วงจรชาร์จแบตเตอรี่แอมป์พร้อมระบบตัดไฟอัตโนมัติ

โพสต์กล่าวถึงวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัตโนมัติที่ใช้ opamp IC 741 และ LM358 ซึ่งไม่เพียง แต่แม่นยำกับคุณสมบัติเท่านั้น แต่ยังช่วยให้การตั้งค่าขีด จำกัด การตัดสูง / ต่ำที่ไม่ยุ่งยากและรวดเร็ว

นายมัมดูห์เป็นผู้ร้องขอความคิด

วัตถุประสงค์และข้อกำหนดของวงจร

1. ทันทีที่ฉันเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกโดยอัตโนมัติมันจะตัดการเชื่อมต่อแบตเตอรี่และจ่ายระบบในขณะที่ชาร์จแบตเตอรี่
2. การป้องกันการชาร์จไฟเกิน (ซึ่งรวมอยู่ในการออกแบบข้างต้น)
3. ตัวบ่งชี้การชาร์จแบตเตอรี่ต่ำและเต็ม (ซึ่งรวมอยู่ในการออกแบบด้านบน)
4. นอกจากนี้ฉันไม่รู้ว่าอะไรคือสูตรที่จะช่วยในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ต้องใช้ในแบตเตอรี่ของฉันในการชาร์จด้วย (แบตเตอรี่จะถูกดึงออกจากแล็ปท็อปเครื่องเก่าทั้งหมดจะเป็น 22V และ 6 apms ที่ไม่มีการโหลด)
5. นอกจากนี้ฉันไม่รู้สูตรที่ระบุว่าแบตเตอรี่ของฉันจะอยู่ได้นานแค่ไหนและจะคำนวณเวลาได้อย่างไรหากฉันต้องการให้แบตเตอรี่อยู่กับฉันสองชั่วโมง
6. นอกจากนี้พัดลม cpu จะมาจากระบบด้วย จะเป็นการดีเช่นกันถ้าจะเพิ่มตัวเลือกของเครื่องหรี่แผนเดิมของฉันคือต้องแตกต่างกันระหว่าง 26-30 โวลต์ไม่จำเป็นต้องมากไปกว่านั้น

แผนภูมิวงจรรวม

หมายเหตุ: โปรดแทนที่ 10K ในซีรีส์ด้วย 1N4148 ด้วย 1K

การออกแบบ

ในวงจรควบคุมเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ก่อนหน้านี้ทั้งหมดของฉันฉันได้ใช้ opamp ตัวเดียวในการดำเนินการตัดการชาร์จอัตโนมัติเต็มรูปแบบและใช้ตัวต้านทานฮิสเทอรีซิสเพื่อเปิดใช้งานสวิตช์การชาร์จระดับต่ำสำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อ

อย่างไรก็ตาม การคำนวณตัวต้านทานฮิสเทรีซิสนี้ อย่างถูกต้องเพื่อให้ได้การฟื้นฟูระดับต่ำที่แม่นยำนั้นยากขึ้นเล็กน้อยและต้องใช้ความพยายามในการลองผิดลองถูกซึ่งอาจใช้เวลานาน

ในวงจรควบคุมเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สูงต่ำของ opamp ที่นำเสนอข้างต้นจะรวมตัวเปรียบเทียบ opamp ไว้ด้วยกันแทนที่จะเป็นวงจรที่ทำให้ขั้นตอนการตั้งค่าง่ายขึ้นและช่วยให้ผู้ใช้ไม่ต้องใช้ขั้นตอนที่ยาวนาน

จากรูปเราจะเห็น opamps สองตัวที่กำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบสำหรับตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และสำหรับการตัดการทำงานที่จำเป็น

สมมติว่าแบตเตอรี่เป็นแบตเตอรี่ 12V ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า 10K ของ A2 opamp ที่ต่ำกว่าจะถูกตั้งค่าไว้เพื่อให้ขาเอาต์พุต # 7 กลายเป็นลอจิกสูงเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ข้ามเครื่องหมาย 11V (เกณฑ์การปล่อยต่ำกว่า) ในขณะที่ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าของ A1 opamp ด้านบนจะถูกปรับเช่น ที่เอาต์พุตจะสูงเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่แตะเกณฑ์การตัดที่สูงขึ้นกล่าวที่ 14.3V

