Este circuito carregador de bateria automático universal é extremamente versátil com seu funcionamento e pode ser adaptado para todos os tipos de carregamento de bateria e até mesmo para aplicação de controlador de carga solar.
Características principais do carregador de bateria universal
Um circuito carregador de bateria universal deve ter as seguintes características principais incluídas:
1) Corte automático de carga total da bateria e inicialização automática de carregamento de bateria fraca, com avisos de indicador LED correspondentes.
2) Adaptável a todos os tipos de carregamento de bateria
3) Adaptável a qualquer voltagem e bateria com classificação AH.
4) Saída controlada por corrente
5) Etapa de carregamento 3 ou 4 etapas (opcional)
Dos 5 recursos acima, os 3 primeiros são cruciais e se tornam os recursos obrigatórios para qualquer circuito universal de carregador de bateria.
No entanto, juntamente com esses recursos, um carregador de bateria automático também deve ser extremamente compacto, barato e fácil de operar, caso contrário, o design pode ser bastante inútil para pessoas com menos conhecimento técnico, fazendo com que a tag “universal” seja anulada.
Já discuti muitos circuitos de carregador de bateria diversificados neste site, que inclui a maioria dos recursos importantes que podem ser essencialmente necessários para carregar uma bateria de maneira ideal e segura.
Muitos desses circuitos de carregador de bateria usavam um único amplificador operacional para simplificar e empregavam uma opção de histerese para implementar um processo automático de restauração de carga de bateria fraca.
No entanto, com um carregador de bateria automático usando histerese em opamp, o ajuste da predefinição de feedback ou do resistor variável torna-se um procedimento crucial e um pouco complicado, especialmente para os recém-chegados.
Além disso, a configuração do corte de sobrecarga também se torna um processo tedioso para qualquer novato que esteja tentando alcançar os resultados rapidamente com seu circuito de carregador de bateria.
Usando resistores fixos em vez de potes ou predefinições
O presente artigo foca especificamente na questão acima e substitui os potenciômetros e presets por resistores fixos a fim de eliminar os ajustes demorados e garantir um design livre de problemas para o usuário final ou construtor.
Eu já discuti um artigo anterior que explica detalhadamente a histerese em opamps, vamos usar o mesmo conceito e fórmulas para projetar o circuito de carregador de bateria universal proposto, que esperamos resolver todas as confusões relacionadas à construção de um circuito de carregador de bateria personalizado para qualquer bateria exclusiva.
Antes de prosseguirmos com uma explicação de circuito de exemplo, seria importante entender por que a histerese é necessária para o nosso circuito de carregador de bateria?
É porque estamos interessados em usar um único amplificador operacional e usá-lo para detectar tanto o limite inferior de descarga da bateria quanto o limite superior de carga total.
Importância de adicionar uma histerese
Normalmente, sem histerese, um opamp não pode ser definido para disparar em dois limites diferentes que podem ser bastante separados, portanto, empregamos histerese para obter a facilidade de usar um único opamp com um recurso de detecção dupla.
Voltando ao nosso tópico principal sobre o projeto de um circuito carregador de bateria universal com histerese, vamos aprender como podemos calcular os resistores fixos, de modo que os procedimentos complexos de configuração de corte Hi/Lo usando resistores variáveis ou presets possam ser eliminados.
Para entender as operações básicas da histerese e sua fórmula relacionada, primeiro precisamos consultar a seguinte ilustração:
Nas ilustrações de exemplo acima, podemos ver claramente como o resistor de histerese Rh é calculado em relação aos outros dois resistores de referência Rx e Ry.
Agora vamos tentar implementar o conceito acima em um circuito de carregador de bateria real e ver como os parâmetros relevantes podem ser calculados para obter a saída final otimizada. Tomamos o seguinte exemplo de um circuito de carregador de bateria de 6V
Neste diagrama de carregador de estado sólido, assim que a tensão do pino 2 se torna mais alta a tensão de referência do pino 3, o pino de saída 6 fica baixo, desligando o TIP122 e o carregamento da bateria. Por outro lado, enquanto o potencial do pino 2 permanecer abaixo do pino 3, a saída do opamp mantém o TIP122 ligado e a bateria continua a carregar.
