Op amp batterilader krets med automatisk avskåret

Innlegget diskuterer to opamp IC 741- og LM358-baserte automatisk avskårne batteriladerkretser, som ikke bare er nøyaktige med funksjonene, men som også gir en problemfri og rask oppsett av høye / lave grenseverdier.

Ideen ble bedt om av Mr. Mamdouh.

Kretsmål og krav

1. Så snart jeg kobler til den eksterne strømmen automatisk, vil den koble fra batteriet og forsyne systemet, mens det i mellomtiden lader batteriet.
2. Beskyttelse mot overlading (som inngår i designen ovenfor).
3. Indikasjoner for lavt batterinivå og full lading (som er inkludert i designet ovenfor).
4. Jeg vet heller ikke hva som er formelen for å hjelpe meg med å bestemme spenningen som kreves over batteriet mitt for å lade det med (batteriet trekkes ut av gamle bærbare datamaskiner. Totalt vil det være 22V med 6 apms uten belastning)
5. Videre kjenner jeg ikke formelen for å indikere hvor lenge batteriet mitt varer, og hvordan jeg beregner tiden hvis jeg vil at et batteri skal vare i to timer.
6. CPU-viften leveres også av systemet. Det ville være flott også å legge til muligheten for en dimmer, min opprinnelige plan var å variere mellom 26-30 v, trenger ikke mye mer enn det.

Kretsdiagram

Merk: Bytt ut 10K i serie med 1N4148, med en 1K

Designet

I alle mine tidligere batteriladerkontrollerkretser har jeg brukt en enkelt opamp for å utføre den automatiske avskjæringen for fulladet, og har brukt en hysteresemotstand for å aktivere lavnivåladebryteren PÅ for det tilkoblede batteriet.

men beregne denne hysteresemotstanden riktig for å oppnå presis lavnivågjenoppretting blir litt vanskelig og krever litt forsøk og feiling som kan være tidkrevende.

I ovennevnte foreslåtte opamp lavkontrollkrets med lavt batteri er to opamp-komparatorer innlemmet i stedet for en som forenkler oppsettprosedyrene og avlaster brukeren fra de lange prosedyrene.

Med henvisning til figuren kan vi se to opamper konfigurert som komparatorer for å registrere batterispenningen og for de nødvendige avskjæringsoperasjonene.

Forutsatt at batteriet er 12V batteri, er den nedre A2 opampens 10K forhåndsinnstilling innstilt slik at utgangsstift nr. 7 blir høy logisk når batterispenningen bare krysser 11V-merket (nedre utladningsterskel), mens den øvre A1 opampens forhåndsinnstilling er justert slik at utgangen blir høy når batterispenningen berører den høyere avskårne terskelen, si ved 14,3V.

Derfor ved 11V blir A1-utgangen positiv, men på grunn av tilstedeværelsen av 1N4148-dioden forblir denne positive ineffektiv og blokkeres fra å bevege seg videre til basen av transistoren.

Batteriet fortsetter å lade, til det når 14,3V når den øvre opampen aktiverer reléet, og stopper ladetilførselen til batteriet.

Situasjonen blir øyeblikkelig låst på grunn av inkluderingen av tilbakemeldingsmotstandene over pin nr. 1 og pin nr. 3 i A1. Reléet låses i denne posisjonen med strømforsyningen helt avbrutt for batteriet.

Batteriet begynner nå å tømmes sakte via den tilkoblede lasten til det når sitt nedre utladningsnivå ved 11V når A2-utgangen blir tvunget til å gå negativ eller null. Nå blir dioden ved utgangen sin forspent og bryter sperren raskt ved å jorde låsefeedback-signalet mellom de angitte pinnene på A1.

Med denne handlingen blir reléet øyeblikkelig deaktivert og gjenopprettet til sin opprinnelige N / C-posisjon, og ladestrømmen begynner igjen å strømme mot batteriet.

Denne opamp-ladekretsen med lavt batteri kan brukes som en DC UPS-krets, også for å sikre kontinuerlig forsyning av lasten uavhengig av strømtilstedeværelse eller fravær og for å få en uavbrutt forsyning gjennom bruken.

Inngangsladeforsyningen kan anskaffes fra en regulert strømforsyning, for eksempel en LM338 konstant strøm variabel konstant spenningskrets eksternt.

Hvordan stille inn forhåndsinnstillingene

• Først hold 1k / 1N4148-tilbakemeldingen frakoblet A1-forsterkeren.
• Flytt A1 forhåndsinnstilt glidebryter til bakkenivå, og flytt A2 forhåndsinnstilt glidebryter til positivt nivå.
• Gjennom en variabel strømforsyning, bruk 14,2 V, som er fulladet nivå for et 12 V batteri på tvers av batteripunktene.
• Du finner reléet aktivert.
• Flytt nå A1-forhåndsinnstillingen sakte mot den positive siden til reléet bare deaktiveres.
• Dette setter fulladet avskåret.
• Koble nå 1k / 1N4148 tilbake slik at A1 låser reléet i den posisjonen.
• Nå sakte justerer du den variable tilførselen mot den nedre utladningsgrensen på batteriet, du vil finne at reléet fortsetter å være slått AV på grunn av ovennevnte tilbakemeldingsrespons.
• Juster strømforsyningen til det nedre terskelnivået for batteriet.
• Etter dette begynner du å flytte A2-forhåndsinnstillingen mot bakkesiden, til denne omdanner A2-utgangen til null som bryter A1-låsen, og slår PÅ reléet tilbake til lademodus.
• Det er alt, kretsen er helt satt nå, forsegle forhåndsinnstillingene i denne posisjonen.

