วงจรไฟแสดงสถานะแบตเตอรี่ - การชาร์จที่ทริกเกอร์ปัจจุบันถูกตัดออก

ในโพสต์นี้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับเซ็นเซอร์วัดกระแสแบตเตอรี่อย่างง่ายพร้อมวงจรไฟแสดงสถานะซึ่งตรวจจับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่แบตเตอรี่ใช้ขณะชาร์จ การออกแบบที่นำเสนอยังมีระบบตัดไฟอัตโนมัติเมื่อแบตเตอรี่หยุดใช้กระแสไฟฟ้าที่ระดับการชาร์จเต็ม ..

เหตุใดกระแสไฟฟ้าจึงลดลงเมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จ

เรารู้อยู่แล้วว่าในขณะที่การชาร์จแบตเตอรี่ในตอนแรกจะดึงกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่สูงขึ้นและเมื่อถึงระดับการชาร์จเต็มการใช้พลังงานนี้จะเริ่มลดลงจนกระทั่งถึงเกือบเป็นศูนย์

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากในตอนแรกแบตเตอรี่อยู่ในสถานะคายประจุและแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด สิ่งนี้ทำให้เกิดความต่างศักย์ที่ค่อนข้างใหญ่กว่าในทั้งสองแหล่ง

เนื่องจากความแตกต่างที่กว้างนี้ศักยภาพจากแหล่งที่สูงกว่าซึ่งเป็นเอาต์พุตของเครื่องชาร์จเริ่มวิ่งเข้าหาแบตเตอรี่ด้วยความเข้มที่สูงขึ้นมากทำให้ปริมาณกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่สูงขึ้น

เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จจนเต็มความต่างศักย์ของแหล่งกำเนิดทั้งสองจะเริ่มปิดลงจนกว่าทั้งสองแหล่งจะมีระดับแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้แรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายจะไม่สามารถดันกระแสต่อไปยังแบตเตอรี่ได้ส่งผลให้การใช้กระแสไฟฟ้าลดลง

สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมแบตเตอรี่ที่หมดแล้วจึงดึงกระแสไฟฟ้าในตอนแรกและกระแสต่ำสุดมากกว่าเมื่อชาร์จเต็มแล้ว

โดยทั่วไปไฟแสดงสถานะการชาร์จแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพื่อระบุสภาพการชาร์จที่นี่แทนที่จะใช้แรงดันไฟฟ้าจะใช้ขนาดกระแส (แอมป์) ในการวัดสถานะการชาร์จ

การใช้กระแสเป็นพารามิเตอร์การวัดช่วยให้สามารถประเมินไฟล์ การชาร์จแบตเตอรี่ สถานะ. วงจรดังกล่าวยังสามารถระบุสถานะของแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อได้ทันทีโดยการแปลความสามารถในการใช้กระแสไฟฟ้าในขณะที่กำลังชาร์จ

ใช้ LM338 Simple Design

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบตัดกระแสไฟฟ้าอย่างง่ายสามารถสร้างขึ้นได้โดยการปรับเปลี่ยน a วงจรควบคุมมาตรฐาน LM338 ดังแสดงด้านล่าง:

ฉันลืมใส่ไดโอดที่สายบวกของแบตเตอรี่ดังนั้นโปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เพิ่มตามที่แสดงในแผนภาพที่แก้ไขต่อไปนี้

มันทำงานอย่างไร

การทำงานของวงจรข้างต้นค่อนข้างง่าย

เราทราบดีว่าเมื่อขา ADJ ของ LM338 หรือ LM317 IC ลัดวงจรด้วยสายกราวด์ IC จะปิดแรงดันไฟฟ้าขาออก เราใช้คุณลักษณะการปิด ADJ นี้เพื่อดำเนินการปิดระบบที่ตรวจพบในปัจจุบัน

เมื่อใช้กำลังไฟฟ้าเข้าตัวเก็บประจุ 10uF จะปิดใช้งาน BC547 แรกเพื่อให้ LM338 สามารถทำงานได้ตามปกติและสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

