Diese universelle automatische Batterieladeschaltung ist äußerst vielseitig einsetzbar und kann für alle Arten der Batterieladung und sogar für Solarladeregleranwendungen angepasst werden.
Hauptmerkmale des Universal-Ladegeräts
Ein universeller Batterieladekreis muss die folgenden Hauptmerkmale aufweisen:
1) Automatische Abschaltung der Batterie voll aufgeladen und automatisch niedriger Batteriestatus Ladeinitialisierung mit entsprechenden LED-Anzeigewarnungen.
2) Anpassbar an alle Arten des Batterieladens
3) Anpassbar an jede gegebene Spannung und AH-Batterie.
4) Stromgesteuerter Ausgang
5) Schritt aufladen 3 oder 4 Schritte (optional)
Von den oben genannten 5 Merkmalen sind die ersten 3 entscheidend und werden zu den obligatorischen Merkmalen für jeden universellen Batterieladekreis.
Zusammen mit diesen Funktionen muss ein automatisches Ladegerät jedoch auch extrem kompakt, billig und einfach zu bedienen sein. Andernfalls könnte das Design für Leute mit weniger technischen Kenntnissen völlig unbrauchbar sein, wodurch das 'universelle' Etikett ungültig wird.
Ich habe auf dieser Website bereits viele verschiedene Batterieladekreise besprochen, die die meisten wichtigen Funktionen enthalten, die im Wesentlichen erforderlich sind, um eine Batterie optimal und sicher zu laden.
Viele dieser Batterieladekreise verwendeten der Einfachheit halber einen einzelnen Operationsverstärker und verwendeten eine Hystereseoption zum Implementieren eines automatischen Wiederherstellungsprozesses bei niedriger Batterieladung.
Bei einem automatischen Batterieladegerät mit Hysterese im Operationsverstärker wird das Einstellen der Rückkopplungsvoreinstellung oder des variablen Widerstands jedoch zu einem entscheidenden Verfahren und zu einer etwas komplizierten Angelegenheit, insbesondere für Neuankömmlinge. Da dies einen unermüdlichen Versuch und Irrtum erfordert, bis die richtige Einstellung abgeschlossen ist.
Darüber hinaus wird das Einrichten der Überladeabschaltung zu einem mühsamen Prozess für jeden Neuling, der versucht, die Ergebnisse mit seinem Batterieladekreis schnell zu erzielen.
Feste Widerstände anstelle von Töpfen oder Voreinstellungen verwenden
Der vorliegende Artikel konzentriert sich speziell auf das oben genannte Thema und Ersetzt die Potis und Presets durch feste Widerstände um zeitaufwändige Anpassungen zu vermeiden und ein problemloses Design für den Endbenutzer oder Konstrukteur zu gewährleisten.
Ich habe bereits einen früheren Artikel besprochen, in dem die Hysterese in Operationsverstärkern ausführlich erläutert wurde. Wir werden das gleiche Konzept und die gleichen Formeln für den Entwurf der vorgeschlagenen universellen Batterieladeschaltung verwenden, um hoffentlich alle Verwirrungen im Zusammenhang mit dem Aufbau einer kundenspezifischen Batterieladeschaltung für zu lösen jede einzigartige Batterie.
Bevor wir mit einer beispielhaften Schaltungserklärung fortfahren, wäre es wichtig zu verstehen warum Hysterese erforderlich ist für unsere Batterieladeschaltung?
Dies liegt daran, dass wir daran interessiert sind, einen einzelnen Operationsverstärker zu verwenden und damit sowohl die untere Entladeschwelle des Akkus als auch die obere volle Ladeschwelle zu ermitteln.
Wichtigkeit des Hinzufügens einer Hysterese
Normalerweise kann ohne Hysterese kein Opamp zum Auslösen bei zwei verschiedenen Schwellenwerten eingestellt werden, die sehr weit voneinander entfernt sein können. Daher verwenden wir Hysterese, um die Möglichkeit zu erhalten, einen einzelnen Opamp mit einer doppelten Erkennungsfunktion zu verwenden.
Kommen wir zurück zu unserem Hauptthema bezüglich des Entwurfs eines universellen Batterieladekreises mit Hysterese. Lassen Sie uns lernen, wie wir die Festwiderstände berechnen können, damit die komplexen Einrichtungsverfahren für Hi / Lo-Abschaltungen mit variablen Widerständen oder Voreinstellungen vermieden werden können.
Um die Grundoperationen der Hysterese und die zugehörige Formel zu verstehen, müssen wir uns zunächst auf die folgende Abbildung beziehen:
In den obigen Beispielabbildungen können wir deutlich sehen, wie der Hysteresewiderstand ist Rh wird in Bezug auf die beiden anderen Referenzwiderstände berechnet Rx und Ry.
Versuchen wir nun, das obige Konzept in eine tatsächliche Batterieladeschaltung zu implementieren und zu sehen, wie die relevanten Parameter berechnet werden können, um die endgültige optimierte Ausgabe zu erhalten. Wir nehmen das folgende Beispiel von a 6V Batterieladekreis
In diesem Festkörper-Ladediagramm wird der Ausgangspin Nr. 6 niedrig, sobald die Spannung von Pin 2 zu einer höheren Referenzspannung von Pin 3 wird, wodurch der TIP122 ausgeschaltet und der Akku aufgeladen wird. Umgekehrt hält der Ausgang des Operationsverstärkers den TIP122 eingeschaltet, solange das Potential von Pin 2 unter Pin 3 bleibt, und der Akku wird weiter aufgeladen.
