Op amp batteriladdarkrets med automatisk avstängning

Inlägget diskuterar en två opamp IC 741- och LM358-baserade batteriladdarkretsar som inte bara är exakta med dess funktioner utan också möjliggör en problemfri och snabb inställning av dess höga / låga gränsvärden.

Idén begärdes av Mamdouh.

Kretsmål och krav

1. Så snart jag ansluter den externa strömmen automatiskt kommer den att koppla bort batteriet och mata systemet, medan batteriet laddas upp under tiden.
2. Överladdningsskydd (som ingår i ovanstående design).
3. Indikationer för lågt batterinivå och full laddning (som ingår i ovanstående design).
4. Jag vet inte heller vad som är formeln för att hjälpa mig att bestämma spänningen som krävs över mitt batteri för att ladda det med (batteriet extraheras av gamla bärbara datorer. Totalt blir 22V med 6 apm utan belastning)
5. Dessutom vet jag inte formeln för att ange hur länge mitt batteri räcker och hur man beräknar tiden om jag vill att ett batteri ska hålla i två timmar.
6. CPU-fläkten levereras också av systemet. Det skulle också vara bra att lägga till alternativet för en dimmer, min ursprungliga plan var att variera mellan 26-30 v behöver inte mycket mer än så.

Kretsschema

Obs! Ersätt 10K i serie med 1N4148 med 1K

Designen

I alla mina tidigare batteriladdarkretskretsar har jag använt en enda opamp för att utföra den fulla laddningsautomatiken och har använt ett hysteresmotstånd för att aktivera lågnivå laddningsomkopplare för det anslutna batteriet.

dock beräkna detta hysteresmotstånd rätt för att uppnå den exakta låga nivån restaurering blir något svårt och kräver en del försök och fel ansträngning som kan vara tidskrävande.

I ovannämnda föreslagna opamp-lågbatteriladdarkontrollkrets ingår två opamp-jämförare istället för en som förenklar inställningsprocedurerna och befriar användaren från de långa procedurerna.

Med hänvisning till figuren kan vi se två opamper konfigurerade som komparatorer för att känna av batterispänningen och för de nödvändiga avstängningsoperationerna.

Förutsatt att batteriet är ett 12V-batteri, är den nedre A2-opampens 10K-förinställning inställd så att dess utgångsstift # 7 blir hög logisk när batterispänningen bara passerar 11V-märket (nedre urladdningströskel), medan den övre A1-opampens förinställning justeras så att dess uteffekt blir hög när batterispänningen berör den högre avstängningströskeln, säg vid 14,3V.

Därför vid 11V blir A1-utgången positiv men på grund av närvaron av 1N4148-dioden förblir denna positiva ineffektiv och blockerad från att röra sig längre till basen av transistorn.

Batteriet fortsätter att laddas tills det når 14,3 V när den övre opampen aktiverar reläet och stoppar laddningen till batteriet.

Situationen låses omedelbart på grund av införandet av återkopplingsmotstånden över stift nr 1 och stift nr 3 i A1. Reläet låses i detta läge med försörjningen helt avstängd för batteriet.

Batteriet börjar nu långsamt urladdas via den anslutna belastningen tills det når sin nedre urladdningsnivå vid 11V när A2-utgången tvingas gå negativ eller noll. Nu blir dioden vid dess utgång förspänd framåt och bryter spärren snabbt genom att jorda spärråterkopplingssignalen mellan de angivna stiften på A1.

Med denna åtgärd avaktiveras reläet omedelbart och återställs till sitt ursprungliga N / C-läge och laddningsströmmen börjar åter att strömma mot batteriet.

Denna opamp-laddarkrets med låg hög batteriladdning kan användas som en DC UPS-krets också för att säkerställa en kontinuerlig försörjning av lasten oberoende av elnärvaro eller frånvaro och för att få en oavbruten matning genom dess användning.

Ingångsladdningsförsörjningen kan förvärvas från en reglerad strömförsörjning, såsom en LM338 konstant ström variabel konstant spänningskrets externt.

Hur man ställer in förinställningarna

• Inledningsvis hålla återkopplingen 1k / 1N4148 frånkopplad från A1-förstärkaren.
• Flytta reglaget för förinställd A1 till marknivå och flytta förinställningsreglaget för A2 till den positiva nivån.
• Genom en variabel strömförsörjning, använd 14,2 V, vilket är full laddningsnivå för ett 12 V-batteri över 'Batteripunkter'.
• Reläet kommer att aktiveras.
• Flytta nu långsamt A1-förinställningen mot den positiva sidan tills reläet bara inaktiveras.
• Detta ställer in full laddningsavbrott.
• Anslut nu 1k / 1N4148 bakåt så att A1 låser reläet i det läget.
• Justera nu långsamt den variabla matningen mot batteriets nedre urladdningsgräns. Reläet fortsätter att vara avstängt på grund av det ovan nämnda återkopplingssvaret.
• Justera strömförsörjningen till den lägre tröskelnivån för batteriladdning.
• Efter detta, börja flytta A2-förinställningen mot marksidan, tills denna vänder A2-utgången till noll vilket bryter A1-spärren och slår PÅ reläet tillbaka till laddningsläget.
• Det är allt, kretsen är helt inställd nu, försegla förinställningarna i det här läget.

