O post discute dois circuitos de carregador de bateria de corte automático baseados em IC 741 e LM358 que não são apenas precisos com seus recursos, mas também permitem uma configuração rápida e sem complicações de seus limites de limite de corte alto / baixo.
A ideia foi solicitada pelo Sr. Mamdouh.
Objetivos e Requisitos do Circuito
- Assim que eu conectar a alimentação externa automaticamente ela desconectará a bateria e alimentará o sistema, enquanto isso carrega a bateria.
- Proteção contra sobrecarga (incluída no design acima).
- Indicações de bateria fraca e carga completa (incluídas no design acima).
- Também não sei qual é a fórmula para ajudar a determinar a tensão necessária na minha bateria para carregá-la (a bateria será extraída de laptops antigos. O total será de 22V com 6 apms sem carga)
- Além disso, não conheço a fórmula para indicar quanto tempo minha bateria vai durar e como calcular o tempo se eu quiser que uma bateria dure duas horas.
- Além disso, o ventilador da CPU também será fornecido pelo sistema. Seria ótimo também adicionar a opção de um dimmer, meu plano original era variar entre 26-30v não precisaria muito mais que isso.
Diagrama de circuito
O design
Em todos os meus circuitos controladores de carregador de bateria anteriores, usei um único opamp para executar o corte automático de carga total e empreguei um resistor de histerese para ativar o interruptor de carregamento de baixo nível para a bateria conectada.
No entanto, calcular este resistor de histerese corretamente para alcançar a restauração precisa de baixo nível torna-se um pouco difícil e requer algum esforço de tentativa e erro que pode ser demorado.
No circuito controlador de carregador de bateria baixo alto proposto acima, dois comparadores opamp são incorporados em vez de um que simplifica os procedimentos de configuração e alivia o usuário dos longos procedimentos.
Referindo-se à figura, podemos ver dois opamps configurados como comparadores para detectar a tensão da bateria e para as operações de corte necessárias.
Assumindo que a bateria é uma bateria de 12V, a predefinição de 10K do amplificador operacional A2 inferior é definida de tal forma que seu pino de saída # 7 se torna lógico alto quando a tensão da bateria cruza a marca de 11V (limite de descarga inferior), enquanto a predefinição do amplificador operacional A1 superior é ajustada de tal forma que sua saída aumenta quando a tensão da bateria atinge o limite de corte mais alto, digamos em 14,3V.
Portanto, em 11V, a saída A1 fica positiva, mas devido à presença do diodo 1N4148, esse positivo permanece ineficaz e impedido de se mover mais para a base do transistor.
A bateria continua a carregar, até atingir 14,3V quando o opamp superior ativa o relé e interrompe o fornecimento de carregamento para a bateria.
A situação é travada instantaneamente devido à inclusão dos resistores de feedback entre o pino 1 e o pino 3 de A1. O relé fica travado nesta posição com o fornecimento completamente cortado para a bateria.
A bateria agora começa a descarregar lentamente através da carga conectada até atingir seu nível de limite de descarga mais baixo em 11V quando a saída A2 é forçada a ficar negativa ou zero. Agora, o diodo em sua saída torna-se polarizado diretamente e quebra rapidamente a trava, aterrando o sinal de feedback de travamento entre os pinos indicados de A1.
Com esta ação, o relé é desativado instantaneamente e restaurado à sua posição inicial N/C e a corrente de carga novamente começa a fluir em direção à bateria.
Este circuito de carregador de bateria baixa alta opamp pode ser usado como um circuito UPS DC também para garantir um fornecimento contínuo para a carga, independentemente da presença ou ausência da rede elétrica, e para obter um fornecimento ininterrupto durante seu uso.
A fonte de carregamento de entrada pode ser adquirida de uma fonte de alimentação regulada, como um circuito de tensão constante variável de corrente constante LM338 externamente.
Como definir as predefinições
- Inicialmente, mantenha o feedback 1k/1N4148 desconectado do amplificador operacional A1.
- Mova o controle deslizante predefinido A1 para o nível do solo e mova o controle deslizante predefinido A2 para o nível positivo.
- Através de uma fonte de alimentação variável, aplique 14,2 V que é o nível de carga total para uma bateria de 12 V nos pontos “Bateria”.
- Você encontrará o relé ativando.
