordenen 100 AH, 200 AH eller endda 500 AH .

Disse kræver muligvis opladning til de respektive højere strømhastigheder, som en enkelt LM338 muligvis ikke er tilstrækkelig til.

For at afhjælpe dette kan man opgradere eller forbedre IC'en med flere IC'er parallelt som vist i følgende eksempelartikel:

25 amp opladerkredsløb

I ovenstående eksempel ser konfigurationen lidt kompliceret ud på grund af inkluderingen af ​​en opamp, men lidt tinkering viser, at IC'erne faktisk kan tilføjes direkte parallelt for at multiplicere den aktuelle output, forudsat at alle IC'erne er monteret over en fælles kølelegeme , se nedenstående diagram:

Et hvilket som helst antal IC'er kan tilføjes i det viste format for at opnå enhver ønsket strømgrænse, men to ting skal sikres for at få et optimalt svar fra designet:

Alle IC'er skal monteres over en fælles kølelegeme, og alle strømbegrænsende modstande (R1) skal være fastgjort med en nøjagtigt matchende værdi, begge parametre kræves for at muliggøre en ensartet varmefordeling mellem IC'erne og dermed en lige strømfordeling over output til det tilsluttede batteri.

Indtil videre har vi lært, hvordan man tilpasser konstant spænding og konstant strøm til en bestemt batteriopladerapplikation.

Uden en automatisk afskæring kan et batteriopladekredsløb dog bare være ufuldstændigt og ganske usikkert.

Indtil videre i vores batteriopladning selvstudier vi lærte, hvordan man tilpasser konstantspændingsparameter, mens vi bygger en batterioplader, i de følgende afsnit vil vi forsøge at forstå, hvordan man implementerer en fuld opladning automatisk afskæring for at sikre en sikker opladning af det tilsluttede batteri.

Tilføjelse af en Auto-Cut 0ff i batterioplader

I dette afsnit finder vi ud af det hvordan en automatisk afskæring kan føjes til et batteri oplader, som er et af de mest afgørende aspekter i sådanne kredsløb.

Et simpelt automatisk afskærmningstrin kan inkluderes og tilpasses i et valgt batteriopladekredsløb ved at inkorporere en opamp-komparator.

En opamp kan være placeret til at registrere en stigende batterispænding, mens den oplades, og afbryde opladningsspændingen, så snart spændingen når det fulde opladningsniveau på batteriet.

Du har måske allerede set denne implementering i de fleste af de automatiske batteriopladekredsløb, der hidtil er offentliggjort i denne blog.

Konceptet kan forstås grundigt ved hjælp af følgende forklaring og den viste kredsløb GIF-simulering:

BEMÆRK: Brug relæ N / O-kontakten til opladningsindgangen i stedet for den viste N / C. Dette vil sikre, at relæet ikke chatter i fravær af et batteri. For at dette skal fungere, skal du også sørge for at bytte indgangsstifterne (2 og 3) med hinanden .

I ovenstående simuleringseffekt kan vi se, at en opamp er konfigureret som en batterispændingssensor til at detektere overopladningstærsklen og afbryde strømmen til batteriet, så snart dette registreres.

Forudindstillingen ved IC-stift (+) justeres således, at ved fuld batterispænding (14,2V her) opnår stiften # 3 en skygge højere potentiale end IC-stiften (-), som er fastgjort med en referencespænding på 4,7 V med en zenerdiode.

Den tidligere forklarede 'konstant spænding' og 'konstant strøm' forsyning er forbundet til kredsløbet og batteriet via relæets N / C kontakt.

Oprindeligt er forsyningsspændingen og batteriet begge slukket for kredsløbet.

For det første må det afladede batteri forbindes til kredsløbet, så snart dette er gjort, registrerer opampen et potentiale, der er lavere (10,5V som antaget her) end det fulde opladningsniveau, og på grund af dette tændes den RØDE LED , hvilket indikerer, at batteriet er under det fulde opladningsniveau.

Derefter er 14,2V input-opladningsforsyningen tændt.

Så snart dette er gjort, synker indgangen straks ned til batterispændingen og når 10,5V-niveauet.

Opladningsproceduren startes nu, og batteriet begynder at blive opladet.

Da batteriets polspænding stiger i løbet af opladningen, stiger også pin (+) spændingen tilsvarende.

Og i det øjeblik batterispændingen når det fulde indgangsniveau, der er 14,3 V-niveauet, opnår stiften (+) også forholdsmæssigt en 4,8 V, der er lige højere end stiftspændingen (-).

Dette tvinger øjeblikkeligt opamp-output til at gå højt.

Den RØDE lysdiode slukkes nu, og den grønne lysdiode lyser, hvilket indikerer skiftet og også, at batteriet er fuldt opladet.

Men hvad der kan ske efter dette, vises ikke i ovenstående simulering. Vi lærer det gennem følgende forklaring:

Så snart relæet udløses, vil batteriets terminalspænding hurtigt have en tendens til at falde og gendannes til et lavere niveau, da et 12V batteri aldrig vil holde et 14V-niveau konsekvent og vil forsøge at nå et 12,8V-mærke ca.

På grund af denne tilstand vil pin (+) spændingen igen opleve et fald under referenceniveauet indstillet af pin (-), hvilket endnu en gang vil bede relæet om at slukke, og opladningsprocessen vil igen blive startet.

Denne ON / OFF skift af relæet fortsætter med at cykle og giver en uønsket 'klik' lyd fra relæet.

