Я разработал и опубликовал множество схем зарядных устройств на этом веб-сайте, однако читатели часто путаются при выборе правильной схемы зарядного устройства для своих индивидуальных приложений. И я должен подробно объяснить каждому из читателей, как настроить данную схему зарядного устройства для их конкретных нужд.

Это отнимает довольно много времени, так как это то же самое, что я должен время от времени объяснять каждому из читателей.

Это заставило меня опубликовать этот пост, в котором я попытался объяснить стандартное зарядное устройство дизайн и как настроить его несколькими способами в соответствии с индивидуальными предпочтениями с точки зрения напряжения, тока, автоматического отключения или полуавтоматических операций.

Правильная зарядка аккумулятора имеет решающее значение

Три основных параметра, которые требуются всем батареям для оптимальной и безопасной зарядки:

Постоянное напряжение.
Постоянный ток.
Автоотключение.

По сути, это три фундаментальные вещи, которые необходимо применить для успешной зарядки аккумулятора, а также убедиться, что это не влияет на срок службы аккумулятора.

Вот несколько расширенных и дополнительных условий:

Управление температурным режимом.

и Пошаговая зарядка .

Два вышеуказанных критерия особенно рекомендуются для Литий-ионные аккумуляторы , хотя они могут быть не столь важны для свинцово-кислотных аккумуляторов (хотя нет ничего плохого в том, чтобы реализовать это для тех же самых)

Давайте разберемся с вышеуказанными условиями пошагово и посмотрим, как можно настроить требования в соответствии со следующими инструкциями:

Важность постоянного напряжения:

Все аккумуляторы рекомендуется заряжать при напряжении, которое может быть примерно на 17–18% выше, чем напряжение аккумулятора, указанное на бумаге, и этот уровень не должен сильно увеличиваться или колебаться.

Поэтому для Аккумулятор 12В , значение составляет около 14,2 В, которое не следует сильно увеличивать.

Это требование называется требованием постоянного напряжения.

Сегодня, когда имеется ряд микросхем стабилизаторов напряжения, создание зарядного устройства постоянного напряжения занимает считанные минуты.

Наиболее популярными среди этих микросхем являются LM317 (1,5 ампер), LM338 (5 ампер), LM396 (10 ампер). Все это микросхемы регулируемого регулятора напряжения, которые позволяют пользователю устанавливать любое желаемое постоянное напряжение от 1,25 до 32 В (не для LM396).

Вы можете использовать микросхему LM338, которая подходит для большинства батарей, для достижения постоянного напряжения.

Вот пример схемы, которую можно использовать для зарядки любой батареи от 1,25 до 32 В постоянным напряжением.

Схема зарядного устройства постоянного напряжения

Изменение потенциометра 5 кОм позволяет установить любое желаемое постоянное напряжение на конденсаторе C2 (Vout), которое можно использовать для зарядки подключенной батареи через эти точки.

Для фиксированного напряжения вы можете заменить R2 на фиксированный резистор, используя эту формулу:

VИЛИ ЖЕ= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Где VREF= 1,25

Так как яADJслишком мал, его можно игнорировать

Хотя может потребоваться постоянное напряжение, в местах, где напряжение от входной сети переменного тока не меняется слишком сильно (вполне приемлемо повышение / понижение на 5%), можно полностью исключить указанную выше схему и забыть о постоянном коэффициенте напряжения.

Это означает, что мы можем просто использовать трансформатор с правильными номиналами для зарядки аккумулятора, не учитывая условия постоянного напряжения, при условии, что входная сеть достаточно надежна с точки зрения его колебаний.

Сегодня, с появлением устройств SMPS, вышеупомянутая проблема полностью становится несущественной, поскольку все SMPS являются источниками питания постоянного напряжения и обладают высокой надежностью с учетом своих характеристик, поэтому, если доступен SMPS, указанная выше схема LM338 может быть определенно устранена.

Но обычно SMPS поставляется с фиксированным напряжением, поэтому в этом случае настройка его для конкретной батареи может стать проблемой, и вам, возможно, придется выбрать универсальную схему LM338, как описано выше ... или если вы все еще хотите избежать этого. вы можете просто модифицировать SMPS саму схему для получения желаемого зарядного напряжения.

В следующем разделе будет объяснено проектирование индивидуальной схемы управления током для конкретного выбранного зарядного устройства.

