Схема зарядного устройства аккумулятора операционного усилителя с автоматическим отключением

В посте обсуждаются схемы зарядного устройства с автоматическим отключением аккумуляторных батарей на базе двух операционных усилителей IC 741 и LM358, которые не только точны по своим характеристикам, но также позволяют без проблем и быстро устанавливать пределы верхнего / нижнего порога отключения.

Идея была предложена г-ном Мамдухом.

Цели и требования схемы

1. Как только я автоматически подключу внешний источник питания, он отключит аккумулятор и запитает систему, в то же время заряжая аккумулятор.
2. Защита от перезарядки (которая включена в вышеуказанный дизайн).
3. Индикация разряда и полной зарядки аккумулятора (которые включены в приведенный выше дизайн).
4. Также я не знаю, какова формула, которая поможет определить напряжение, необходимое на моей батарее для ее зарядки (батарея будет извлечена из старых ноутбуков. Итого будет 22 В с 6 АПМ без нагрузки)
5. Кроме того, я не знаю формулы, по которой можно указать, на сколько хватит заряда моей батареи, и как рассчитать время, если я хочу, чтобы батарея прослужила мне два часа.
6. Кроме того, система поддерживает вентилятор процессора. Было бы здорово добавить опцию диммера, мой первоначальный план состоял в том, чтобы варьировать от 26 до 30 В, не нужно больше.

Принципиальная электрическая схема

Примечание: Пожалуйста, замените последовательно 10K на 1N4148, на 1K

Дизайн

Во всех моих предыдущих схемах контроллера зарядного устройства я использовал один операционный усилитель для выполнения автоматического отключения при полной зарядке и использовал гистерезисный резистор для включения переключателя зарядки низкого уровня для подключенной батареи.

тем не мение расчет этого гистерезисного резистора Правильно для достижения точного восстановления низкого уровня становится немного сложно и требует некоторых усилий проб и ошибок, что может занять много времени.

В предложенной выше схеме контроллера зарядного устройства аккумулятора операционного усилителя с низким уровнем заряда включены два компаратора операционных усилителей вместо одного, что упрощает процедуры настройки и освобождает пользователя от длительных процедур.

Ссылаясь на рисунок, мы можем увидеть два операционных усилителя, сконфигурированных как компараторы для измерения напряжения батареи и для необходимых операций отключения.

Предполагая, что батарея 12В, предустановка 10K нижнего операционного усилителя A2 установлена ​​так, что его выходной контакт # 7 становится высоким логическим, когда напряжение батареи просто пересекает отметку 11В (нижний порог разряда), в то время как предустановка верхнего операционного усилителя A1 регулируется таким образом. что его выход становится высоким, когда напряжение батареи достигает верхнего порога отключения, скажем, 14,3 В.

Таким образом, при 11 В выход A1 становится положительным, но из-за наличия диода 1N4148 этот положительный сигнал остается неэффективным и не может двигаться дальше к базе транзистора.

Батарея продолжает заряжаться, пока не достигнет 14,3 В, когда верхний операционный усилитель активирует реле и прекратит подачу заряда на батарею.

Ситуация мгновенно фиксируется из-за включения резисторов обратной связи между контактами №1 и №3 A1. Реле блокируется в этом положении при полном отключении питания аккумуляторной батареи.

Теперь батарея начинает медленно разряжаться через подключенную нагрузку, пока не достигнет нижнего порогового уровня разряда 11 В, когда выход A2 принудительно становится отрицательным или нулевым. Теперь диод на его выходе становится смещенным в прямом направлении и быстро размыкает защелку, заземляя сигнал обратной связи защелки между указанными контактами A1.

Этим действием реле мгновенно деактивируется и возвращается в исходное положение Н / З, и зарядный ток снова начинает течь к батарее.

Эта схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей с низким уровнем заряда на операционном усилителе может использоваться в качестве схемы ИБП постоянного тока также для обеспечения непрерывного питания нагрузки независимо от наличия или отсутствия сети, а также для обеспечения бесперебойного питания во время ее использования.

Входной зарядный источник может быть получен от регулируемого источника питания, такого как цепь постоянного тока с переменным постоянным напряжением LM338, извне.

Как установить предустановки

• Первоначально оставьте обратную связь 1k / 1N4148 отключенной от операционного усилителя A1.
• Переместите ползунок предустановки A1 на уровень земли, а ползунок предустановки A2 переместите на положительный уровень.
• Через источник переменного тока подайте 14,2 В, что является полным уровнем заряда 12 В аккумулятора, через точки «Аккумулятор».
• Вы обнаружите, что реле срабатывает.
• Теперь медленно переместите предустановку A1 в положительную сторону, пока реле не отключится.
• Это устанавливает полное отключение заряда.
• Теперь подключите 1k / 1N4148 обратно так, чтобы A1 защелкнул реле в этом положении.
• Теперь медленно отрегулируйте переменную подачу до нижнего предела разряда батареи, вы обнаружите, что реле продолжает оставаться выключенным из-за вышеупомянутой реакции обратной связи.
• Отрегулируйте источник питания до нижнего порогового уровня разряда батареи.
• После этого начните перемещать предустановку A2 в сторону земли, пока это не установит выход A2 на ноль, что сломает защелку A1 и переключит реле обратно в режим зарядки.
• Вот и все, схема полностью настроена, запечатайте предустановки в этом положении.