ดังนั้นที่ 11V เอาต์พุต A1 จึงเป็นบวก แต่เนื่องจากการมีไดโอด 1N4148 ทำให้ค่าบวกนี้ไม่ได้ผลและถูกปิดกั้นไม่ให้เคลื่อนที่ไปที่ฐานของทรานซิสเตอร์

แบตเตอรี่ยังคงชาร์จต่อไปจนกว่าจะถึง 14.3V เมื่อ opamp ด้านบนเปิดใช้งานรีเลย์และหยุดการจ่ายไฟชาร์จไปยังแบตเตอรี่

สถานการณ์ถูกล็อคทันทีเนื่องจากการรวมตัวต้านทานแบบป้อนกลับในพิน # 1 และพิน # 3 ของ A1 รีเลย์จะล็อคในตำแหน่งนี้โดยที่แหล่งจ่ายไฟถูกตัดโดยสิ้นเชิงสำหรับแบตเตอรี่

ตอนนี้แบตเตอรี่เริ่มคายประจุอย่างช้าๆผ่านโหลดที่เชื่อมต่อจนกว่าจะถึงระดับเกณฑ์การคายประจุที่ต่ำกว่าที่ 11V เมื่อเอาต์พุต A2 ถูกบังคับให้เป็นลบหรือเป็นศูนย์ ตอนนี้ไดโอดที่เอาต์พุตกลายเป็นเอนเอียงไปข้างหน้าและทำลายสลักอย่างรวดเร็วโดยการต่อสายดินสัญญาณตอบรับการล็อคระหว่างหมุดที่ระบุของ A1

ด้วยการกระทำนี้รีเลย์จะถูกปิดการใช้งานทันทีและกลับคืนสู่ตำแหน่ง N / C เริ่มต้นและกระแสการชาร์จจะเริ่มไหลไปยังแบตเตอรี่อีกครั้ง

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ความสูงต่ำของ opamp นี้สามารถใช้เป็นวงจร DC UPS เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่องไม่ว่าไฟจะมีหรือไม่มีและเพื่อให้ได้แหล่งจ่ายไฟที่ไม่ขาดตอนตลอดการใช้งาน

แหล่งจ่ายการชาร์จอินพุตสามารถหาได้จากแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมเช่นวงจรแรงดันคงที่คงที่ตัวแปรกระแสคงที่ LM338 ภายนอก

วิธีตั้งค่า Presets

• เริ่มต้นให้ข้อเสนอแนะ 1k / 1N4148 ตัดการเชื่อมต่อจากแอมป์ A1
• เลื่อนแถบเลื่อนที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A1 ไปที่ระดับพื้นดินและเลื่อนแถบเลื่อนที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A2 ไปที่ระดับบวก
• ผ่านแหล่งจ่ายไฟแบบแปรผันให้ใช้ 14.2 V ซึ่งเป็นระดับการชาร์จเต็มสำหรับแบตเตอรี่ 12 V ในจุด 'แบตเตอรี่'
• คุณจะพบรีเลย์เปิดใช้งาน
• ตอนนี้ค่อยๆเลื่อน A1 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าไปทางด้านบวกจนกว่ารีเลย์จะปิดการทำงาน
• นี่เป็นการตั้งค่าตัดการชาร์จเต็ม
• ตอนนี้เชื่อมต่อ 1k / 1N4148 กลับเพื่อให้ A1 สลักรีเลย์ในตำแหน่งนั้น
• ตอนนี้ค่อยๆปรับการจ่ายแบบแปรผันไปทางขีด จำกัด การปล่อยต่ำของแบตเตอรี่คุณจะพบว่ารีเลย์ยังคงปิดอยู่เนื่องจากการตอบสนองความคิดเห็นที่กล่าวถึงข้างต้น
• ปรับแหล่งจ่ายไฟลงไปที่ระดับเกณฑ์การคายประจุแบตเตอรี่ที่ต่ำกว่า
• หลังจากนี้ให้เริ่มย้าย A2 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าไปทางด้านกราวด์จนกว่าจะเปลี่ยนเอาต์พุต A2 เป็นศูนย์ซึ่งจะทำให้สลัก A1 แตกและเปิดรีเลย์กลับไปที่โหมดการชาร์จ
• นั่นคือทั้งหมดนี้วงจรถูกตั้งค่าอย่างสมบูรณ์แล้วปิดผนึกค่าที่ตั้งไว้ในตำแหน่งนี้