สิ่งนี้เชื่อมต่อแบตเตอรี่และเริ่มชาร์จโดยการวาดปริมาณกระแสที่ระบุตามระดับ Ah

สิ่งนี้จะพัฒนาความต่างศักย์ในไฟล์ ตัวต้านทานการตรวจจับปัจจุบัน Rx ซึ่งเปิดทรานซิสเตอร์ BC547 ตัวที่สอง

เพื่อให้แน่ใจว่า BC547 แรกที่เชื่อมต่อกับขา ADJ ของ IC ยังคงปิดใช้งานอยู่ในขณะที่แบตเตอรี่ได้รับอนุญาตให้ชาร์จได้ตามปกติ

เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จความต่างศักย์ระหว่าง Rx จะเริ่มลดลง ในที่สุดเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เกือบเต็มศักยภาพนี้จะลดลงถึงระดับที่ต่ำเกินไปสำหรับอคติพื้นฐาน BC547 ที่สองให้ปิดเครื่อง

เมื่อ BC547 ตัวที่สองปิดสวิตช์ BC547 ตัวแรกและต่อกราวด์พิน ADJ ของ IC

ตอนนี้ LM338 ปิดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่จากแหล่งจ่ายไฟโดยสิ้นเชิง

Rx สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรกฎของโอห์ม:

Rx = 0.6 / กระแสไฟชาร์จขั้นต่ำ

วงจร LM338 นี้รองรับแบตเตอรี่ได้สูงสุด 50 Ah โดยมี IC ที่ติดตั้งอยู่บนฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ สำหรับแบตเตอรี่ที่มีระดับ Ah สูงกว่า IC อาจต้องได้รับการอัพเกรดด้วยทรานซิสเตอร์นอกเรือเป็น กล่าวถึงในบทความนี้ .

ใช้ IC LM324

การออกแบบที่สองเป็นวงจรที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยใช้ไฟล์ LM324 ไอซี ซึ่งให้การตรวจจับสถานะแบตเตอรี่อย่างชาญฉลาดเป็นขั้นตอนที่ถูกต้องและยังปิดแบตเตอรี่อย่างสมบูรณ์เมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าต่ำสุด

ไฟ LED ระบุสถานะแบตเตอรี่อย่างไร

เมื่อแบตเตอรี่ใช้กระแสไฟฟ้าสูงสุดไฟ LED สีแดงจะติด

เมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จและกระแสไฟฟ้าใน Rx ลดลงตามสัดส่วนไฟ LED สีแดงจะดับลงและไฟ LED สีเขียวจะเปิดขึ้น

เมื่อแบทเทรย์ถูกชาร์จต่อไปไฟ LED สีเขียวจะดับลงและสีเหลืองจะสว่างขึ้น

ถัดไปเมื่อแบตเตอรี่ใกล้ระดับชาร์จเต็มไฟ LED สีเหลืองจะดับลงและสีขาวจะสว่างขึ้น

ในที่สุดเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้วไฟ LED สีขาวก็จะดับลงเช่นกันหมายความว่าไฟ LED ทั้งหมดจะดับลงซึ่งแสดงว่าแบตเตอรี่ใช้พลังงานเป็นศูนย์เนื่องจากสถานะชาร์จเต็ม

การทำงานของวงจร

อ้างอิงถึงวงจรที่แสดงเราสามารถเห็น opamps สี่ตัวที่กำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบโดยที่ op amp แต่ละตัวมีอินพุตตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า

ตัวต้านทานกำลังวัตต์สูง Rx จะสร้างส่วนประกอบของตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ใช้โดยแบตเตอรี่หรือโหลดและแปลเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันและป้อนไปยังอินพุตของ opamp

เมื่อเริ่มต้นแบตเตอรี่จะใช้กระแสไฟฟ้าสูงสุดซึ่งจะทำให้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน Rx ในปริมาณสูงสุดที่สอดคล้องกัน

ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าถูกตั้งค่าในลักษณะที่เมื่อแบตเตอรี่ใช้กระแสไฟฟ้าสูงสุด (ระดับการคายประจุจนเต็ม) พิน 3 ที่ไม่กลับด้านของ 4 ออปแอมป์ทั้งหมดจะมีศักยภาพสูงกว่าค่าอ้างอิงของพิน 2

เนื่องจากเอาท์พุตของออปแอมป์ทั้งหมดสูง ณ จุดนี้ไฟ LED สีแดงที่เชื่อมต่อกับ A4 จะสว่างขึ้นเท่านั้นในขณะที่ไฟ LED ที่เหลืออยู่จะดับลง

ตอนนี้เมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จแรงดันไฟฟ้าทั่ว Rx จะเริ่มลดลง

ตามการปรับค่าตามลำดับของค่าที่ตั้งล่วงหน้าแรงดัน A4 pin3 จะลดลงต่ำกว่าพิน 2 เล็กน้อยทำให้เอาต์พุต A4 เหลือน้อยและสีแดงจะดับลง

เมื่อเอาต์พุต A4 ต่ำไฟ LED เอาต์พุต A3 จะสว่างขึ้น

เมื่อแบตเตอรีชาร์จเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยศักย์ A3 ออปแอมป์พิน 3 จะลดลงต่ำกว่าพิน 2 ทำให้เอาท์พุตของ A3 เหลือน้อยซึ่งจะปิดไฟ LED สีเขียว

ด้วยเอาต์พุต A3 ต่ำไฟ LED เอาต์พุต A2 จะสว่างขึ้น

เมื่อแบตเตอรี่ได้รับการชาร์จเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยศักย์พิน 3 ของ A3 จะลดลงต่ำกว่าพิน 2 ซึ่งทำให้เอาต์พุตของ A2 กลายเป็นศูนย์ปิดไฟ LED สีเหลือง

ด้วยเอาต์พุต A2 ต่ำ LED สีขาวจะสว่างขึ้น

ในที่สุดเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เกือบเต็มศักยภาพที่พิน 3 ของ A1 จะอยู่ต่ำกว่าพิน 2 ทำให้เอาต์พุต A1 กลายเป็นศูนย์และไฟ LED สีขาวจะดับลง

เมื่อไฟ LED ทั้งหมดดับลงแสดงว่าแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้วและกระแสไฟฟ้าทั่ว Rx ถึงศูนย์

แผนภูมิวงจรรวม

รายการชิ้นส่วนสำหรับวงจรตัวบ่งชี้กระแสแบตเตอรี่ที่เสนอ

• R1 ---- R5 = 1 ก
• P1 ----- P4 = 1k ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Diode = 1N4007 หรือ 1N4148
• Rx = ตามที่อธิบายด้านล่าง

การตั้งค่าช่วงการตรวจจับปัจจุบัน

ขั้นแรกเราต้องคำนวณช่วงของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดที่พัฒนาขึ้นใน Rx เพื่อตอบสนองต่อช่วงของกระแสไฟฟ้าที่ใช้โดยแบตเตอรี่

สมมติว่าแบตเตอรี่ที่จะชาร์จเป็นไฟล์ แบตเตอรี่ 12 V 100 Ah และช่วงกระแสสูงสุดที่ต้องการสำหรับสิ่งนี้คือ 10 แอมป์ และเราต้องการให้กระแสนี้พัฒนาประมาณ 3 V ใน Rx

การใช้กฎของโอห์มเราสามารถคำนวณค่า Rx ได้ในลักษณะต่อไปนี้:

Rx = 3/10 = 0.3 โอห์ม

วัตต์ = 3 x 10 = 30 วัตต์

ตอนนี้ 3 V คือช่วงสูงสุดในมือ ตอนนี้เนื่องจากค่าอ้างอิงที่พิน 2 ของแอมป์ออปถูกตั้งค่าโดยใช้ไดโอด 1N4148 ศักย์ที่พิน 2 จะอยู่ที่ประมาณ 0.6 โวลต์

ดังนั้นช่วงต่ำสุดสามารถเป็น 0.6 V. ดังนั้นจึงให้ช่วงต่ำสุดและสูงสุดระหว่าง 0.6 V ถึง 3 V.