Svarene på andre tilleggsspørsmål i forespørselen er gitt under:

Formelen for beregning av grensen for full ladning er:

Batterispenningsklasse + 20%, for eksempel 20% av 12V er 2,4, så 12 + 2,4 = 14,4V er fulladet kuttespenning for et 12V batteri

For å vite batteriets sikkerhetskopieringstid kan følgende formel brukes, som gir deg den omtrentlige sikkerhetskopieringstiden.

Backup = 0,7 (Ah / belastningsstrøm)

Et annet alternativt design for å lage en automatisk over / under-lading avskåret batteriladerkrets med to op-forsterkere, kan sees nedenfor:

Hvordan det fungerer

Forutsatt at det ikke er noe tilkoblet batteri, er relékontakten i N / C-posisjon. Derfor når strømmen slås PÅ, klarer ikke op amp-kretsen å få strøm og forblir inaktiv.

Anta at et utladet batteri er koblet over det angitte punktet, at op-amp-kretsen får strøm gjennom batteriet. Siden batteriet er på et utladet nivå, skaper det et lavt potensial ved (-) inngang til den øvre op-ampen, som kan være mindre enn (+) pinnen.

På grunn av dette går den øvre op-amp-utgangen høyt. Transistoren og reléet aktiveres, og relékontaktene beveger seg fra N / C til N / O. Dette kobler nå batteriet til inngangsstrømforsyningen, og det begynner å lade.

Når batteriet er fulladet, blir potensialet ved (-) pinnen på den øvre op-ampen høyere enn dets (+) inngang, noe som får utgangspinnen til den øvre op-ampen til å gå lavt. Dette slår umiddelbart av transistoren og reléet.

Batteriet er nå koblet fra ladetilførselen.

1N4148-dioden over (+) og utgangen fra de øvre op-amp-låsene, slik at selv om batteriet begynner å slippe, har det ingen innvirkning på relékonisjonen.

Anta imidlertid at batteriet ikke fjernes fra ladeterminalene, og en last er koblet til det slik at det begynner å tømmes.

Når batteriet lades ut under ønsket lavere nivå, blir potensialet ved pin (-) til den nedre op-ampen lavere enn (+) input-pin. Dette fører umiddelbart til at utgangen fra den nedre op-forsterkeren går høyt, noe som treffer pin3 på den øvre op-forsterkeren. Den bryter øyeblikkelig låsen, og slår på transistoren og reléet for å starte ladeprosessen igjen.

PCB-design

Legge til et nåværende kontrollstadium

Ovennevnte to design kan oppgraderes med en strømkontroll ved å legge til en MOSFET-basert strømstyringsmodul, som vist nedenfor:

R2 = 0,6 / ladestrøm

Legge til en omvendt polaritetsbeskytter

En omvendt polaritetsbeskyttelse kan inkluderes i de ovennevnte designene ved å legge en diode i serie med batteriets positive terminal. Katode vil gå batteriets positive terminal, og anode til op amp positive linje.

Vennligst sørg for å koble en 100 Ohm motstand over denne dioden, ellers vil ikke kretsen starte ladeprosessen.

Fjerne reléet

I den første opamp-baserte batteriladerdesignen kan det være mulig å eliminere reléet og betjene ladeprosessen gjennom solid state-transistorer, som vist i følgende diagram:

Hvordan kretsen fungerer

• La oss anta at A2 forhåndsinnstilling er justert til 10 V terskel, og A1 forhåndsinnstilling er justert til 14 V terskel.
• Anta at vi kobler til et batteri som er utladet i et mellomtrinn på 11 V.
• Ved denne spenningen vil pin2 på A1 være under pin3-referansepotensialet, i henhold til innstillingen av pin5 forhåndsinnstilt.
• Dette vil føre til at utgangspinnen 1 til A1 blir høy, og slår PÅ transistoren BC547 og TIP32.
• Batteriet vil nå starte lading via TIP32, til terminalspenningen når 14 V.
• Ved innstilling av den øvre forhåndsinnstillingen ved 14 V vil pin2 på A1 gå høyere enn pin3, noe som får utgangen til å bli lav.
• Dette vil umiddelbart slå av transistorene og stoppe ladeprosessen.
• Ovennevnte handling vil også låse A1 op-forsterkeren gjennom 1k / 1N4148, slik at selv om batterispenningen synker til SoC-nivået på 13 V, vil A1 fortsette å holde pin1-utgangen lav.
• Når batteriet begynner å tømmes via en utgangsbelastning, begynner terminalspenningen å synke til den har falt til 9,9 V.
• På dette nivået, i henhold til innstillingen av den nedre forhåndsinnstillingen, vil pin5 på A2 synke under pin6, og føre til at utgang pin7 blir lav.
• Dette lave ved pin7 av A2 vil trekke pin2 på A1 til nesten 0 V, slik at nå pin3 på A1 blir høyere enn pin2.
• Dette vil umiddelbart bryte A1-låsen, og utgangen fra A1 vil igjen bli høy, slik at transistoren kan slå seg på og starte ladeprosessen.
• Når batteriet når 14 V, vil prosessen gjenta syklusen igjen