คำตอบสำหรับคำถามเพิ่มเติมอื่น ๆ ในคำขอมีดังต่อไปนี้:

สูตรคำนวณขีด จำกัด การตัดประจุเต็มคือ:

ระดับแรงดันแบตเตอรี่ + 20% เช่น 20% ของ 12V คือ 2.4 ดังนั้น 12 + 2.4 = 14.4V คือแรงดันไฟฟ้าที่ตัดประจุเต็มสำหรับแบตเตอรี่ 12V

หากต้องการทราบเวลาสำรองแบตเตอรี่สามารถใช้สูตรต่อไปนี้ซึ่งจะให้เวลาสำรองแบตเตอรี่โดยประมาณ

สำรอง = 0.7 (Ah / กระแสโหลด)

การออกแบบทางเลือกอื่นสำหรับการสร้างวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบตัดกระแสเกิน / ต่ำโดยอัตโนมัติโดยใช้แอมป์สองตัวสามารถดูได้ด้านล่าง:

มันทำงานอย่างไร

สมมติว่าไม่มีแบตเตอรี่เชื่อมต่ออยู่หน้าสัมผัสรีเลย์จะอยู่ที่ตำแหน่ง N / C ดังนั้นเมื่อเปิดเครื่องวงจรแอมป์ของออปแอมป์จะไม่สามารถรับพลังงานได้และไม่ทำงาน

ตอนนี้สมมติว่ามีการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่หมดแล้วในจุดที่ระบุวงจรแอมป์ของ op จะได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ เนื่องจากแบตเตอรี่อยู่ในระดับที่คายประจุออกจึงทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าต่ำที่อินพุต (-) ของแอมป์ออปด้านบนซึ่งอาจน้อยกว่าพิน (+)

ด้วยเหตุนี้เอาต์พุตของแอมป์ op ส่วนบนจึงสูง ทรานซิสเตอร์และรีเลย์จะทำงานและหน้าสัมผัสรีเลย์จะย้ายจาก N / C ไปยัง N / O ตอนนี้เชื่อมต่อแบตเตอรี่กับแหล่งจ่ายไฟเข้าและเริ่มชาร์จ

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้วศักย์ที่พิน (-) ของออปแอมป์ตัวบนจะสูงกว่าอินพุท (+) ทำให้ขาเอาต์พุตของออปแอมป์ตัวบนเหลือน้อย สิ่งนี้จะปิดทรานซิสเตอร์และรีเลย์ทันที

ตอนนี้แบตเตอรี่ถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งจ่ายไฟ

ไดโอด 1N4148 ที่อยู่ตรงข้าม (+) และเอาต์พุตของสลักแอมป์ op ด้านบนเพื่อให้แม้ว่าแบตเตอรี่จะเริ่มลดลง แต่ก็ไม่มีผลต่อโครงสร้างรีเลย์

อย่างไรก็ตามสมมติว่าไม่ได้ถอดแบตเตอรี่ออกจากขั้วเครื่องชาร์จและมีการเชื่อมต่อโหลดเพื่อให้แบตเตอรี่เริ่มคายประจุ

เมื่อแบตเตอรี่คายประจุต่ำกว่าระดับล่างที่ต้องการศักย์ไฟฟ้าที่ขา (-) ของแอมป์ออปล่างจะต่ำกว่าขาอินพุต (+) สิ่งนี้ทำให้เอาต์พุตของแอมป์ op ตัวล่างสูงขึ้นทันทีซึ่งกระทบกับพิน 3 ของออปแอมป์ตัวบน สลักจะแตกทันทีและเปิดทรานซิสเตอร์และรีเลย์เพื่อเริ่มกระบวนการชาร์จอีกครั้ง