Добавление постоянного тока

Как и параметр 'постоянное напряжение' Рекомендуемый ток зарядки для конкретной батареи не должен сильно увеличиваться или колебаться.

“что такое гироскоп в мобильных телефонах ”

Для свинцово-кислотных аккумуляторов скорость зарядки должна составлять примерно 1/10 или 2/10 от напечатанного значения Ач (ампер-час) аккумулятора. это означает, что если батарея рассчитана, скажем, на 100 Ач, то ее зарядный ток (ампер) рекомендуется на уровне 100/10 = минимум 10 ампер или (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 ампер максимум, это значение должно не увеличивать, желательно для поддержания нормального состояния батареи.

Однако для литий-ионных или Lipo аккумуляторы критерий совершенно другой, для этих батарей скорость зарядки может быть такой же высокой, как и их скорость в ампер-часах, что означает, что если спецификация AH литий-ионной батареи составляет 2,2 Ач, то ее можно заряжать на том же уровне, что и при 2,2 ампера. рейтинг Здесь не нужно ничего делить и заниматься какими-либо вычислениями.

Для реализации постоянный ток Функция LM338 снова становится полезной и может быть настроена для достижения параметра с высокой степенью точности.

Приведенные ниже схемы показывают, как ИС может быть сконфигурирована для реализации зарядного устройства с регулируемым током.

Убедитесь, что проверьте эту статью который обеспечивает отличную схему зарядного устройства с широкими возможностями настройки.

Схема зарядного устройства с постоянным и постоянным током

Как обсуждалось в предыдущем разделе, если ваша входная сеть довольно постоянна, вы можете игнорировать правую часть LM338 и просто использовать схему ограничителя тока с левой стороны либо с трансформатором, либо с SMPS, как показано ниже:

В приведенной выше схеме напряжение трансформатора может быть рассчитано на уровне напряжения батареи, но после выпрямления оно может немного превышать указанное напряжение зарядки батареи.

Этой проблемой можно пренебречь, поскольку подключенная функция контроля тока заставит напряжение автоматически снижать избыточное напряжение до безопасного уровня напряжения зарядки аккумулятора.

R1 можно настроить в соответствии с потребностями, следуя предоставленным инструкциям. ЗДЕСЬ

Диоды должны иметь соответствующий номинал в зависимости от зарядного тока и, желательно, должны быть намного выше указанного уровня зарядного тока.

“электрическая схема выключателя дугового замыкания ”

Настройка тока для зарядки аккумулятора

В приведенных выше схемах упомянутая микросхема LM338 рассчитана на ток не более 5 ампер, что делает ее пригодной только для батарей до 50 Ач, однако у вас могут быть батареи с гораздо более высокими номиналами, порядка 100, 200 или даже 500 Ач. .

Для них может потребоваться зарядка при более высоких скоростях тока, которых одного LM338 может не хватить.

Чтобы исправить это, можно обновить или улучшить ИС, добавив больше ИС параллельно, как показано в следующем примере статьи:

Схема зарядного устройства на 25 ампер

В приведенном выше примере конфигурация выглядит немного сложной из-за включения операционного усилителя, однако небольшая работа показывает, что на самом деле микросхемы могут быть напрямую добавлены параллельно для умножения токового выхода, при условии, что все микросхемы установлены над общим радиатором. см. диаграмму ниже:

Любое количество микросхем может быть добавлено в показанном формате для достижения любого желаемого предела тока, однако должны быть обеспечены две вещи, чтобы получить оптимальный ответ от конструкции:

Все ИС должны быть установлены на общем радиаторе, и все токоограничивающие резисторы (R1) должны быть установлены с точно совпадающим значением, оба параметра необходимы для обеспечения равномерного распределения тепла между ИС и, следовательно, равного распределения тока по всей выход для подключенного аккумулятора.

До сих пор мы узнали, как настроить постоянное напряжение и постоянный ток для конкретного приложения для зарядного устройства.

Однако без автоматического отключения цепь зарядного устройства может быть неполной и небезопасной.

Пока что в нашей зарядке аккумулятора учебные пособия мы узнали, как настроить параметр постоянного напряжения при создании зарядного устройства, в следующих разделах мы попытаемся понять, как реализовать автоматическое отключение полного заряда для обеспечения безопасной зарядки подключенного аккумулятора.

