Цепь индикатора тока аккумулятора - отключение зарядки по току

В этом посте мы узнаем о простом датчике тока батареи со схемой индикатора, который определяет количество тока, потребляемого батареей во время зарядки. Представленные конструкции также имеют автоматическое отключение, когда батарея перестает потреблять ток при полном уровне заряда.

Почему ток падает при зарядке аккумулятора

Мы уже знаем, что при первоначальной зарядке аккумулятор потребляет большее количество тока, а по мере достижения полного уровня заряда это потребление начинает снижаться, пока не достигнет почти нуля.

Это происходит потому, что изначально аккумулятор находится в разряженном состоянии и его напряжение ниже, чем напряжение источника. Это вызывает относительно большую разницу потенциалов между двумя источниками.

Из-за этой большой разницы потенциал от более высокого источника, который является выходом зарядного устройства, начинает стремиться к батарее с гораздо большей интенсивностью, вызывая большее количество тока, поступающего в батарею.

Когда батарея заряжается до полного уровня, разность потенциалов между двумя источниками начинает закрываться, пока два источника не будут иметь одинаковые уровни напряжения.

Когда это происходит, напряжение от источника питания не может подтолкнуть ток к батарее, что приводит к снижению потребления тока.

Это объясняет, почему разряженная батарея изначально потребляет больший ток и минимальный ток, когда он полностью заряжен.

Обычно большинство индикаторов зарядки аккумулятора используют уровень напряжения аккумулятора для индикации состояния зарядки, здесь вместо напряжения для измерения состояния зарядки используется величина тока (в амперах).

Использование тока в качестве параметра измерения позволяет более точно оценить зарядка батареи положение дел. Схема также способна отображать мгновенное состояние подключенной батареи, переводя ее текущую потребляемую мощность во время зарядки.

Использование LM338 Simple Design

Простую схему зарядного устройства с отсечкой по току можно построить, соответствующим образом изменив стандартная схема регулятора LM338 как показано ниже:

Я забыл добавить диод на положительной линии аккумулятора, поэтому обязательно добавьте его, как показано на следующей исправленной диаграмме.

Как это устроено

Работа указанной схемы довольно проста.

Мы знаем, что, когда контакт ADJ микросхемы LM338 или LM317 закорачивается с линией заземления, микросхема отключает выходное напряжение. Мы используем эту функцию отключения ADJ для реализации текущего обнаруженного отключения.

При подаче входного питания конденсатор 10 мкФ отключает первый BC547, чтобы LM338 мог нормально функционировать и обеспечивать необходимое напряжение для подключенной батареи.

Это подключает аккумулятор, и он начинает заряжаться, потребляя указанное количество тока в соответствии с его рейтингом Ач.

Это создает разность потенциалов резистор измерения тока Rx, который включает второй транзистор BC547.

Это гарантирует, что первый BC547, подключенный к выводу ADJ IC, останется отключенным, в то время как батарея будет заряжаться нормально.

По мере зарядки аккумулятора разность потенциалов на Rx начинает падать. В конечном итоге, когда аккумулятор почти полностью заряжен, этот потенциал падает до уровня, когда он становится слишком низким для второго базового смещения BC547, что приводит к его отключению.

Когда второй BC547 выключается, первый BC547 включается и заземляет контакт ADJ IC.

LM338 теперь отключается, полностью отключая аккумулятор от источника питания.

Rx можно рассчитать по формуле закона Ома:

Rx = 0,6 / минимальный ток зарядки

Эта схема LM338 поддерживает батарею емкостью до 50 Ач с микросхемой, установленной на большом радиаторе. Для батарей с более высоким номиналом Ач, возможно, потребуется обновить ИС внешним транзистором, поскольку обсуждается в этой статье .

Использование IC LM324

Второй вариант представляет собой более сложную схему с использованием LM324 IC который обеспечивает точное пошаговое определение состояния батареи, а также полное отключение батареи, когда потребляемый ток достигает минимального значения.

Как светодиоды показывают состояние батареи

Когда аккумулятор потребляет максимальный ток, КРАСНЫЙ светодиод горит.

По мере того, как аккумулятор заряжается и ток на Rx пропорционально падает, КРАСНЫЙ светодиод погаснет, а ЗЕЛЕНЫЙ светодиод загорится.

По мере дальнейшей зарядки батареи зеленый светодиод погаснет, а желтый загорится.

Затем, когда аккумулятор почти полностью заряжен, желтый светодиод погаснет, а белый загорится.

Наконец, когда аккумулятор полностью заряжен, белый светодиод также погаснет, что означает, что все светодиоды будут выключены, указывая на нулевое потребление тока аккумулятором из-за полностью заряженного состояния.