การออกแบบ PCB

การเพิ่มขั้นตอนการควบคุมปัจจุบัน

การออกแบบสองแบบข้างต้นสามารถอัพเกรดได้ด้วยการควบคุมปัจจุบันโดยการเพิ่มโมดูลควบคุมกระแสที่ใช้ MOSFET ดังที่แสดงด้านล่าง:

R2 = 0.6 / กระแสไฟชาร์จ

การเพิ่มตัวป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับ

การป้องกันกระแสไฟฟ้าย้อนกลับสามารถรวมเข้ากับการออกแบบข้างต้นได้โดยการเพิ่มไดโอดในอนุกรมกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ แคโทดจะไปที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่และขั้วบวกไปยังสายบวกของแอมป์

โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าเชื่อมต่อตัวต้านทาน 100 โอห์มกับไดโอดนี้มิฉะนั้นวงจรจะไม่เริ่มกระบวนการชาร์จ

การถอดรีเลย์

ในการออกแบบเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบใช้ opamp ครั้งแรกอาจเป็นไปได้ที่จะกำจัดรีเลย์และดำเนินกระบวนการชาร์จผ่านโซลิดสเตททรานซิสเตอร์ดังแสดงในแผนภาพต่อไปนี้:

วงจรทำงานอย่างไร

• สมมติว่าค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A2 ถูกปรับที่เกณฑ์ 10 V และค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า A1 ถูกปรับที่เกณฑ์ 14 V
• สมมติว่าเราเชื่อมต่อแบตเตอรี่ที่คายประจุที่ระยะกลาง 11 V.
• ที่พิน 2 ของแรงดันไฟฟ้า A1 นี้จะต่ำกว่าศักยภาพอ้างอิงของพิน 3 ตามการตั้งค่าของพิน 5 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• สิ่งนี้จะทำให้พินเอาต์พุต 1 ของ A1 สูงโดยเปิดทรานซิสเตอร์ BC547 และ TIP32
• ตอนนี้แบตเตอรี่จะเริ่มชาร์จผ่าน TIP32 จนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะถึง 14 V.
• ที่ 14 V ตามการตั้งค่าของพรีเซ็ตด้านบนพิน 2 ของ A1 จะสูงกว่าพิน 3 ทำให้เอาต์พุตลดลงต่ำ
• การดำเนินการนี้จะปิดทรานซิสเตอร์ทันทีและหยุดกระบวนการชาร์จ
• การดำเนินการข้างต้นจะล็อค A1 op amp ผ่าน 1k / 1N4148 ดังนั้นแม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลงถึงระดับ SoC ที่ 13 V แต่ A1 จะยังคงให้เอาต์พุต pin1 ต่ำต่อไป
• จากนั้นเมื่อแบตเตอรี่เริ่มคายประจุผ่านโหลดเอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าขั้วของแบตเตอรี่จะเริ่มลดลงจนกว่าจะลดลงเหลือ 9.9 V.
• ที่ระดับนี้ตามการตั้งค่าของพรีเซ็ตที่ต่ำกว่าพิน 5 ของ A2 จะลดลงต่ำกว่าพิน 6 ทำให้พินเอาต์พุต 7 ลดลงต่ำ
• ต่ำสุดที่พิน 7 ของ A2 จะดึงพิน 2 ของ A1 ไปเกือบ 0 V ดังนั้นตอนนี้พิน 3 ของ A1 จะสูงกว่าพิน 2
• สิ่งนี้จะทำให้สลัก A1 แตกทันทีและเอาต์พุตของ A1 จะสูงขึ้นอีกครั้งทำให้ทรานซิสเตอร์สามารถเปิดและเริ่มกระบวนการชาร์จได้
• เมื่อแบตเตอรี่ถึง 14 V กระบวนการจะวนซ้ำอีกครั้ง