Batterieladekreis des Operationsverstärkers mit automatischer Abschaltung

In diesem Beitrag wird ein auf zwei Operationsverstärkern basierender IC 741- und LM358-basierter automatischer Abschalt-Batterieladekreis erörtert, der nicht nur hinsichtlich seiner Funktionen genau ist, sondern auch ein problemloses und schnelles Einstellen seiner Grenzwerte für hohe / niedrige Abschaltschwellen ermöglicht.

Die Idee wurde von Herrn Mamdouh angefordert.

Schaltungsziele und -anforderungen

1. Sobald ich die externe Stromversorgung automatisch anschließe, wird der Akku getrennt und das System versorgt. In der Zwischenzeit wird der Akku aufgeladen.
2. Überladeschutz (der im obigen Design enthalten ist).
3. Anzeigen für niedrigen und vollen Ladezustand des Akkus (die im obigen Design enthalten sind).
4. Ich weiß auch nicht, wie die Formel lautet, um die Spannung zu bestimmen, die an meinem Akku zum Laden erforderlich ist (der Akku wird aus alten Laptops entnommen. Insgesamt werden 22 V mit 6 Apms ohne Last benötigt).
5. Außerdem kenne ich die Formel nicht, um anzugeben, wie lange meine Batterie hält und wie die Zeit berechnet wird, wenn eine Batterie zwei Stunden halten soll.
6. Auch der CPU-Lüfter wird vom System geliefert. Es wäre auch großartig, die Option eines Dimmers hinzuzufügen. Mein ursprünglicher Plan war es, zwischen 26 und 30 V zu variieren und nicht viel mehr zu benötigen.

Schaltplan

Hinweis: Bitte ersetzen Sie die 10K in Reihe durch die 1N4148 durch eine 1K

Das Design

In allen meinen vorherigen Batterieladecontrollerschaltungen habe ich einen einzelnen Operationsverstärker verwendet, um die automatische Abschaltung bei voller Ladung auszuführen, und einen Hysteresewiderstand verwendet, um den Ladeschalter für niedrigen Ladezustand für die angeschlossene Batterie einzuschalten.

jedoch Berechnung dieses Hysteresewiderstands Das richtige Erreichen der präzisen Wiederherstellung auf niedrigem Niveau wird etwas schwierig und erfordert einige Versuche und Irrtümer, die zeitaufwändig sein können.

In der oben vorgeschlagenen Opamp Low-Batterieladegerät-Steuerschaltung sind zwei Opamp-Komparatoren anstelle eines eingebaut, was die Einrichtungsvorgänge vereinfacht und den Benutzer von den langen Vorgängen befreit.

In der Abbildung sehen wir zwei Operationsverstärker, die als Komparatoren zum Erfassen der Batteriespannung und für die erforderlichen Abschaltvorgänge konfiguriert sind.

Unter der Annahme, dass es sich bei der Batterie um eine 12-V-Batterie handelt, wird die 10K-Voreinstellung des unteren A2-Operationsverstärkers so eingestellt, dass sein Ausgangspin Nr. 7 zu einer hohen Logik wird, wenn die Batteriespannung gerade die 11-V-Marke überschreitet (untere Entladeschwelle), während die Voreinstellung des oberen A1-Operationsverstärkers so eingestellt wird dass sein Ausgang hoch geht, wenn die Batteriespannung die höhere Abschaltschwelle berührt, beispielsweise bei 14,3 V.

Daher wird der A1-Ausgang bei 11 V positiv, aber aufgrund des Vorhandenseins der 1N4148-Diode bleibt dieser positive unwirksam und kann sich nicht weiter zur Basis des Transistors bewegen.

Der Akku wird weiter aufgeladen, bis er 14,3 V erreicht, wenn der obere Operationsverstärker das Relais aktiviert und die Ladeversorgung des Akkus stoppt.

Die Situation wird sofort verriegelt, da die Rückkopplungswiderstände an Pin 1 und Pin 3 von A1 angebracht sind. Das Relais wird in dieser Position verriegelt, wobei die Versorgung der Batterie vollständig unterbrochen wird.

Die Batterie beginnt nun langsam über die angeschlossene Last zu entladen, bis sie ihren unteren Entladeschwellenwert bei 11 V erreicht, wenn der A2-Ausgang gezwungen wird, negativ oder null zu werden. Jetzt wird die Diode an ihrem Ausgang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und unterbricht schnell den Latch, indem das Latch-Rückkopplungssignal zwischen den angezeigten Pins von A1 geerdet wird.