Implementando as Fórmulas em um Exemplo Prático
A partir das fórmulas expressas na seção anterior, podemos ver alguns parâmetros cruciais que precisam ser considerados ao implementá-lo em um circuito prático, conforme indicado abaixo:
1) A tensão de referência aplicada a Rx e a tensão de alimentação do amp op Vcc devem ser iguais e constantes.
2) O limite superior de desligamento de carga total da bateria selecionado e as tensões do limite inferior de desligamento do interruptor de descarga da bateria devem ser menores que o Vcc e as tensões de referência.
Isso parece um pouco complicado porque a tensão de alimentação Vcc geralmente está conectada com a bateria e, portanto, não pode ser constante, e também não pode ser menor que a referência.
De qualquer forma, para resolver o problema, garantimos que o Vcc seja fixado com o nível de referência, e a tensão da bateria que precisa ser detectada seja reduzida para um valor 50% menor usando uma rede divisora de potencial para que se torne menor que o Vcc, como mostrado no diagrama acima.
O resistor Ra e Rb reduz a tensão da bateria para um valor proporcionalmente 50% menor, enquanto o zener de 4,7V define a tensão de referência fixa para Rx/Ry e o pino Vcc nº 4 do opamp. Agora as coisas parecem prontas para os cálculos.
Então vamos aplicar a histerese fórmulas para este carregador de 6V e veja como funciona para este circuito de exemplo:
No referido circuito de 6V acima temos os seguintes dados em mãos:
A bateria a ser carregada é de 6V
O ponto de corte superior é 7V
O ponto de restauração inferior é de 5,5V.
Vcc e a tensão de referência é definida para 4,7 V (usando 4,7 V zener)
Selecionamos Ra, Rb como resistores de 100k para reduzir o potencial da bateria de 6V para 50% menos valor, portanto, o ponto de corte superior 7V agora se torna 3,5V (VH) e os 5,5V inferiores se tornam 2,75V (VL)
Agora, precisamos descobrir os valores do resistor de histerese Rh em relação a Rx e Ry.
Conforme a fórmula:
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
De 1) temos Rh/Rx = 3,66
Rh = 3,66Rx
Vamos levar Rx = 100K,
Outros valores como 10K, 4k7 ou qualquer coisa poderiam servir, mas 100K sendo um valor padrão e alto o suficiente para manter o consumo reduzido se torna mais adequado.
∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K
Substituindo este valor de Rx em 2), obtemos
Ry/Rx = 2,29
Ry = 2,29Rx = 2,29 x 100 = 229K
∴ Ry = 229K
Os resultados acima também podem ser obtidos usando um software de calculadora de histerese, apenas clicando em alguns botões
É isso, com os cálculos acima determinamos com sucesso os valores fixos precisos dos vários resistores que garantirão que a bateria de 6V conectada se desconecte automaticamente em 7V e reinicie o carregamento no momento em que sua tensão cair abaixo de 5,5V.
Para baterias de alta tensão
Para tensões mais altas, como para alcançar o circuito de bateria universal de 12V, 24V, 48V, o projeto discutido acima pode ser simplesmente modificado conforme indicado abaixo, eliminando o estágio LM317.
Os procedimentos de cálculo serão exatamente os mesmos expressos no parágrafo anterior.
Para carregamento de bateria de alta corrente, o TIP122 e o diodo 1N5408 podem precisar ser atualizados com dispositivos de corrente proporcionalmente mais altos e alterar o zener de 4,7V para um valor que pode ser superior a 50% da tensão da bateria.
O LED verde indica o status de carregamento da bateria enquanto o LED vermelho permite saber quando a bateria está totalmente carregada.
Isso conclui o artigo, que explica claramente como fazer um circuito de carregador de bateria simples, mas universalmente aplicável, usando resistores fixos para garantir extrema precisão e cortes infalíveis nos pontos de limite definidos, o que, por sua vez, garante um carregamento perfeito e seguro para a bateria conectada.
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FONTE
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