For at undgå dette bliver det bydende nødvendigt at tilføje en hysterese til kredsløbet.

Dette gøres ved at indføre en modstand med høj værdi på tværs af udgangen og (+) stiften på IC'en som vist nedenfor:

Tilføjer hysterese

Tilføjelsen af ​​ovennævnte hysterese modstand forhindrer relæet i at svinge TIL / FRA ved tærskelniveauerne og låser relæet op til et bestemt tidsrum (indtil batterispændingen falder under den bæredygtige grænse for denne modstandsværdi).

Modstande med højere værdi giver lavere låseperioder, mens lavere modstand giver højere hysterese eller højere låseperiode.

Således kan vi fra ovenstående diskussion forstå, hvordan et korrekt konfigureret automatisk batteriafskærings kredsløb kan designes og tilpasses af enhver hobbyist til hans foretrukne batteriopladningsspecifikationer.

Lad os nu se, hvordan hele batteriopladerdesignet kan se ud, inklusive den konstante spænding / strøm, der er opsat sammen med ovennævnte afskærmningskonfiguration:

Så her er det færdige tilpassede batteriopladerkredsløb, der kan bruges til opladning af ethvert ønsket batteri efter opsætning som forklaret i hele vores tutorial:

  • Opampen kan være en IC 741
  • Forudindstillingen = 10k forudindstilling
  • begge zenerdioder kan være = 4,7V, 1/2 watt
  • zener modstand = 10k
  • LED og transistor modstande kan også være = 10k
  • Transistor = BC547
  • relæ diode = 1N4007
  • relæ = vælg match batterispændingen.

Sådan oplades et batteri uden nogen af ​​ovenstående faciliteter

Hvis du spekulerer på, om det er muligt at oplade et batteri uden at forbinde nogen af ​​de ovennævnte komplekse kredsløb og dele? Svaret er ja, du kan oplade ethvert batteri sikkert og optimalt, selvom du ikke har nogen af ​​de ovennævnte kredsløb og dele.

Inden du fortsætter, ville det være vigtigt at kende de få vigtige ting, et batteri kræver for at oplade sikkert, og de ting, der gør 'automatisk afskæring' 'konstant spænding' og 'konstant strøm' parametre så vigtige.

Disse funktioner bliver vigtige, når du vil have, at dit batteri skal oplades med ekstrem effektivitet og hurtigt. I sådanne tilfælde ønsker du muligvis, at din oplader skal være udstyret med mange avancerede funktioner som foreslået ovenfor.

Men hvis du er villig til at acceptere det fulde opladningsniveau på dit batteri lidt lavere end det optimale, og hvis du er villig til at give et par timer mere til opladningen er færdig, ville du bestemt ikke kræve nogen af ​​de anbefalede funktioner såsom konstant strøm, konstant spænding eller automatisk afbrudt, kan du glemme alle disse.

Dybest set skal et batteri ikke oplades med forbrugsvarer, der har en højere vurdering end batteriets trykte værdi, det er så simpelt som det.

Betydning antag, at dit batteri er bedømt til 12V / 7Ah, ideelt set må du aldrig overstige den fulde opladningshastighed over 14,4V og strøm over 7/10 = 0,7 ampere. Hvis disse to satser opretholdes korrekt, kan du være sikker på, at dit batteri er i sikre hænder og aldrig bliver skadet uanset omstændighederne.

For at sikre ovennævnte kriterier og oplade batteriet uden at involvere komplekse kredsløb, skal du bare sørge for, at den inputforsyning, du bruger, er klassificeret i overensstemmelse hermed.

Hvis du f.eks. Oplader et 12V / 7Ah batteri, skal du vælge en transformer, der producerer omkring 14V efter udbedring og filtrering, og dens strøm er vurderet til omkring 0,7 ampere. Den samme regel kan også anvendes på andre batterier, forholdsmæssigt.

Den grundlæggende idé her er at holde opladningsparametrene lidt lavere end den maksimalt tilladte værdi. For eksempel kan et 12V batteri anbefales at oplades op til 20% højere end dets trykte værdi, det vil sige 12 x 20% = 2,4V højere end 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Derfor sørger vi for at holde dette lidt lavere ved 14V, hvilket muligvis ikke oplader batteriet til det optimale punkt, men det vil bare være godt til noget. Faktisk holder værdien lidt lavere, hvilket forbedrer batteriets levetid og giver mange flere opladnings- / afladningscyklusser i det lange løb.

Hvis du holder opladningsstrømmen på 1/10 af den udskrevne Ah-værdi, sikres det, at batteriet oplades med minimal belastning og spredning, hvilket giver batteriet en længere levetid.

Den endelige opsætning

grundlæggende batteriopladekredsløb ved hjælp af transformer og ensretter

En simpel opsætning vist ovenfor kan bruges universelt til opladning af ethvert batteri sikkert og ret optimalt, forudsat at du giver tilstrækkelig opladningstid, eller indtil du finder, at amperemeterets nål falder ned til næsten nul.

1000uf filterkondensatoren er faktisk ikke nødvendig, som vist ovenfor, og hvis du fjerner den, vil det faktisk forbedre batteriets levetid.

Har du yderligere tvivl? Tøv ikke med at udtrykke dem gennem dine kommentarer.

Kilde: batteriopladning




Forrige: Tilføjelse af en PWM Multi-gnist til biltændingskredsløb Næste: Subwoofer Music Level Indicator Circuit