- Agora mova lentamente o preset A1 para o lado positivo até que o relé seja desativado.
- Isso define o corte de carga total.
- Agora, conecte o 1k/1N4148 de volta para que o A1 trave o relé nessa posição.
- Agora ajuste lentamente a alimentação variável para o limite inferior de descarga da bateria, você descobrirá que o relé continua DESLIGADO devido à resposta de feedback mencionada acima.
- Ajuste a fonte de alimentação para o nível mais baixo do limite de descarga da bateria.
- Depois disso, comece a mover a predefinição A2 para o lado do solo, até que a saída A2 seja zero, o que quebra a trava A1 e liga o relé de volta ao modo de carregamento.
- Isso é tudo, o circuito está totalmente definido agora, sele os presets nesta posição.
As respostas para outras perguntas adicionais na solicitação são fornecidas em:
A fórmula para calcular o limite de corte de carga total é:
Classificação de tensão da bateria + 20%, por exemplo, 20% de 12V é 2,4, então 12 + 2,4 = 14,4V é a tensão de corte de carga total para uma bateria de 12V
Para saber o tempo de autonomia da bateria pode utilizar a seguinte fórmula, que lhe dá o tempo aproximado de autonomia da bateria.
Backup = 0,7 (Ah / Corrente de Carga)
Outro projeto alternativo para fazer um circuito de carregador de bateria com corte automático de carga/sobrecarga usando dois amplificadores operacionais pode ser visto abaixo:
Como funciona
Assumindo que não há bateria conectada, o contato do relé está na posição N/C. Portanto, quando a energia é ligada, o circuito do amplificador operacional não consegue ser alimentado e permanece inativo.
Agora, suponha que uma bateria descarregada esteja conectada no ponto indicado, o circuito do amplificador operacional é alimentado pela bateria. Como a bateria está descarregada, ela cria um baixo potencial na entrada (-) do amplificador operacional superior, que pode ser menor que o pino (+).
Devido a isso, a saída do amplificador operacional superior fica alta. O transistor e o relé são ativados e os contatos do relé se movem de N/C para N/O. Isso agora conecta a bateria com a fonte de alimentação de entrada e começa a carregar.
Uma vez que a bateria está totalmente carregada, o potencial no pino (-) do amplificador operacional superior torna-se maior do que sua entrada (+), fazendo com que o pino de saída do amplificador operacional superior fique baixo. Isso desliga instantaneamente o transistor e o relé.
A bateria está agora desconectada da fonte de carregamento.
O diodo 1N4148 entre o (+) e a saída do amplificador operacional superior trava para que, mesmo que a bateria comece a cair, não tenha efeito sobre a condição do relé.
No entanto, suponha que a bateria não seja removida dos terminais do carregador e uma carga seja conectada a ela para que ela comece a descarregar.
Quando a bateria descarrega abaixo do nível inferior desejado, o potencial no pino (-) do amplificador operacional inferior fica mais baixo do que o pino de entrada (+). Isso instantaneamente faz com que a saída do amplificador operacional inferior fique alta, o que atinge o pino3 do amplificador operacional superior. Isso quebra instantaneamente a trava e liga o transistor e o relé para iniciar o processo de carregamento novamente.
Projeto PCB
Adicionando um estágio de controle atual
Os dois projetos acima podem ser atualizados com um controle de corrente adicionando um módulo de controle de corrente baseado em MOSFET, conforme mostrado abaixo:
R2 = 0,6 / corrente de carga
Adicionando um protetor de polaridade reversa
Uma proteção de polaridade reversa pode ser incluída nos projetos acima adicionando um diodo em série com o terminal positivo da bateria. O cátodo irá para o terminal positivo da bateria e o ânodo para a linha positiva do amplificador operacional.
Certifique-se de conectar um resistor de 100 Ohm neste diodo, caso contrário, o circuito não iniciará o processo de carregamento.
Removendo o relé
No primeiro projeto de carregador de bateria baseado em opamp, pode ser possível eliminar o relé e operar o processo de carregamento através de transistores de estado sólido, conforme mostrado no diagrama a seguir:
Como funciona o circuito
- Vamos supor que a predefinição A2 seja ajustada no limite de 10 V e a predefinição A1 seja ajustada no limite de 14 V.