Implementierung der Formeln in ein praktisches Beispiel
Aus den im vorherigen Abschnitt ausgedrückten Formeln können wir einige entscheidende Parameter erkennen, die bei der Implementierung in einer praktischen Schaltung berücksichtigt werden müssen, wie unten angegeben:
1) Die an Rx angelegte Referenzspannung und die Opamp-Versorgungsspannung Vcc müssen gleich und konstant sein.
2) Die ausgewählte Schwellenschwelle für das Ausschalten der oberen Batterie und die untere Schwelle für das Einschalten des unteren Batterieentladeschalters müssen niedriger sein als die Vcc- und die Referenzspannung.
Dies sieht etwas schwierig aus, da die Versorgungsspannung Vcc im Allgemeinen mit der Batterie verbunden ist und daher nicht konstant sein kann und auch nicht niedriger als die Referenz sein kann.
Um das Problem zu lösen, stellen wir sicher, dass der Vcc mit dem Referenzpegel geklemmt ist und die zu erfassende Batteriespannung unter Verwendung eines potenziellen Teilernetzwerks auf einen um 50% niedrigeren Wert abfällt, so dass sie kleiner als der Vcc wird. wie im obigen Diagramm gezeigt.
Der Widerstand Ra und Rb senken die Batteriespannung auf einen um 50% niedrigeren Wert, während der 4,7-V-Zener die feste Referenzspannung für Rx / Ry und den Vcc-Pin Nr. 4 des Operationsverstärkers einstellt. Jetzt sieht es für die Berechnungen bereit aus.
Wenden wir also die Hysterese an Formeln zu diesem 6V Ladegerät und sehen, wie es für diese Beispielschaltung funktioniert:
In der oben genannten 6-V-Schaltung haben wir die folgenden Daten zur Hand:
Der zu ladende Akku ist 6V
Der obere Grenzwert beträgt 7V
Der untere Wiederherstellungspunkt beträgt 5,5 V.
Vcc und Referenzspannung wird auf 4,7 V eingestellt (unter Verwendung eines 4,7 V-Zeners)
Wir wählen Ra, Rb als 100k-Widerstände, um das 6V-Batteriepotential auf 50% weniger zu reduzieren. Daher wird der obere Grenzwert 7V jetzt zu 3,5V (VH) und der untere 5,5V zu 2,75V (VL).
Nun müssen wir die Werte des Hysteresewiderstands herausfinden Rh in Gedenken an Rx und Ry .
Nach der Formel:
Rh / Rx = VL / VH - VL = 2,75 / 3,5 - 2,75 = 3,66 --------- 1)
∴ Rh / Rx = 3,66
Ry / Rx = VL / Vcc - VH = 2,75 / 4,7 - 3,5 = 2,29 ---------- 2)
∴ Ry / Rx = 2,29
Aus 1) haben wir Rh / Rx = 3,66
Rh = 3,66 Rx
Lass uns nehmen Rx = 100K ,
Andere Werte wie 10K, 4k7 oder irgendetwas könnten funktionieren, aber 100K ist ein Standardwert und hoch genug, um den Verbrauch zu reduzieren.
∴ Rh = 3,66 x 100 = 366 K.
Wenn wir diesen Wert von Rx in 2) einsetzen, erhalten wir
Ry / Rx = 2,29
Ry = 2,29 Rx = 2,29 x 100 = 229 K.
∴ Ry = 229 K.
Die obigen Ergebnisse können auch mit einer Hysterese-Rechner-Software erzielt werden, indem Sie einfach auf einige Schaltflächen klicken
Mit den obigen Berechnungen haben wir erfolgreich die genauen festen Werte der verschiedenen Widerstände ermittelt, die sicherstellen, dass die angeschlossene 6-V-Batterie bei 7 V automatisch abgeschaltet wird und den Ladevorgang erneut startet, sobald ihre Spannung unter 5,5 V fällt.
Für Hochspannungsbatterien
Für höhere Spannungen, wie zum Beispiel zum Erreichen eines 12 V-, 24 V-, 48 V-Universalbatterieschaltkreises, kann das oben diskutierte Design einfach wie unten angegeben modifiziert werden, indem die LM317-Stufe eliminiert wird.
Die Berechnungsverfahren sind genau die gleichen wie im vorherigen Absatz.
Zum Laden von Hochstrombatterien müssen der TIP122 und die Diode 1N5408 möglicherweise mit Geräten mit proportional höherem Strom aufgerüstet werden und der 4,7-V-Zener muss auf einen Wert geändert werden, der höher als 50% der Batteriespannung sein kann.
Die grüne LED zeigt den Ladestatus des Akkus an, während die rote LED anzeigt, wann der Akku vollständig aufgeladen ist.
Dies schließt den Artikel ab, in dem klar erklärt wird, wie eine einfache, aber universell einsetzbare Batterieladeschaltung mit festen Widerständen hergestellt werden kann, um extreme Genauigkeit und kinderleichte Grenzwerte über die eingestellten Schwellenwerte zu gewährleisten, was wiederum eine perfekte und sichere Aufladung der angeschlossenen Batterie gewährleistet.
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