Op amp batteriopladekreds med automatisk afskæring

Op amp batteriopladekreds med automatisk afskæring

Indlægget diskuterer et to opamp IC 741 og LM358 baserede automatisk afskårne batteriopladekredsløb, som ikke kun er nøjagtige med dets funktioner, men også giver en problemfri og hurtig opsætning af dens høje / lave afskæringsgrænser.



Ideen blev anmodet af Mr. Mamdouh.

Kredsløbsmål og krav





  1. Så snart jeg automatisk tilslutter den eksterne strøm, afbryder det batteriet og forsyner systemet, mens det i mellemtiden oplader batteriet.
  2. Beskyttelse mod overopladning (som er inkluderet i ovenstående design).
  3. Indikationer for lavt batteriniveau og fuld opladning (som er inkluderet i ovenstående design).
  4. Jeg ved heller ikke, hvad der er formlen til at hjælpe med at bestemme den spænding, der kræves på tværs af mit batteri for at oplade det med (batteriet ekstraheres af gamle bærbare computere. I alt bliver 22V med 6 apms uden belastning)
  5. Desuden kender jeg ikke formlen til at angive, hvor længe mit batteri holder, og hvordan man beregner tiden, hvis jeg vil have et batteri til at vare mig to timer.
  6. CPU-blæseren leveres også af systemet. Det ville også være godt at tilføje muligheden for en lysdæmper, min oprindelige plan var at variere mellem 26-30 v ikke har brug for meget mere end det.

Kredsløbsdiagram

op amp relæ batteri afskåret kredsløb

Bemærk: Udskift 10K i serie med 1N4148 med 1K

Designet

I alle mine tidligere batteriopladerkontrolkredsløb har jeg brugt en enkelt opamp til at udføre den automatiske afskæring med fuld opladning og har brugt en hysteresemodstand til at aktivere opladningsafbryderen til lavt niveau TIL det tilsluttede batteri.



Imidlertid beregning af denne hysteresemodstand korrekt for at opnå den nøjagtige restaurering på lavt niveau bliver lidt vanskelig og kræver noget forsøg og fejl, som kan være tidskrævende.

I det ovennævnte foreslåede opamp-styrekredsløb med lavt batteri er to opamp-komparatorer inkorporeret i stedet for en, der forenkler opsætningsprocedurerne og fritager brugeren fra de lange procedurer.

Med henvisning til figuren kan vi se to opamper konfigureret som komparatorer til at registrere batterispændingen og til de nødvendige afskæringsoperationer.

Forudsat at batteriet er et 12V batteri, er den nedre A2 opamp's 10K forudindstilling indstillet således, at dens udgangsstift nr. 7 bliver høj logisk, når batterispændingen bare krydser 11V-mærket (nedre afladningstærskel), mens den øverste A1 opamps forudindstilling er justeret sådan at dets output bliver højt, når batterispændingen berører den højere afskæringsgrænse, siger ved 14,3V.

Derfor ved 11V bliver A1-udgangen positiv, men på grund af tilstedeværelsen af ​​1N4148-dioden forbliver denne positive ineffektiv og blokeret fra at bevæge sig længere til bunden af ​​transistoren.

Batteriet fortsætter med at oplades, indtil det når 14,3 V, når den øverste opamp aktiverer relæet, og stopper opladningen til batteriet.

Situationen er øjeblikkeligt låst på grund af medtagelsen af ​​feedbackmodstandene over pin nr. 1 og pin nr. 3 i A1. Relæet låses i denne position med forsyningen helt afbrudt til batteriet.

Batteriet begynder nu langsomt at aflades via den tilsluttede belastning, indtil det når sit nedre tærskelniveau for udladning ved 11V, når A2-udgangen tvinges til at gå negativt eller nul. Nu bliver dioden ved sin udgang forudindtaget og bryder hurtigt låsen ved at jorde låsefeedback-signalet mellem de angivne ben på A1.

Med denne handling deaktiveres relæet øjeblikkeligt og gendannes til sin oprindelige N / C-position, og ladestrømmen begynder igen at strømme mod batteriet.

Dette opamp-opladerkredsløb med lavt højt batteri kan bruges som et DC UPS-kredsløb også til at sikre en kontinuerlig forsyning af belastningen uanset lysnets tilstedeværelse eller fravær og til at få en uafbrudt forsyning gennem dens brug.

Indgangsopladningsforsyningen kunne erhverves fra en reguleret strømforsyning såsom et LM338 konstant strøm variabelt konstant spændingskredsløb eksternt.

Sådan indstilles forudindstillingerne

  • Oprindeligt hold 1k / 1N4148 feedback frakoblet A1 op forstærkeren.
  • Flyt A1 forudindstillet skyderen til jordoverfladen, og flyt A2 forudindstillet skyderen til det positive niveau.
  • Via en variabel strømforsyning skal du anvende 14,2 V, hvilket er det fulde opladningsniveau for et 12 V batteri på tværs af 'Batteripunkter'.
  • Du finder relæet aktiveret.
  • Flyt nu langsomt A1-forudindstillingen mod den positive side, indtil relæet bare deaktiveres.
  • Dette indstiller den fulde opladning.
  • Tilslut nu 1k / 1N4148 tilbage, så A1 låser relæet i den position.
  • Juster nu langsomt den variable forsyning mod den nedre afladningsgrænse for batteriet, du finder, at relæet fortsat forbliver slukket på grund af ovennævnte feedback.
  • Juster strømforsyningen ned til det lavere batteritærskelniveau.
  • Herefter skal du begynde at flytte A2-forudindstillingen mod grundsiden, indtil denne omdanner A2-udgangen til nul, hvilket bryder A1-låsen og tænder relæet tilbage til opladningstilstand.
  • Det er alt, kredsløbet er fuldt indstillet nu, forsegl forudindstillingerne i denne position.