Mit dieser Aktion wird das Relais sofort deaktiviert und in seine ursprüngliche N / C-Position zurückgesetzt, und der Ladestrom beginnt erneut, in Richtung der Batterie zu fließen.

Diese opamp low high Batterieladeschaltung kann als DC-USV-Schaltung auch verwendet werden, um eine kontinuierliche Versorgung der Last unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit des Netzes sicherzustellen und um während ihrer Verwendung eine unterbrechungsfreie Versorgung zu gewährleisten.

Die Eingangsladeversorgung könnte von einer geregelten Stromversorgung wie einem externen Konstantstrom-Konstantspannungskreis LM338 extern bezogen werden.

So stellen Sie die Voreinstellungen ein

• Lassen Sie zunächst die 1k / 1N4148-Rückmeldung vom A1-Operationsverstärker getrennt.
• Bewegen Sie den voreingestellten Schieberegler A1 auf Bodenniveau und den voreingestellten Schieberegler A2 auf den positiven Pegel.
• Legen Sie über eine variable Stromversorgung 14,2 V an, was dem vollen Ladezustand einer 12-V-Batterie über die Batteriepunkte entspricht.
• Sie werden feststellen, dass das Relais aktiviert ist.
• Bewegen Sie nun die A1-Voreinstellung langsam in Richtung der positiven Seite, bis das Relais gerade deaktiviert wird.
• Dadurch wird die volle Ladungsabschaltung eingestellt.
• Schließen Sie nun den 1k / 1N4148 wieder an, so dass der A1 das Relais in dieser Position einrastet.
• Stellen Sie nun die variable Versorgung langsam in Richtung der unteren Entladegrenze der Batterie ein. Sie werden feststellen, dass das Relais aufgrund der oben genannten Rückkopplungsreaktion weiterhin ausgeschaltet bleibt.
• Stellen Sie die Stromversorgung auf den unteren Schwellenwert für die Batterieentladung ein.
• Bewegen Sie danach die A2-Voreinstellung zur Erdungsseite, bis der A2-Ausgang auf Null gesetzt wird, wodurch die A1-Verriegelung unterbrochen wird, und schalten Sie das Relais wieder in den Lademodus.
• Das ist alles, die Schaltung ist jetzt vollständig eingestellt, versiegeln Sie die Voreinstellungen in dieser Position.

Antworten auf weitere zusätzliche Fragen in der Anfrage finden Sie unter:

Die Formel zur Berechnung der Grenzgrenze für die volle Ladung lautet:

Die Batteriespannung + 20%, zum Beispiel 20% von 12 V, beträgt 2,4, also ist 12 + 2,4 = 14,4 V die volle Ladungsabschaltspannung für eine 12 V-Batterie

Um die Batteriesicherungszeit zu ermitteln, kann die folgende Formel verwendet werden, die die ungefähre Sicherungszeit der Batterie angibt.

Backup = 0,7 (Ah / Laststrom)

Ein anderes alternatives Design zum Herstellen einer automatischen Über- / Unterladeabschaltung der Batterieladeschaltung unter Verwendung von zwei Operationsverstärkern ist unten zu sehen:

Wie es funktioniert

Vorausgesetzt, es ist keine Batterie angeschlossen, befindet sich der Relaiskontakt in der Position N / C. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, kann die Operationsverstärkerschaltung daher nicht mit Strom versorgt werden und bleibt inaktiv.

Angenommen, eine entladene Batterie ist über den angegebenen Punkt angeschlossen, und die Operationsverstärkerschaltung wird über die Batterie mit Strom versorgt. Da sich die Batterie auf einem entladenen Niveau befindet, erzeugt sie am (-) Eingang des oberen Operationsverstärkers ein niedriges Potential, das kleiner als der (+) Pin sein kann.

Aus diesem Grund wird der obere Operationsverstärkerausgang hoch. Der Transistor und das Relais werden aktiviert und die Relaiskontakte bewegen sich von N / C nach N / O. Dadurch wird der Akku jetzt mit dem Eingangsnetzteil verbunden und der Ladevorgang beginnt.