Схема работы

Обращаясь к показанной схеме, мы можем видеть четыре операционных усилителя, сконфигурированных как компараторы, где каждый операционный усилитель имеет свои собственные предварительно настраиваемые входы измерения тока.

Резистор Rx высокой мощности образует компонент преобразователя тока в напряжение, который определяет потребляемый ток аккумулятором или нагрузкой, преобразует его в соответствующий уровень напряжения и подает его на входы операционных усилителей.

Вначале батарея потребляет наибольшее количество тока, которое вызывает соответствующее наибольшее падение напряжения на резисторе Rx.

Предустановки установлены таким образом, что, когда батарея потребляет максимальный ток (полностью разряженный уровень), неинвертирующий контакт 3 всех 4 операционных усилителей имеет более высокий потенциал, чем контрольное значение контакта 2.

Поскольку в этот момент на выходах всех операционных усилителей высокий уровень, горит только КРАСНЫЙ светодиод, подключенный к A4, а остальные светодиоды остаются выключенными.

Теперь, когда батарея заряжается, напряжение на Rx начинает падать.

В соответствии с последовательной настройкой предустановок, напряжение на выводе 3 A4 падает немного ниже вывода 2, в результате чего выход A4 становится низким, а КРАСНЫЙ светодиод отключается.

При низком уровне вывода A4 загорается светодиод вывода A3.

Когда аккумуляторная батарея заряжается немного больше, потенциал контакта 3 операционного усилителя A3 падает ниже его контакта 2, в результате чего выход A3 становится низким, что отключает ЗЕЛЕНЫЙ светодиод.

При низком уровне вывода A3 горит светодиод вывода A2.

Когда аккумулятор заряжается немного больше, потенциал контакта 3 контакта A3 падает ниже его контакта 2, что приводит к тому, что выход A2 становится нулевым, что приводит к отключению желтого светодиода.

При низком уровне выходного сигнала A2 загорается белый светодиод.

Наконец, когда батарея почти полностью заряжена, потенциал на контакте 3 A1 падает ниже его контакта 2, в результате чего выход A1 становится нулевым, и белый светодиод гаснет.

Когда все светодиоды выключены, это означает, что батарея полностью заряжена, а ток через Rx достиг нуля.

Принципиальная электрическая схема

Список деталей для предлагаемой схемы индикатора тока батареи

• R1 ---- R5 = 1 кОм
• P1 ----- P4 = 1k предустановок
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Диод = 1N4007 или 1N4148
• Rx = Как объяснено ниже

Установка диапазона измерения тока

Во-первых, мы должны рассчитать диапазон максимального и минимального напряжения, развиваемого на Rx, в зависимости от диапазона тока, потребляемого батареей.

Предположим, заряжаемый аккумулятор Аккумулятор 12 В 100 Ач , и максимальный предполагаемый диапазон тока для этого составляет 10 ампер. И мы хотим, чтобы этот ток развивался около 3 В по Rx.

Используя закон Ома, мы можем вычислить значение Rx следующим образом:

Rx = 3/10 = 0,3 Ом

Мощность = 3 x 10 = 30 Вт.

Теперь 3 В - это максимальный диапазон. Теперь, поскольку контрольное значение на выводе 2 операционного усилителя устанавливается с помощью диода 1N4148, потенциал на выводе 2 будет около 0,6 В.

Таким образом, минимальный диапазон может составлять 0,6 В. Таким образом, это дает нам минимальный и максимальный диапазон от 0,6 В до 3 В.

Мы должны установить такие предустановки, чтобы при 3 В все напряжения на выводах 3 от A1 до A4 были выше, чем на выводе 2.

Далее мы можем предположить, что операционные усилители выключаются в следующей последовательности:

При 2,5 В на выходе Rx A4 становится низким, при 2 В на выходе A3 становится низкий, при 1,5 В выход A2 становится низким, при 0,5 В выход A1 становится низким.

Помните, что при 0,5 В на Rx все светодиоды отключаются, но 0,5 В все еще может соответствовать току 1 А, потребляемому батареей. Мы можем рассматривать это как уровень плавающего заряда и позволять батарее оставаться подключенной в течение некоторого времени, пока мы, наконец, не удалим ее.

Если вы хотите, чтобы последний светодиод (белый) оставался гореть до тех пор, пока на Rx не будет достигнуто почти нулевое напряжение, в этом случае вы можете удалить эталонный диод из контакта 2 операционных усилителей и заменить его резистором, чтобы этот резистор вместе с R5 создает падение напряжения около 0,2 В на выводе 2.