Svar på andre yderligere spørgsmål i anmodningen er som beskrevet under:

Formlen til beregning af grænsen for fuld opladning er:

Batterispændingsklasse + 20%, for eksempel 20% af 12V er 2,4, så 12 + 2,4 = 14,4V er den fulde opladningsspænding for et 12V batteri

For at kende batteriets sikkerhedskopieringstid kan følgende formel bruges, hvilket giver dig den omtrentlige sikkerhedskopieringstid for batteriet.

Backup = 0,7 (Ah / belastningsstrøm)

Et andet alternativt design til fremstilling af et automatisk over / under opladningsafbrydende batteriopladekredsløb ved hjælp af to op-forstærkere kan ses nedenfor:

Hvordan det virker

Forudsat at der ikke er tilsluttet noget batteri, er relækontakten i N / C-position. Derfor, når strømmen er tændt, kan op amp-kredsløbet ikke blive tændt og forbliver inaktiv.

Antag nu, at et afladet batteri er forbundet over det angivne punkt, og op-amp-kredsløbet får strøm gennem batteriet. Da batteriet er på et afladet niveau, skaber det et lavt potentiale ved (-) indgang fra den øverste op-forstærker, som kan være mindre end (+) stiften.

På grund af dette går den øverste op amp output højt. Transistoren og relæet aktiveres, og relækontakterne bevæger sig fra N / C til N / O. Dette forbinder nu batteriet med indgangsforsyningen, og det begynder at oplades.

Når batteriet er fuldt opladet, bliver potentialet ved (-) stiften i den øverste op-forstærker højere end dets (+) indgang, hvilket får udgangsstiften til den øverste op-forstærker til at gå lavt. Dette slukker straks transistoren og relæet.

Batteriet er nu afbrudt fra opladningsforsyningen.

1N4148-dioden på tværs af (+) og output fra de øvre op-forstærkerlåser, så selvom batteriet begynder at falde, har det ingen indflydelse på relækonitionen.

Antag dog, at batteriet ikke fjernes fra opladningsterminalerne, og at der er tilsluttet en belastning, så det begynder at aflade.

Når batteriet aflades under det ønskede lavere niveau, bliver potentialet ved pin (-) på den nederste op amp lavere end dets (+) input pin. Dette får øjeblikkeligt output fra den nederste op-forstærker til at gå højt, hvilket rammer pin3 på den øverste op-forstærker. Det bryder straks låsen og tænder transistoren og relæet for at starte opladningsprocessen igen.

PCB-design

opamp PCB-design med højt lavt batteri

Tilføjelse af et aktuelt kontrolstadium

Ovenstående to designs kan opgraderes med en strømstyring ved at tilføje et MOSFET-baseret strømstyringsmodul som vist nedenfor:

R2 = 0,6 / ladestrøm

Tilføjelse af en omvendt polaritetsbeskytter

En omvendt polaritetsbeskyttelse kan inkluderes i ovenstående design ved at tilføje en diode i serie med batteriets positive terminal. Katode vil gå batteriets positive terminal og anode til op-forstærkerens positive linje.

Sørg for at tilslutte en 100 Ohm modstand på tværs af denne diode, ellers starter kredsløbet ikke opladningsprocessen.

Fjernelse af relæet

I det første opamp-baserede batteriopladerdesign kan det være muligt at fjerne relæet og betjene opladningsprocessen gennem solid state-transistorer, som vist i følgende diagram:

op forstærker transistor solid state batteri afskåret

Sådan fungerer kredsløbet

  • Lad os antage, at A2-forudindstilling er justeret til 10 V-tærskel, og A1-forudindstilling er justeret til 14 V-tærskel.
  • Antag, at vi forbinder et batteri, der aflades i et mellemstadium på 11 V.
  • Ved denne spænding vil pin2 på A1 være under dets pin3-referencepotentiale, som pr indstillingen af ​​pin5-forudindstillingen.
  • Dette vil medføre, at output pin1 af A1 er høj, og tænder for transistoren BC547 og TIP32.
  • Batteriet starter nu opladning via TIP32, indtil terminalens spænding når 14 V.
  • Ved 14 V, som angivet i indstillingen af ​​den øverste forudindstilling, går pin2 i A1 højere end dens pin3, hvilket får udgangen til at blive lav.
  • Dette vil straks slukke for transistorer og stoppe opladningsprocessen.
  • Ovenstående handling låser også A1 op-forstærkeren gennem 1k / 1N4148, så selvom batterispændingen falder til SoC-niveauet på 13 V, fortsætter A1 med at holde pin1-udgangen lav.
  • Når batteriet derefter begynder at aflade via en outputbelastning, begynder dets terminalspænding at falde, indtil det er faldet til 9,9 V.
  • På dette niveau falder pin5 i A2 ifølge indstillingen af ​​den nederste forudindstilling under sin pin6, hvilket får sin output pin7 til at blive lav.
  • Denne lave ved pin7 af A2 trækker pin2 af A1 til næsten 0 V, således at pin3 af A1 nu bliver højere end dens pin2.
  • Dette vil straks bryde A1-låsen, og output fra A1 vil igen blive højt, så transistoren kan tænde og starte opladningsprocessen.
  • Når batteriet når 14 V, gentager processen cyklussen endnu en gang



Forrige: Simple Peak Detector til at detektere og holde Peak Voltage Levels Næste: PWM-styret spændingsstabilisatorkredsløb