- Suponha que conectamos uma bateria descarregada em um estágio intermediário de 11 V.
- Nesta tensão o pino2 de A1 estará abaixo do seu potencial de referência do pino3, conforme a configuração do pino5 pré-ajustado.
- Isso fará com que o pino1 de saída de A1 fique alto, ligando o transistor BC547 e o TIP32.
- A bateria agora começará a carregar via TIP32, até que a tensão do terminal atinja 14 V.
- Em 14 V, conforme a configuração do preset superior, o pino2 de A1 ficará mais alto que seu pino3, fazendo com que a saída fique baixa.
- Isso desligará instantaneamente os transistores e interromperá o processo de carregamento.
- A ação acima também travará o amplificador operacional A1 através do 1k/1N4148 de modo que, mesmo que a tensão da bateria caia para o nível SoC de 13 V, o A1 continuará mantendo a saída do pino1 baixa.
- Em seguida, à medida que a bateria começa a descarregar por meio de uma carga de saída, sua tensão terminal começa a cair, até cair para 9,9 V.
- Nesse nível, de acordo com a configuração do preset inferior, o pin5 de A2 cairá abaixo de seu pin6, fazendo com que seu pin7 de saída fique baixo.
- Essa baixa no pino7 de A2 puxará o pino2 de A1 para quase 0 V, de modo que agora o pino3 de A1 fica mais alto que seu pino2.
- Isso quebrará imediatamente a trava A1 e a saída de A1 ficará alta novamente, permitindo que o transistor ligue e inicie o processo de carregamento.
- Quando a bateria atingir 14 V, o processo repetirá o ciclo novamente
Circuito de carregador de bateria automático de amplificador operacional único
Os carregadores de bateria automáticos não são econômicos, mas a proteção que eles oferecem contra sobrecarga e degradação potencial da bateria é extremamente atraente. O circuito ilustrado aqui pretende ser um substituto de baixo custo para carregadores totalmente automatizados disponíveis comercialmente. O conceito é escolher um carregador de bateria básico e instalar um módulo complementar que verificará automaticamente a condição da bateria e desligará a corrente de carga assim que a bateria estiver totalmente carregada.
Como funciona
O circuito é composto simplesmente por um comparador que verifica a tensão da bateria em relação a um valor de referência predefinido. Quando a tensão da bateria ultrapassa um determinado valor de pico, um relé é desligado, fazendo com que a corrente de carga seja encerrada. Quando a tensão da bateria cai abaixo de um determinado limite inferior especificado, o relé é ativado, permitindo que a corrente de carga flua novamente. Um amplificador operacional 741 serve como comparador. A tensão de alimentação do amplificador operacional é estabilizada por R3 e D1, portanto, é imune a flutuações na tensão da bateria.
A tensão de referência, que é fornecida à entrada não inversora do amplificador operacional através de R4 e D2, é gerada através desta fonte estabilizada. A tensão de referência é comparada com a tensão de carga da bateria, através do divisor resistivo. À medida que a bateria carrega, a tensão na entrada inversora do amplificador operacional finalmente se torna maior do que na entrada não inversora, fazendo com que a saída do amplificador operacional diminua, desligando T1 e T2. Isso faz com que o contato normalmente fechado do relé se abra, cortando a corrente de carga de entrada para a bateria.
O nível completo da bateria acenderá o LED D3 para mostrar que está completamente carregada. Uma parte da tensão de saída do amplificador operacional é enviada de volta para a entrada inversora através de P2 e R5 para desencorajar a bateria de reverter para o modo de carregamento na menor redução na tensão da bateria. O amplificador operacional, portanto, funciona da mesma maneira que um gatilho Schmitt, com P2 determinando o nível de histerese ou o potencial da bateria, onde a saída do amplificador operacional pode ficar baixa novamente.
Como configurar
A maneira mais fácil de configurar o circuito é usar uma tensão estabilizada de ajuste para simular a tensão da bateria.
Uma tensão de entrada de cerca de 14,5 V é determinada e P1 é ajustado para que o relé simplesmente desligue (abra). A tensão da ‘bateria’ é então reduzida para 12,4 V, e P2 é ajustado até que o relé seja reconectado e LIGUE. Como P1 e P2 terão efeito um no outro, a operação deve ser feita várias vezes.
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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