เราต้องตั้งค่าพรีเซ็ตให้ที่ 3 V แรงดันขา 3 ทั้งหมดของ A1 ถึง A4 สูงกว่าพิน 2

ต่อไปเราจะถือว่า op amps ปิดตามลำดับต่อไปนี้:

ที่ 2.5 V ในเอาต์พุต Rx A4 จะต่ำที่เอาต์พุต 2 V A3 จะต่ำที่เอาต์พุต 1.5 V A2 จะต่ำที่เอาต์พุต 0.5 V A1 จะต่ำ

โปรดจำไว้ว่าแม้ว่าที่ 0.5 V ใน Rx LED ทั้งหมดจะปิด แต่ 0.5 V อาจยังคงสอดคล้องกับกระแส 1 แอมป์ที่แบตเตอรี่ดึงออกมา เราสามารถพิจารณาว่านี่เป็นระดับการชาร์จแบบลอยตัวและปล่อยให้แบตเตอรี่ยังคงเชื่อมต่ออยู่สักระยะหนึ่งจนกว่าเราจะถอดออกในที่สุด

หากคุณต้องการให้ LED ตัวสุดท้าย (สีขาว) ยังคงสว่างอยู่จนกว่าจะถึงโวลต์เกือบเป็นศูนย์ใน Rx ในกรณีนั้นคุณสามารถถอดไดโอดอ้างอิงออกจากพิน 2 ของออปแอมป์และแทนที่ด้วยตัวต้านทานเพื่อให้ตัวต้านทานนี้พร้อมกับ R5 สร้างแรงดันไฟฟ้าตกประมาณ 0.2 V ที่พิน 2

สิ่งนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่า LED สีขาวที่ A1 จะปิดเฉพาะเมื่อศักย์ไฟฟ้าของ Rx ลดลงต่ำกว่า 0.2 V ซึ่งจะสอดคล้องกับแบตเตอรี่ที่ชาร์จและถอดออกได้เกือบเต็ม

วิธีการตั้งค่า Presets

สำหรับสิ่งนี้คุณจะต้องมีตัวแบ่งที่มีศักยภาพจำลองที่สร้างขึ้นโดยใช้หม้อ 1K ที่เชื่อมต่อผ่านขั้วจ่ายดังที่แสดงด้านล่าง

ในขั้นต้นให้ถอดลิงค์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า P1 --- P4 ออกจาก Rx และเชื่อมต่อกับพินกลางของหม้อ 1 K ตามที่ระบุไว้ด้านบน

เลื่อนแขนกลางของออปแอมป์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าไปทางหม้อ 1K

ตอนนี้ปรับหม้อ 1K เพื่อให้ 2.5V ถูกพัฒนาที่แขนกลางและแขนกราวด์ คุณจะพบเฉพาะไฟ LED สีแดงเท่านั้นที่จุดนี้ จากนั้นปรับ P4 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A4 เพื่อให้ไฟ LED สีแดงดับลง สิ่งนี้จะเปิดไฟ LED สีเขียว A3 ทันที

หลังจากนี้ให้ปรับหม้อ 1K เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าขากลางเป็น 2V ข้างต้นให้ปรับ P3 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A3 เพื่อให้สีเขียวปิด เพื่อเปิดไฟ LED สีเหลือง

จากนั้นปรับหม้อ 1K เพื่อผลิต 1.5V ที่พินกลางและปรับ A2 พรีเซ็ต P2 เพื่อให้ไฟ LED สีเหลืองดับลง เพื่อเปิดไฟ LED สีขาว

สุดท้ายให้ปรับหม้อ 1K เพื่อลดค่าพินกลางลงเหลือ 0.5V ปรับค่า A1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า P1 เพื่อให้ LED สีขาวดับลง

การปรับค่าที่ตั้งไว้สิ้นสุดลงแล้ว!

