Tento univerzální obvod automatické nabíječky baterií je svým fungováním mimořádně univerzální a lze jej přizpůsobit pro všechny typy nabíjení baterií a dokonce i pro aplikace regulátoru solárního nabíjení.
Univerzální nabíječka hlavních funkcí
Univerzální obvod nabíječky baterií musí obsahovat následující hlavní funkce:
1) Automatické vypnutí plného nabití baterie a automatické slabá baterie inicializace nabíjení s odpovídajícími varovnými LED indikátory.
2) Adaptabilní na všechny typy nabíjení baterie
3) Adaptabilní na jakékoli dané napětí a AH jmenovitou baterii.
4) Proudově řízený výstup
5) Krok nabíjení 3 nebo 4 kroky (volitelně)
Z výše uvedených 5 funkcí jsou první 3 zásadní a stávají se povinnými funkcemi pro jakýkoli obvod univerzální nabíječky baterií.
Spolu s těmito funkcemi však musí být automatická nabíječka baterií také extrémně kompaktní, levná a snadno ovladatelná, jinak by design mohl být pro lidi s menšími technickými znalostmi docela k ničemu, což způsobí zrušení „univerzální“ značky.
Na této webové stránce jsem již diskutoval o mnoha různorodých obvodech nabíječek baterií, které obsahují většinu hlavních funkcí, které mohou být v zásadě vyžadovány pro optimální a bezpečné nabíjení baterie.
Mnoho z těchto obvodů nabíječky baterií používalo pro zjednodušení jediný operační zesilovač a pro implementaci automatického procesu obnovy nabíjení s nízkým nabitím baterie použilo možnost hystereze.
Avšak s automatickou nabíječkou baterií využívající hysterezi v operačním zesilovači se nastavení předvolby zpětné vazby nebo proměnného rezistoru stává zásadním postupem a trochu komplikovanou záležitostí, zejména pro nováčky .. protože to vyžaduje nějaký neúnavný proces pokusů a omylů, dokud nebude dokončeno správné nastavení.
Dodatečné nastavení omezení přetížení se také stává zdlouhavým procesem pro každého nováčka, který se může snažit dosáhnout výsledků rychle pomocí svého obvodu nabíječky baterií.
Používání pevných rezistorů místo hrnců nebo předvoleb
Tento článek se konkrétně zaměřuje na výše uvedenou otázku a nahrazuje hrnce a presety pevnými odpory za účelem eliminace časově náročných úprav a zajištění bezproblémového designu pro koncového uživatele nebo konstruktéra.
Už jsem hovořil o jednom dřívějším článku, který podrobně vysvětlil hysterezi v operačních systémech, použijeme stejný koncept a vzorce pro návrh navrhovaného obvodu univerzální nabíječky baterií, který snad vyřeší všechny zmatky související s budováním přizpůsobeného obvodu nabíječky baterií pro jakoukoli jedinečnou baterii.
Než půjdeme kupředu s ukázkovým vysvětlením obvodu, bylo by důležité pochopit proč je vyžadována hystereze pro náš obvod nabíječky baterií?
Je to proto, že máme zájem použít jediný operační zesilovač a použít jej k detekci jak spodní prahové hodnoty pro vybití baterie, tak i horní prahové hodnoty pro úplné nabití.
Důležitost přidání hystereze
Normálně, bez hystereze, operační zesilovač nelze nastavit pro spouštění na dvou různých prahových hodnotách, které mohou být docela daleko od sebe, proto používáme hysterezi k získání možnosti použití jednoho operačního zesilovače s funkcí duální detekce.
Vraťme se k našemu hlavnímu tématu týkajícímu se návrhu obvodu univerzální nabíječky baterií s hysterezí, pojďme se naučit, jak můžeme vypočítat pevné odpory, aby bylo možné eliminovat složité postupy nastavení Hi / Lo odříznutí pomocí proměnných odporů nebo předvoleb.
Abychom pochopili základní operace hystereze a souvisejícího vzorce, musíme nejprve odkázat na následující obrázek:
Na výše uvedených příkladech ilustrací můžeme jasně vidět, jak hysterezní rezistor Rh se vypočítá s ohledem na další dva referenční rezistory Rx a Ry.
Nyní se pokusíme implementovat výše uvedený koncept do skutečného obvodu nabíječky baterií a uvidíme, jak lze vypočítat příslušné parametry pro získání konečného optimalizovaného výstupu. Vezmeme si následující příklad a Obvod nabíječky baterií 6V
V tomto diagramu nabíječky v pevné fázi, jakmile se napětí pin # 2 stane vyšším referenčním napětím pin # 3, výstupní pin # 6 poklesne, vypne TIP122 a nabije se baterie. Naopak, pokud potenciál pin # 2 zůstane pod pinem # 3, výstup operačního zesilovače udržuje TIP122 zapnutý a baterie se nadále nabíjí.
