Obvod indikátoru proudu baterie - přerušeno nabíjení spuštěné proudem

V tomto příspěvku se dozvídáme o jednoduchém senzoru proudu baterie s indikačním obvodem, který detekuje množství proudu spotřebovaného baterií během nabíjení. Prezentované návrhy mají také automatické vypnutí, když baterie přestane odebírat proud na plné úrovni nabití.

Proč proud klesá, když se baterie nabije

Již víme, že zatímco se baterie zpočátku nabíjí, odebírá vyšší množství proudu a jak dosáhne plné úrovně nabití, tato spotřeba začne klesat, dokud nedosáhne téměř nuly.

Stává se to proto, že baterie je zpočátku ve vybitém stavu a její napětí je nižší než napětí zdroje. To způsobí relativně větší potenciální rozdíl mezi těmito dvěma zdroji.

Kvůli tomuto širokému rozdílu se potenciál z vyššího zdroje, kterým je výstup nabíječky, spěchá k baterii s mnohem vyšší intenzitou, což způsobuje, že do baterie vstupuje větší množství proudu.

Jakmile se baterie nabije na plnou úroveň, začne se potenciální rozdíl mezi dvěma zdroji uzavírat, dokud oba zdroje nebudou mít stejné úrovně napětí.

Pokud k tomu dojde, napětí ze zdroje napájení není schopno tlačit další proud směrem k baterii, což má za následek sníženou spotřebu proudu.

To vysvětluje, proč vybitá baterie odebírá původně více proudu a minimální proud, když je plně nabitá.

Obvykle většina indikátorů nabíjení baterie využívá úroveň napětí baterie k indikaci stavu jejího nabíjení, místo napětí se zde k měření stavu nabíjení používá proudová (ampérová) velikost.

Použití proudu jako parametru měření umožňuje přesnější posouzení Baterie se nabíjí postavení. Obvod je také schopen indikovat okamžité zdraví připojené baterie převodem její schopnosti odebírat proud během nabíjení.

Použití jednoduchého designu LM338

Jednoduchý proudový odpojovač nabíjecího obvodu baterie lze vytvořit vhodnou úpravou a standardní obvod regulátoru LM338 Jak je ukázáno níže:

Zapomněl jsem přidat diodu na kladnou linii baterie, proto ji prosím přidejte, jak je znázorněno v následujícím opraveném schématu.

Jak to funguje

Práce výše uvedeného obvodu je poměrně jednoduchá.

Víme, že když je pin ADJ u LM338 nebo LM317 IC zkratován se zemnicí linkou, IC vypne výstupní napětí. Tuto funkci vypnutí ADJ používáme k implementaci aktuálního zjištěného vypnutí.

Po připojení vstupního napájení deaktivuje kondenzátor 10uF první BC547, takže LM338 může normálně fungovat a produkovat požadované napětí pro připojenou baterii.

Tím se připojí baterie a začne se nabíjet čerpáním specifikovaného množství proudu podle jeho hodnocení Ah.

Tím se vyvine potenciální rozdíl napříč proudový rezistor Rx, který zapne druhý tranzistor BC547.

Tím je zajištěno, že první BC547 připojený k pinu ADJ IC zůstane deaktivován, zatímco se baterie může nabíjet normálně.

Jak se baterie nabíjí, potenciální rozdíl mezi Rx začíná klesat. Nakonec, když je baterie téměř plně nabitá, tento potenciál klesne na úroveň, kde je příliš nízká pro druhé zkreslení základny BC547, čímž se vypne.

Když se druhý BC547 vypne, první BC547 se zapne a uzemní kolík ADJ IC.

LM338 se nyní vypne a zcela odpojí baterii od nabíjecího zdroje.

Rx lze vypočítat pomocí Ohmova vzorce:

Rx = 0,6 / minimální nabíjecí proud

Tento obvod LM338 bude podporovat až 50 Ah baterii s integrovaným integrovaným obvodem na velkém chladiči. U baterií s vyšším hodnocením Ah může být nutné integrovaný obvod upgradovat pomocí přívěsného tranzistoru pojednáno v tomto článku .

Pomocí IC LM324

Druhý design je komplikovanější obvod využívající LM324 IC který poskytuje přesnou krokovou detekci stavu baterie a také úplné vypnutí baterie, když aktuální odběr dosáhne minimální hodnoty.

Jak indikátory LED indikují stav baterie

Když baterie spotřebovává maximální proud, rozsvítí se ČERVENÁ LED.

Jakmile se baterie nabije a proud na Rx úměrně poklesne, ČERVENÁ LED zhasne a ZELENÁ LED se rozsvítí.

Jakmile se battrey nabije, zelená LED zhasne a žlutá se rozsvítí.