Sobald der Akku vollständig aufgeladen ist, wird das Potential am (-) Pin des oberen Operationsverstärkers höher als sein (+) Eingang, wodurch der Ausgangspin des oberen Operationsverstärkers niedrig wird. Dadurch werden der Transistor und das Relais sofort ausgeschaltet.

Der Akku ist jetzt von der Ladeversorgung getrennt.

Die 1N4148-Diode über dem (+) und dem Ausgang des oberen Operationsverstärkers rastet ein, sodass selbst wenn die Batterie zu fallen beginnt, dies keinen Einfluss auf die Relaiskonfiguration hat.

Angenommen, der Akku wird nicht aus den Ladeklemmen entfernt und eine Last daran angeschlossen, sodass er sich zu entladen beginnt.

Wenn sich die Batterie unter den gewünschten niedrigeren Pegel entlädt, ist das Potential an Pin (-) des unteren Operationsverstärkers niedriger als an seinem (+) Eingangspin. Dies führt sofort dazu, dass der Ausgang des unteren Operationsverstärkers hoch geht, was auf Pin3 des oberen Operationsverstärkers trifft. Das löst sofort die Verriegelung und schaltet den Transistor und das Relais ein, um den Ladevorgang erneut zu starten.

PCB Design

Hinzufügen einer aktuellen Kontrollstufe

Die beiden oben genannten Designs können mit einer Stromsteuerung aufgerüstet werden, indem ein MOSFET-basiertes Stromsteuerungsmodul hinzugefügt wird, wie unten gezeigt:

R2 = 0,6 / Ladestrom

Hinzufügen eines Verpolungsschutzes

Ein Verpolungsschutz kann zu den obigen Konstruktionen hinzugefügt werden, indem eine Diode in Reihe mit dem Pluspol der Batterie hinzugefügt wird. Die Kathode geht zum Pluspol der Batterie und die Anode zur Plusleitung des Operationsverstärkers.

Stellen Sie sicher, dass ein 100-Ohm-Widerstand an diese Diode angeschlossen ist, da sonst die Schaltung den Ladevorgang nicht initiiert.

Relais entfernen

Beim ersten auf einem Operationsverstärker basierenden Batterieladegerät kann es möglich sein, das Relais zu entfernen und den Ladevorgang über Festkörpertransistoren zu betreiben, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Wie die Schaltung funktioniert

• Nehmen wir an, dass die A2-Voreinstellung auf 10 V und die A1-Voreinstellung auf 14 V eingestellt ist.
• Angenommen, wir schließen eine Batterie an, die in einer Zwischenstufe von 11 V entladen ist.
• Bei dieser Spannung liegt Pin2 von A1 gemäß der Einstellung des Pin5-Presets unter seinem Pin3-Referenzpotential.
• Dies führt dazu, dass der Ausgangspin1 von A1 hoch ist und den Transistor BC547 und den TIP32 einschaltet.
• Der Akku wird nun über TIP32 aufgeladen, bis die Klemmenspannung 14 V erreicht.
• Bei 14 V wird gemäß der Einstellung der oberen Voreinstellung Pin2 von A1 höher als Pin3, wodurch der Ausgang niedrig wird.
• Dadurch werden die Transistoren sofort ausgeschaltet und der Ladevorgang gestoppt.
• Die obige Aktion verriegelt auch den A1-Operationsverstärker über den 1k / 1N4148, so dass der A1 den Pin1-Ausgang weiterhin niedrig hält, selbst wenn die Batteriespannung auf den SoC-Pegel von 13 V abfällt.
• Wenn sich die Batterie über eine Ausgangslast zu entladen beginnt, fällt ihre Klemmenspannung ab, bis sie auf 9,9 V abfällt.
• Bei diesem Pegel fällt Pin5 von A2 gemäß der Einstellung der unteren Voreinstellung unter Pin6, wodurch der Ausgangspin7 niedrig wird.
• Dieses Tief an Pin7 von A2 zieht Pin2 von A1 auf fast 0 V, so dass nun Pin3 von A1 höher als sein Pin2 wird.
• Dadurch wird die A1-Verriegelung sofort unterbrochen, und der Ausgang von A1 wird wieder hoch, sodass der Transistor einschalten und den Ladevorgang einleiten kann.
• Wenn die Batterie 14 V erreicht, wiederholt der Vorgang den Zyklus erneut