Implementace vzorců v praktickém příkladu
Ze vzorců uvedených v předchozí části vidíme několik zásadních parametrů, které je třeba vzít v úvahu při jeho implementaci v praktickém okruhu, jak je uvedeno níže:
1) Referenční napětí aplikované na Rx a napájecí napětí operační zesilovače Vcc musí být stejné a konstantní.
2) Vybraná prahová hodnota pro úplné vypnutí horního akumulátoru a dolní mezní napětí pro zapnutí při vybíjení dolního akumulátoru musí být nižší než Vcc a referenční napětí.
To vypadá trochu složitě, protože napájecí napětí Vcc je obecně připojeno k baterii, a proto nemůže být konstantní a také nemůže být nižší než referenční.
Abychom tento problém vyřešili, zajistíme, aby byl Vcc sevřen s referenční úrovní a aby napětí baterie, které je třeba snímat, bylo sníženo na 50% nižší hodnotu pomocí potenciální dělící sítě tak, aby byla menší než Vcc, jak je znázorněno na výše uvedeném diagramu.
Rezistor Ra a Rb snižují napětí baterie na proporcionálně o 50% nižší hodnotu, zatímco 4,7 V zener nastavuje pevné referenční napětí pro Rx / Ry a Vcc pin # 4 na operačním zesilovači. Nyní věci vypadají připravené na výpočty.
Použijme tedy hysterezi vzorce k této 6V nabíječce a uvidíte, jak to funguje pro tento příklad obvodu:
V uvedeném 6V obvodu výše máme v ruce následující data:
Nabíjená baterie je 6V
Horní mezní bod je 7V
Dolní bod obnovení je 5,5 V.
Vcc a referenční napětí je nastaveno na 4,7 V (při použití Zenerova napětí 4,7 V)
Vybíráme Ra, Rb jako 100k rezistory, abychom snížili potenciál baterie 6V na 50% nižší hodnotu, proto se horní mezní bod 7V nyní stane 3,5V (VH) a spodní 5,5V se stane 2,75V (VL)
Nyní musíme zjistit hodnoty hysterezního odporu Rh s ohledem na Rx a Ry .
Podle vzorce:
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
Od 1) máme Rh / Rx = 3,66
Rh = 3,66Rx
Pojďme vzít Rx = 100 tis ,
Jiné hodnoty jako 10K, 4k7 nebo cokoli jiného by mohly dělat, ale 100K je standardní hodnota a dostatečně vysoká, aby udržovala sníženou spotřebu, se stává vhodnější.
∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K
Dosazením této hodnoty Rx v 2) dostaneme
Ry / Rx = 2,29
Ry = 2,29Rx = 2,29 x 100 = 229K
∴ Ry = 229 tis
Výše uvedených výsledků lze dosáhnout také pomocí softwaru kalkulačky hystereze pouhým kliknutím na několik tlačítek
A je to, s výše uvedenými výpočty jsme úspěšně určili přesné pevné hodnoty různých rezistorů, které zajistí, že připojená 6V baterie se automaticky odpojí při 7V a restartuje nabíjení v okamžiku, kdy její napětí klesne pod 5,5V.
Pro baterie vyššího napětí
U vyšších napětí, jako je dosažení univerzálního bateriového obvodu 12V, 24V, 48V, lze výše diskutovaný design jednoduše upravit, jak je uvedeno níže, vyloučením stupně LM317.
Postupy výpočtu budou přesně stejné jako v předchozím odstavci.
Pro vysokonapěťové nabíjení baterie může být nutné TIP122 a diodu 1N5408 upgradovat pomocí proporcionálně vyšších proudových zařízení a změnit zener 4,7 V na hodnotu, která může být vyšší než 50% napětí baterie.
Zelená LED indikuje stav nabíjení baterie, zatímco červená LED nám umožňuje zjistit, kdy je baterie plně nabitá.
Tím se uzavírá článek, který jasně vysvětluje, jak vytvořit jednoduchý, ale univerzálně použitelný obvod nabíječky baterií pomocí pevných odporů, aby byla zajištěna extrémní přesnost a spolehlivé odpojení přes stanovené prahové body, což zase zajistí dokonalé a bezpečné nabíjení připojené baterie.
Předchozí: Řídicí obvod RPM pro dieselové generátory Další: Indukční ohřívač pro laboratoře a obchody