Добавление Auto-Cut 0ff в зарядное устройство

В этом разделе мы узнаем как можно добавить автоматическое отключение в батарею зарядное устройство, которое является одним из наиболее важных аспектов в таких схемах.

Простой каскад автоматического отключения может быть включен и настроен в выбранную схему зарядного устройства путем включения компаратора операционного усилителя.

Операционный усилитель может быть расположен так, чтобы обнаруживать повышение напряжения батареи во время ее зарядки и отключать зарядное напряжение, как только напряжение достигает полного уровня заряда батареи.

Возможно, вы уже видели эту реализацию в большинстве схем автоматического зарядного устройства, опубликованных в этом блоге.

Концепцию можно полностью понять с помощью следующего пояснения и показанной схемы моделирования GIF:

ПРИМЕЧАНИЕ. Используйте замыкающий контакт реле для входа зарядки вместо показанного замыкающего контакта. Это гарантирует, что реле не будет дребезжать при отсутствии батареи. Чтобы это работало, также не забудьте поменять местами входные контакты (2 и 3) друг с другом. .

В приведенном выше эффекте моделирования мы видим, что операционный усилитель настроен как датчик напряжения батареи для определения порога перезарядки и отключения питания батареи, как только это обнаруживается.

Предустановка на выводе (+) ИС регулируется таким образом, что при полном напряжении батареи (здесь 14,2 В) контакт № 3 приобретает более высокий потенциал, чем вывод (-) ИС, который фиксируется с опорным напряжением 4,7В со стабилитроном.

Ранее объясненные источники «постоянного напряжения» и «постоянного тока» подключаются к цепи, а аккумулятор - через замыкающий контакт реле.

Первоначально напряжение питания и аккумулятор отключены от цепи.

Во-первых, разряженный аккумулятор может быть подключен к цепи, как только это будет сделано, операционный усилитель обнаруживает потенциал, который ниже (10,5 В, как предполагается здесь), чем уровень полного заряда, и из-за этого загорается КРАСНЫЙ светодиод. , указывая на то, что уровень заряда аккумулятора ниже полного.

Затем включается входной зарядный источник 14,2 В.

Как только это будет сделано, входное напряжение мгновенно опустится до напряжения батареи и достигнет уровня 10,5 В.

Теперь начнется процедура зарядки, и аккумулятор начнет заряжаться.

По мере того как напряжение на клеммах аккумулятора увеличивается в процессе зарядки, напряжение на контакте (+) также соответственно увеличивается.

И в тот момент, когда напряжение батареи достигает полного входного уровня, то есть уровня 14,3 В, контакт (+) также пропорционально достигает 4,8 В, что чуть выше, чем напряжение на контакте (-).

Это мгновенно заставляет выходной сигнал операционного усилителя повышаться.

КРАСНЫЙ светодиод погаснет, а зеленый светодиод загорится, указывая на действие переключения, а также на то, что аккумулятор полностью заряжен.

Однако то, что может произойти после этого, не показано в приведенном выше моделировании. Мы узнаем это из следующего объяснения:

Как только реле срабатывает, напряжение на клеммах батареи быстро падает и восстанавливается до некоторого более низкого уровня, так как батарея 12 В никогда не будет постоянно поддерживать уровень 14 В и будет пытаться достичь отметки примерно 12,8 В.

Теперь, в связи с этим условием, штифт (+) напряжение будет снова испытывать падение ниже заданного опорного уровня с помощью штифта (-), который будет еще раз подсказка реле отключается, и процесс зарядки будет снова начата.

Это включение / выключение реле будет продолжать циклически повторяться, издавая нежелательный «щелкающий» звук из реле.

Чтобы избежать этого, необходимо добавить в схему гистерезис.

Для этого на выходе и на выводе (+) ИС вставлен резистор высокого номинала, как показано ниже:

Добавление гистерезиса

Дополнение указанного выше гистерезис резистор предотвращает генерацию включения / выключения реле на пороговых уровнях и блокирует реле до определенного периода времени (до тех пор, пока напряжение батареи не упадет ниже допустимого предела этого значения резистора).

Резисторы большего номинала обеспечивают более низкие периоды фиксации, в то время как резисторы меньшего номинала обеспечивают более высокий гистерезис или более длительный период фиксации.