Ответы на другие дополнительные вопросы в запросе приведены в разделе:

Формула для расчета предела отсечки полного заряда:

Номинальное напряжение аккумулятора + 20%, например, 20% от 12 В составляет 2,4, поэтому 12 + 2,4 = 14,4 В - это напряжение отключения при полной зарядке для аккумулятора 12 В.

Чтобы узнать время работы от аккумулятора, можно использовать следующую формулу, которая дает приблизительное время работы от аккумулятора.

Резервный = 0,7 (Ач / ток нагрузки)

Другой альтернативный дизайн для создания схемы зарядного устройства с автоматическим отключением избыточного / недостаточного заряда с использованием двух операционных усилителей можно увидеть ниже:

Как это устроено

Предполагая, что батарея не подключена, контакт реле находится в положении N / C. Следовательно, когда питание включено, схема операционного усилителя не может получить питание и остается неактивной.

Теперь предположим, что разряженная батарея подключена к указанной точке, схема операционного усилителя получает питание от батареи. Поскольку батарея разряжена, она создает низкий потенциал на (-) входе верхнего операционного усилителя, который может быть меньше, чем на контакте (+).

Из-за этого на выходе операционного усилителя верхнего уровня становится высокий уровень. Транзистор и реле активируются, и контакты реле перемещаются из нормально замкнутого в нормально разомкнутый. Теперь аккумулятор соединяется с источником питания, и он начинает заряжаться.

Как только батарея полностью заряжена, потенциал на выводе (-) верхнего операционного усилителя становится выше, чем на его (+) входе, в результате чего выходной контакт верхнего операционного усилителя становится низким. Это мгновенно отключает транзистор и реле.

Теперь аккумулятор отключен от источника питания.

Диод 1N4148 между (+) и выходом верхнего операционного усилителя фиксируется, так что даже если батарея начинает разряжаться, это не влияет на состояние реле.

Однако предположим, что аккумулятор не снимается с клемм зарядного устройства, а к нему подключена нагрузка, так что он начинает разряжаться.

Когда батарея разряжается ниже желаемого нижнего уровня, потенциал на контакте (-) нижнего операционного усилителя становится ниже, чем на его входном контакте (+). Это мгновенно вызывает высокий уровень на выходе нижнего операционного усилителя, который попадает на контакт 3 верхнего операционного усилителя. Он мгновенно ломает защелку и включает транзистор и реле, чтобы снова начать процесс зарядки.

Дизайн печатной платы

Добавление текущего этапа управления

Вышеупомянутые две конструкции могут быть обновлены с помощью текущего элемента управления путем добавления модуля управления током на основе MOSFET, как показано ниже:

R2 = 0,6 / зарядный ток

Добавление протектора обратной полярности

В вышеупомянутые конструкции можно включить защиту от обратной полярности, добавив диод последовательно с положительной клеммой аккумулятора. Катод идет к положительной клемме батареи, а анод - к положительной линии операционного усилителя.

Убедитесь, что к этому диоду подсоединен резистор 100 Ом, иначе схема не начнет процесс зарядки.

Удаление реле

В конструкции зарядного устройства на основе первого операционного усилителя можно исключить реле и управлять процессом зарядки через твердотельные транзисторы, как показано на следующей схеме:

Как работает схема

• Предположим, что предварительная установка A2 отрегулирована на пороге 10 В, а предустановка A1 отрегулирована на пороге 14 В.
• Допустим, мы подключаем аккумулятор, который разряжается на промежуточной ступени 11 В.
• При этом напряжение pin2 А1 будет ниже опорного потенциала pin3, в соответствии с настройкой в ​​PIN5 предустановки.
• Это приведет к тому, что на выходном контакте 1 A1 будет высокий уровень, включая транзистор BC547 и TIP32.
• Теперь батарея начнет заряжаться через TIP32, пока напряжение на клеммах не достигнет 14 В.
• При 14 В, в соответствии с настройкой верхнего предустановленного значения, вывод 2 A1 будет выше, чем его вывод 3, что приведет к понижению уровня выхода.
• Это мгновенно отключит транзисторы и остановит процесс зарядки.
• Вышеупомянутое действие также зафиксирует операционный усилитель A1 через 1k / 1N4148, так что даже если напряжение батареи упадет до уровня SoC 13 В, A1 продолжит удерживать низкий уровень на выходе pin1.
• Затем, когда батарея начинает разряжаться через выходную нагрузку, ее напряжение на клеммах начинает падать, пока не упадет до 9,9 В.
• На этом уровне, в соответствии с настройкой нижнего предустановки, вывод 5 A2 будет опускаться ниже своего вывода 6, в результате чего его выходной вывод 7 станет низким.
• Этот низкий уровень на выводе 7 A2 подтянет вывод 2 A1 почти до 0 В, так что теперь вывод 3 A1 становится выше, чем его вывод 2.
• Это немедленно сломает защелку A1, и выход A1 снова станет высоким, позволяя транзистору включиться и начать процесс зарядки.
• Когда батарея достигнет 14 В, процесс повторит цикл еще раз.