Dále, když je baterie téměř plně nabitá, žlutá LED zhasne a bílá se rozsvítí.

Nakonec, když je baterie plně nabitá, bílá LED také zhasne, což znamená, že všechny LED zhasnou, což indikuje nulovou spotřebu proudu baterií z důvodu plně nabitého stavu.

Obvodový provoz

S odkazem na zobrazený obvod vidíme čtyři operační zesilovače nakonfigurované jako komparátory, kde každý operační zesilovač má své vlastní přednastavitelné vstupy pro snímání proudu.

Vysoce wattový rezistor Rx tvoří součást převodníku proudu na napětí, která snímá spotřebovaný proud z baterie nebo zátěže a převádí jej na odpovídající úroveň napětí a dodává jej na vstupy operační zesilovače.

Na začátku baterie spotřebovává nejvyšší množství proudu, které produkuje odpovídající nejvyšší pokles napětí na rezistoru Rx.

Předvolby jsou nastaveny takovým způsobem, že když baterie spotřebovává maximální proud (plně vybitá úroveň), neinvertující pin3 všech 4 operačních zesilovačů má vyšší potenciál než referenční hodnota pin2.

Protože výstupy všech operačních zesilovačů jsou v tomto okamžiku vysoké, rozsvítí se pouze ČERVENÁ LED připojená k A4, zatímco zbývající LED zůstanou vypnuté.

Jakmile se baterie nabije, napětí na Rx začne klesat.

Podle postupného nastavování předvoleb napětí A4 pin3 mírně poklesne pod pin2, což způsobí, že výstup A4 poklesne a ČERVENÁ způsobí vypnutí.

Při nízkém výstupu A4 se rozsvítí LED výstup A3.

Když se baterie nabije o něco více, potenciál A3 zesilovače pin3 klesne pod jeho pin2, což způsobí, že výstup A3 poklesne, což zhasne ZELENOU LED.

Při nízkém výstupu A3 se rozsvítí LED výstupu A2.

Když se baterie nabije o něco více, potenciál pin3 A3 klesne pod jeho pin2, což způsobí, že výstup A2 bude nulový, a zhasne žlutá LED.

Při nízkém výstupu A2 se nyní rozsvítí bílá LED.

Nakonec, když je baterie téměř plně nabitá, potenciál na pin3 A1 klesne pod jeho pin2, což způsobí, že výstup A1 bude nulový, a bílá LED zhasne.

Když jsou všechny LED zhasnuté, znamená to, že baterie je plně nabitá a proud přes Rx dosáhl nuly.

Kruhový diagram

Seznam dílů pro navrhovaný obvod indikátoru proudu baterie

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k předvolby
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Dioda = 1N4007 nebo 1N4148
• Rx = Jak je vysvětleno níže

Nastavení aktuálního rozsahu snímání

Nejprve musíme vypočítat rozsah maximálního a minimálního napětí vyvinutého napříč Rx v reakci na rozsah proudu spotřebovaného baterií.

Předpokládejme, že nabitá baterie je a 12 V 100 Ah baterie a maximální zamýšlený rozsah proudu pro toto je 10 ampérů. A chceme, aby se tento proud vyvíjel kolem 3 V napříč Rx.

Pomocí Ohmova zákona můžeme vypočítat hodnotu Rx následujícím způsobem:

Rx = 3/10 = 0,3 ohmu

Příkon = 3 x 10 = 30 wattů.

Nyní je 3 V maximální dosah. Nyní, protože referenční hodnota na pin2 operačního zesilovače je nastavena pomocí diody 1N4148, potenciál na pin2 bude kolem 0,6 V.

Takže minimální rozsah může být 0,6 V. Proto nám to dává minimální a maximální rozsah mezi 0,6 V a 3 V.

Musíme nastavit předvolby tak, aby při 3 V byla všechna napětí pin3 napětí A1 až A4 vyšší než pin 2.

Dále můžeme předpokládat, že se operační zesilovače vypnou v následujícím pořadí:

Při 2,5 V napříč Rx A4 klesá výstup, při 2 V A3 výstup klesá, při 1,5 V A2 výstup klesá, při 0,5 V A1 výstup klesá

Nezapomeňte, že i když při 0,5 V napříč Rx všechny LED zhasnou, 0,5 V může stále odpovídat proudu 1 ampéru odebíranému baterií. Můžeme to považovat za úroveň nabití plováku a nechat baterii nějakou dobu zůstat připojenou, dokud ji nakonec nevyjmeme.

Pokud chcete, aby poslední LED (bílá) zůstala svítit, dokud nebude na Rx dosaženo téměř nulového napětí, můžete v takovém případě odebrat referenční diodu z pin2 operačních zesilovačů a nahradit ji rezistorem, který tento rezistor R5 vytváří pokles napětí kolem 0,2 V na pin2.