Таким образом, из приведенного выше обсуждения мы можем понять, как правильно сконфигурированная схема автоматического отключения батареи может быть разработана и настроена любым любителем для его предпочтительных характеристик зарядки батареи.

Теперь давайте посмотрим, как может выглядеть вся конструкция зарядного устройства, включая настройку постоянного напряжения / тока и приведенную выше конфигурацию отключения:

Итак, вот готовая индивидуальная схема зарядного устройства, которую можно использовать для зарядки любой желаемой батареи после ее настройки, как описано во всем нашем руководстве:

“Генератор постоянного тока такой же, как a (n) ”

Операционный усилитель может быть IC 741
Предустановка = 10k предустановок
оба стабилитрона могут быть = 4,7 В, 1/2 Вт
стабилитрон = 10 кОм
Резисторы светодиодов и транзисторов также могут быть = 10кОм.
Транзистор = BC547
реле диод = 1N4007
реле = выберите соответствие напряжению батареи.

Как заряжать аккумулятор без использования перечисленных выше средств

Если вам интересно, можно ли заряжать аккумулятор, не подключая какие-либо из вышеупомянутых сложных схем и деталей? Ответ - да, вы можете безопасно и оптимально заряжать любую батарею, даже если у вас нет ни одной из вышеупомянутых схем и деталей.

Прежде чем продолжить, было бы важно знать несколько важных вещей, которые требуются батарее для безопасной зарядки, и вещи, которые делают такие важные параметры «автоматическое отключение», «постоянное напряжение» и «постоянный ток».

Эти функции становятся важными, когда вы хотите, чтобы аккумулятор заряжался с максимальной эффективностью и быстро. В таких случаях вы можете захотеть, чтобы ваше зарядное устройство было оснащено многими расширенными функциями, как предложено выше.

Однако, если вы готовы согласиться с тем, что полный уровень заряда вашей батареи немного ниже оптимального, и если вы готовы предоставить еще несколько часов для завершения зарядки, то, безусловно, вам не потребуются какие-либо рекомендуемые функции, такие как постоянный ток, постоянное напряжение или автоматическое отключение - обо всем этом можно забыть.

Как правило, аккумулятор не следует заряжать с помощью расходных материалов, имеющих более высокий номинал, чем указано в печатной версии аккумулятора, это очень просто.

Это означает, что ваша батарея рассчитана на 12 В / 7 Ач, в идеале вы никогда не должны превышать полную скорость заряда выше 14,4 В, а ток выше 7/10 = 0,7 ампер. Если эти две скорости поддерживаются правильно, вы можете быть уверены, что ваша батарея в надежных руках и никогда не пострадает ни при каких обстоятельствах.

Поэтому, чтобы обеспечить выполнение вышеуказанных критериев и зарядить аккумулятор без использования сложных цепей, просто убедитесь, что входной источник питания, который вы используете, рассчитан соответствующим образом.

Например, если вы заряжаете аккумулятор 12 В / 7 А · ч, выберите трансформатор, который выдает около 14 В после выпрямления и фильтрации, а его ток рассчитан примерно на 0,7 ампера. То же правило применимо и к другим батареям пропорционально.

Основная идея здесь - сохранить параметры зарядки немного ниже максимально допустимого значения. Например, аккумулятор 12 В может быть рекомендован для зарядки на 20% выше указанного значения, то есть на 12 x 20% = 2,4 В выше, чем 12 В = 12 + 2,4 = 14,4 В.

Поэтому мы стараемся поддерживать это значение немного ниже на уровне 14 В, что может не заряжать аккумулятор до оптимальной точки, но будет хорошо для чего угодно, на самом деле, поддержание значения немного ниже увеличит срок службы аккумулятора, позволяя гораздо больше циклов зарядки / разрядки. в долгосрочной перспективе.

Точно так же поддержание зарядного тока на уровне 1/10 от напечатанного значения в Ач гарантирует, что аккумулятор заряжается с минимальным напряжением и рассеиванием, что продлевает срок службы аккумулятора.

Заключительная установка

базовая схема зарядного устройства с трансформатором и выпрямителем

Простая установка, показанная выше, может универсально использоваться для безопасной и оптимальной зарядки любого аккумулятора, при условии, что вы дадите достаточно времени для зарядки или пока стрелка амперметра не опустится почти до нуля.