Это гарантирует, что белый светодиод на A1 отключится только тогда, когда потенциал на Rx упадет ниже 0,2 В, что, в свою очередь, будет соответствовать почти полностью заряженному и съемному аккумулятору.

Как установить пресеты.

Для этого вам понадобится фиктивный делитель потенциала, построенный с использованием потенциометра 1K, подключенного к клеммам питания, как показано ниже.

Первоначально отсоедините предустановленное звено P1 --- P4 от Rx и соедините его с центральным штырем потенциометра 1K, как указано выше.

Сдвиньте центральный рычаг всех предустановок операционного усилителя в сторону потенциометра 1K.

Теперь отрегулируйте потенциометр 1K так, чтобы через его центральный рычаг и заземляющий рычаг развивалось 2,5 В. Вы увидите, что в этот момент горит только КРАСНЫЙ светодиод. Затем отрегулируйте предустановку A4 P4 так, чтобы КРАСНЫЙ светодиод просто погас. Это мгновенно включит зеленый светодиод A3.

После этого отрегулируйте потенциометр 1 кОм, чтобы снизить напряжение на его центральном выводе до 2 В. Как указано выше, отрегулируйте предустановку A3 P3 так, чтобы зеленый просто отключался. При этом загорится желтый светодиод.

Затем отрегулируйте потенциометр 1K так, чтобы на его центральном контакте было 1,5 В, и отрегулируйте предустановку P2 для A2 так, чтобы желтый светодиод просто погас. При этом загорится белый светодиод.

Наконец, отрегулируйте потенциометр 1K, чтобы снизить его потенциал на центральном контакте до 0,5 В. Отрегулируйте предустановку A1 P1 так, чтобы белый светодиод просто выключился.

На этом предустановленные настройки окончены и сделаны!

Удалите потенциометр 1K и снова подключите предустановленное выходное соединение к Rx, как показано на первой диаграмме.

Вы можете начать заряжать рекомендованный аккумулятор и смотреть, как светодиоды реагируют соответствующим образом.

Добавление автоматической обрезки OFF

Когда ток снижается почти до нуля, реле может быть отключено для обеспечения автоматического отключения цепи цепи батареи, измеряемой по току, как показано ниже:

Как это устроено

При включении питания конденсатор 10 мкФ вызывает кратковременное заземление потенциала вывода 2 операционных усилителей, что позволяет выходным сигналам всех операционных усилителей повышаться до высокого уровня.

Транзистор драйвера реле, подключенный к выходу A1, включает реле, которое соединяет аккумулятор с источником заряда через замыкающие контакты.

Теперь батарея начинает потреблять заданное количество тока, вызывая выработку необходимого потенциала на Rx, который воспринимается контактом 3 операционных усилителей через соответствующие предустановки P1 --- P4.

Между тем, 10 мкФ заряжается через R5, который восстанавливает эталонное значение на выводе 2 операционных усилителей до 0,6 В (падение на диоде).

Когда батарея заряжается, выходы операционного усилителя реагируют соответственно, как объяснялось ранее, до тех пор, пока батарея не будет полностью заряжена, в результате чего выход A1 станет низким.

При низком уровне на выходе A1 транзистор выключает реле, и аккумулятор отключается от источника питания.

Еще один полезный дизайн отсечки батареи с датчиком тока

Работа этой конструкции на самом деле проста. Напряжение на инвертирующем входе фиксируется предустановкой P1 на уровне, который чуть ниже падения напряжения на группе резисторов R3 --- R13, что соответствует рекомендуемому току зарядки аккумулятора.

При включении питания C2 вызывает появление высокого уровня при неинвертировании операционного усилителя, что, в свою очередь, вызывает высокий уровень на выходе операционного усилителя и включение полевого МОП-транзистора.

MOSFET проводит и позволяет подключать батарею к источнику заряда, позволяя зарядному току проходить через блок резисторов.

Это позволяет создавать на неинвертирующем входе ИС напряжение, превышающее его инвертирующий вывод, который фиксирует выход операционного усилителя на постоянный высокий уровень.

Теперь полевой МОП-транзистор продолжает работать, и батарея заряжается до тех пор, пока ток, потребляемый батареей, значительно не уменьшится при полном уровне заряда батареи. Напряжение на блоке резисторов теперь падает, так что инвертирующий вывод операционного усилителя становится выше, чем неинвертирующий вывод операционного усилителя.

Из-за этого на выходе операционного усилителя становится низкий уровень, полевой МОП-транзистор выключается, и, наконец, зарядка батареи прекращается.