Svaren på andra ytterligare frågor i begäran ges enligt:

Formeln för beräkning av gränsen för full laddning är:

Batterispänning + 20%, till exempel 20% av 12V är 2,4, så 12 + 2,4 = 14,4V är full laddningsspänning för ett 12V batteri

För att känna till batteriets säkerhetskopieringstid kan följande formel användas, vilket ger dig ungefärlig säkerhetskopieringstid.

Backup = 0,7 (Ah / belastningsström)

En annan alternativ design för att göra en automatisk över / under laddning avstängd batteriladdarkrets med två op-förstärkare kan ses nedan:

Hur det fungerar

Förutsatt att inget batteri är anslutet, är reläkontakten i N / C-läge. Därför när strömmen slås PÅ kan op amp-kretsen inte få ström och förblir inaktiv.

Antag nu att ett urladdat batteri är anslutet över den angivna punkten, så får förstärkarkretsen ström genom batteriet. Eftersom batteriet är urladdat, skapar det en låg potential vid (-) ingång för den övre förstärkaren, som kan vara mindre än (+) stiftet.

På grund av detta blir den övre op-förstärkarutgången hög. Transistorn och reläet aktiveras och reläkontakterna rör sig från N / C till N / O. Detta ansluter nu batteriet till ingångsströmförsörjningen och det börjar ladda.

När batteriet är fulladdat blir potentialen vid (-) stift i den övre op-förstärkaren högre än dess (+) ingång, vilket gör att utgångsstiften på den övre op-förstärkaren blir låg. Detta stänger direkt av transistorn och reläet.

Batteriet är nu frånkopplat från laddningsaggregatet.

1N4148-dioden över (+) och utgången från den övre op-förstärkaren spärrar så att även om batteriet börjar släppa har det ingen inverkan på reläkonitionen.

Antag dock att batteriet inte tas ut från laddningsterminalerna och att en last är ansluten till det så att det börjar urladdas.

När batteriet laddas ur under önskad lägre nivå, går potentialen vid stift (-) för den nedre op-förstärkaren lägre än dess (+) ingångsstift. Detta medför omedelbart att utgången från den nedre op-förstärkaren blir hög, vilket träffar pin3 på den övre op-förstärkaren. Den bryter omedelbart spärren och slår på transistorn och reläet för att starta laddningsprocessen igen.

PCB-design

Lägga till ett aktuellt kontrollsteg

Ovanstående två mönster kan uppgraderas med en strömstyrning genom att lägga till en MOSFET-baserad strömstyrmodul, som visas nedan:

R2 = 0,6 / laddningsström

Lägga till ett omvänd polaritetsskydd

Ett omvänd polaritetsskydd kan inkluderas i ovanstående konstruktioner genom att lägga till en diod i serie med batteriets positiva pol. Katoden kommer att gå batteriets positiva terminal och anod till op-ampens positiva linje.

Se till att ansluta ett 100 Ohm motstånd över denna diod, annars kommer kretsen inte att starta laddningsprocessen.

Ta bort reläet

I den första opampbaserade batteriladdarkonstruktionen kan det vara möjligt att eliminera reläet och driva laddningsprocessen genom halvledartransistorer, som visas i följande diagram:

Hur kretsen fungerar

• Låt oss anta att A2-förinställning justeras till 10 V-tröskel och A1-förinställning justeras till 14 V-tröskel.
• Antag att vi ansluter ett batteri som är urladdat i ett mellanstadium på 11 V.
• Vid denna spänning kommer pin2 i A1 att vara under dess pin3-referenspotential, enligt inställningen för pin5-förinställningen.
• Detta kommer att leda till att utgångsstiftet 1 på A1 blir högt och slår PÅ transistorn BC547 och TIP32.
• Batteriet startar nu laddning via TIP32 tills terminalens spänning når 14 V.
• Vid 14 V, enligt inställningen för den övre förinställningen, kommer pin2 i A1 att gå högre än dess pin3, vilket får utgången att bli låg.
• Detta stänger omedelbart av transistorerna och stoppar laddningsprocessen.
• Ovanstående åtgärd låser också A1-förstärkaren genom 1k / 1N4148 så att även om batterispänningen sjunker till SoC-nivån på 13 V, fortsätter A1 att hålla pin1-utgången låg.
• När batteriet därefter börjar urladdas via en uteffekt börjar dess utgångsspänning sjunka tills det har sjunkit till 9,9 V.
• På denna nivå, enligt inställningen för den nedre förinställningen, kommer pin5 i A2 att falla under dess pin6, vilket får dess utgång pin7 att bli låg.
• Denna låga vid pin7 i A2 kommer att dra pin2 på A1 till nästan 0 V, så att nu pin3 på A1 blir högre än dess pin2.
• Detta kommer att omedelbart bryta A1-spärren, och utmatningen från A1 kommer åter att bli hög, vilket gör det möjligt för transistorn att slå PÅ och initiera laddningsprocessen.
• När batteriet når 14 V upprepar processen processen igen