Tím bude zajištěno, že bílá LED na A1 zhasne, pouze pokud potenciál přes Rx poklesne pod 0,2 V, což bude odpovídat téměř plně nabitému a odnímatelnému akumulátoru.

Jak nastavit předvolby.

K tomu budete potřebovat fiktivní dělič potenciálu postavený pomocí 1K hrnce připojeného přes napájecí svorky, jak je znázorněno níže.

Nejprve odpojte přednastavenou linku P1 --- P4 od Rx a spojte ji se středovým kolíkem 1K nádoby, jak je uvedeno výše.

Posuňte středové rameno všech předvoleb operačních zesilovačů směrem k hrnci 1K.

Nyní upravte hrnec 1K tak, aby se napříč jeho středním ramenem a zemním ramenem vyvinulo 2,5 V. V tomto okamžiku najdete pouze ČERVENOU LED. Dále upravte předvolbu A4 P4 tak, aby se ČERVENÁ LED jen zhasla. Tím se okamžitě rozsvítí zelená LED A3.

Poté upravte potenciometr 1K tak, aby se jeho středové napětí kolíku snížilo na 2 V. Jak je uvedeno výše, upravte předvolbu A3 P3 tak, aby se zelená vypnula. Tím se rozsvítí žlutá LED.

Dále upravte hrnec 1K tak, aby na svém středovém kolíku produkoval 1,5 V, a upravte předvolbu A2 P2 tak, aby žlutá LED právě zhasla. Tím se rozsvítí bílá LED.

Nakonec upravte hrnec 1K tak, aby se snížil jeho potenciál středového kolíku na 0,5 V. Upravte předvolbu A1 P1 tak, aby bílá LED právě zhasla.

Přednastavené úpravy jsou nyní u konce a hotovo!

Odstraňte 1K pot a znovu připojte přednastavený výstupní odkaz zpět na Rx, jak je znázorněno v prvním schématu.

Můžete začít nabíjet doporučenou baterii a sledovat, jak LED odpovídajícím způsobem reagují.

Přidání automatického vypnutí

Když se proud sníží téměř na nulu, mohlo by se relé vypnout, aby se zajistilo automatické přerušení obvodu obvodu baterie snímaného proudem, jak je znázorněno níže:

Jak to funguje

Když je napájení zapnuto, kondenzátor 10uF způsobí okamžité uzemnění potenciálu pin2 operačních zesilovačů, což umožňuje výstup všech operačních zesilovačů vysoko.

Tranzistor budiče relé připojený na výstupu A1 sepne relé, které spojuje baterii se zdrojem nabíjení přes spínací kontakty.

Baterie nyní začíná odebírat stanovené množství proudu, což způsobuje rozvoj požadovaného potenciálu napříč Rx, který je snímán pinem 3 operačních zesilovačů prostřednictvím příslušných předvoleb P1 --- P4.

Mezitím je 10uF nabíjeno přes R5, které obnovuje referenční hodnotu na pin2 operačních zesilovačů zpět na 0,6V (pokles diody).

Jak se baterie nabíjí, výstupy operačního zesilovače odpovídají odpovídajícím způsobem, jak bylo vysvětleno dříve, dokud se baterie plně nenabije, což způsobí, že výstup A1 klesne.

Při nízkém výstupu A1 tranzistor vypne relé a baterie je odpojena od napájení.

Další užitečný design odpojení baterie od proudu

Práce s tímto designem je ve skutečnosti jednoduchá. Napětí na invertujícím vstupu je pevně nastaveno předvolbou P1 na úroveň, která je jen nižší než pokles napětí napříč rezistorem R3 --- R13, což odpovídá doporučenému nabíjecímu proudu baterie.

Když je napájení zapnuto, C2 způsobí, že se při neinvertování operačního zesilovače objeví vysoké, což zase způsobí, že výstup operačního zesilovače bude vysoký a zapne MOSFET.

MOSFET vede a umožňuje připojení baterie přes nabíjecí zdroj, což umožňuje, aby nabíjecí proud procházel bankou odporů.

To umožňuje vyvíjet napětí na neinvertujícím vstupu IC, vyšší než na jeho invertujícím kolíku, což blokuje výstup operačního zesilovače na trvale vysokou hodnotu.

MOSFET nyní pokračuje v chodu a baterie je nabitá, dokud aktuální příjem baterie výrazně neklesne při plné úrovni nabití baterie. Napětí napříč rezistorovou bankou nyní klesá, takže invertující kolík operačního zesilovače nyní jde výše než neinvertující kolík operačního zesilovače.

Z tohoto důvodu se výstup operačního zesilovače sníží, MOSFET se vypne a nabíjení baterie se nakonec zastaví.