ถอดหม้อ 1K และเชื่อมต่อลิงค์เอาต์พุตที่ตั้งไว้ล่วงหน้ากลับไปที่ Rx ตามที่แสดงในแผนภาพแรก

คุณสามารถเริ่มชาร์จแบตเตอรี่ที่แนะนำและดูไฟ LED ตอบสนองตามนั้น

การเพิ่ม Auto Cut OFF

เมื่อกระแสไฟฟ้าลดลงจนเกือบเป็นศูนย์รีเลย์สามารถปิดได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการตัดวงจรแบตเตอรี่ที่ตรวจจับกระแสไฟฟ้าโดยอัตโนมัติดังที่แสดงด้านล่าง:

มันทำงานอย่างไร

เมื่อเปิดเครื่องตัวเก็บประจุ 10uF จะทำให้เกิดการต่อกราวด์ของพิน 2 ของออปแอมป์ชั่วขณะซึ่งทำให้เอาต์พุตของออปแอมป์ทั้งหมดสูงขึ้น

ทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์รีเลย์ที่เชื่อมต่อที่เอาต์พุต A1 จะเปิดรีเลย์ซึ่งเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับแหล่งจ่ายไฟผ่านหน้าสัมผัส N / O

ตอนนี้แบตเตอรี่เริ่มดึงปริมาณกระแสที่กำหนดไว้ทำให้เกิดศักยภาพที่จำเป็นในการพัฒนาข้าม Rx ซึ่งรับรู้ได้จากพิน 3 ของออปแอมป์ผ่านค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าตามลำดับคือ P1 - P4

ในระหว่างนี้ 10uF จะถูกชาร์จผ่าน R5 ซึ่งจะคืนค่าอ้างอิงที่พิน 2 ของออปแอมป์กลับไปที่ 0.6V (ไดโอดดรอป)

เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเอาต์พุตของแอมป์ op จะตอบสนองตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้จนกว่าแบตเตอรี่จะชาร์จเต็มทำให้เอาต์พุต A1 เหลือน้อย

เมื่อเอาต์พุต A1 ต่ำทรานซิสเตอร์จะปิดรีเลย์และแบตเตอรี่จะถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟ

การออกแบบการตัดแบตเตอรี่ที่ตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เป็นประโยชน์อีกแบบหนึ่ง

การออกแบบนี้เรียบง่ายจริง ๆ แรงดันไฟฟ้าที่อินพุตกลับด้านได้รับการแก้ไขโดย P1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าในระดับที่ต่ำกว่าแรงดันตกคร่อมที่ตัวต้านทานแบตเตอรี R3 --- R13 ซึ่งสอดคล้องกับกระแสชาร์จที่แนะนำของแบตเตอรี่

เมื่อเปิดเครื่อง C2 จะทำให้ค่าสูงปรากฏที่การไม่กลับด้านของ op amp ซึ่งจะทำให้เอาต์พุตของ op amp สูงขึ้นและเปิด MOSFET

MOSFET ทำหน้าที่และอนุญาตให้เชื่อมต่อแบตเตอรี่ผ่านแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้กระแสไฟชาร์จผ่านธนาคารตัวต้านทาน

สิ่งนี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าพัฒนาที่อินพุตที่ไม่กลับด้านของ IC ซึ่งสูงกว่าขากลับด้านซึ่งจะสลักเอาท์พุทของออปแอมป์เป็นค่าสูงถาวร

ขณะนี้ MOSFET ยังคงทำงานต่อไปและแบตเตอรี่จะถูกชาร์จจนกว่าปริมาณประจุไฟฟ้าในปัจจุบันของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมากที่ระดับการชาร์จเต็มของแบตเตอรี่ ตอนนี้แรงดันไฟฟ้าข้ามธนาคารตัวต้านทานลดลงดังนั้นตอนนี้ขากลับด้านของแอมป์ op จะสูงกว่าพินที่ไม่กลับด้านของแอมป์

ด้วยเหตุนี้เอาต์พุตแอมป์ของออปแอมป์จึงอยู่ในระดับต่ำ MOSFET จึงถูกปิดและในที่สุดการชาร์จแบตเตอรี่ก็หยุดลง