Neste post aprendemos sobre um sensor de corrente de bateria simples com circuito indicador que detecta a quantidade de corrente consumida pela bateria durante o carregamento. Os designs apresentados também possuem um corte automático quando a bateria para de consumir corrente em seu nível de carga total.
Por que a corrente cai quando a bateria é carregada
Já sabemos que, enquanto uma bateria carrega inicialmente, ela consome maior quantidade de corrente e, à medida que atinge o nível de carga total, esse consumo começa a cair, até chegar a quase zero.
Isso acontece porque inicialmente a bateria está no estado descarregado e sua tensão é menor que a tensão da fonte. Isso causa uma diferença de potencial relativamente maior entre as duas fontes.
Devido a essa grande diferença, o potencial da fonte mais alta, que é a saída do carregador, começa a correr em direção à bateria com intensidade muito maior, fazendo com que uma quantidade maior de corrente entre na bateria.
À medida que a bateria carrega até o nível máximo, a diferença de potencial entre as duas fontes começa a se fechar, até que as duas fontes tenham níveis de tensão idênticos.
Quando isso acontece, a tensão da fonte de alimentação é incapaz de empurrar mais corrente para a bateria, resultando em um consumo de corrente reduzido.
Isso explica por que uma bateria descarregada consome mais corrente inicialmente e corrente mínima quando está totalmente carregada.
Normalmente, a maioria dos indicadores de carregamento de bateria utiliza o nível de tensão da bateria para indicar sua condição de carregamento, aqui, em vez de tensão, a magnitude da corrente (amps) é usada para medir o status de carregamento.
O uso da corrente como parâmetro de medição permite uma avaliação mais precisa do status de carga da bateria. O circuito também é capaz de indicar a saúde instantânea de uma bateria conectada, traduzindo sua capacidade de consumo de corrente enquanto está sendo carregada.
Usando o Design Simples LM338
Um circuito simples de carregador de bateria com corte de corrente pode ser construído modificando adequadamente um circuito regulador LM338 padrão, conforme mostrado abaixo:
Esqueci de adicionar um diodo na linha positiva da bateria, portanto, certifique-se de adicioná-lo conforme mostrado no diagrama corrigido a seguir.
Como funciona
O funcionamento do circuito acima é bastante simples.
Sabemos que quando o pino ADJ do IC LM338 ou LM317 está em curto com a linha de terra, o IC desliga a tensão de saída. Usamos esse recurso de desligamento ADJ para implementar o desligamento detectado atual.
Quando a alimentação de entrada é aplicada, o capacitor de 10uF desativa o primeiro BC547 para que o LM338 possa funcionar normalmente e produzir a tensão necessária para a bateria conectada.
Isso conecta a bateria e começa a carregar consumindo a quantidade especificada de corrente de acordo com sua classificação Ah.
Isso desenvolve uma diferença de potencial através do resistor sensor de corrente Rx que liga o segundo transistor BC547.
Isso garante que o primeiro BC547 conectado com o pino ADJ do IC permaneça desabilitado enquanto a bateria pode carregar normalmente.
À medida que a bateria carrega, a diferença de potencial em Rx começa a cair. Em última análise, quando a bateria está quase totalmente carregada, esse potencial cai para um nível em que se torna muito baixo para a segunda polarização da base BC547, desligando-a.
Quando o segundo BC547 desliga o primeiro BC547 liga e aterra o pino ADJ do IC.
O LM338 agora desliga completamente desconectando a bateria da fonte de carregamento.
Rx pode ser calculado usando a fórmula da lei de Ohm:
Rx = 0,6 / Corrente de Carga Mínima
Este circuito LM338 suportará bateria de até 50 Ah com o IC montado em um grande dissipador de calor. Para baterias com classificação Ah mais alta, o IC pode precisar ser atualizado com um transistor externo, conforme discutido neste artigo.
Usando IC LM324
O segundo projeto é um circuito mais elaborado usando um IC LM324 que fornece uma detecção precisa do status da bateria passo a passo e também o desligamento completo da bateria quando o consumo de corrente atinge o valor mínimo.
Como os LEDs indicam o status da bateria
Quando a bateria estiver consumindo a corrente máxima, o LED VERMELHO estará ACESO.
À medida que a bateria é carregada e a corrente em Rx cai proporcionalmente, o LED VERMELHO DESLIGARÁ e o LED VERDE será LIGADO.
À medida que a bateria é carregada, o LED verde desliga-se e o amarelo liga-se.
Em seguida, quando a bateria estiver quase totalmente carregada, o LED amarelo se apagará e o branco acenderá.
Por fim, quando a bateria estiver totalmente carregada, o LED branco também se apagará, significando que todos os LEDs serão apagados, indicando um consumo de corrente zero pela bateria devido ao status de carga total.
Operação do Circuito
Referindo-se ao circuito mostrado, podemos ver quatro opamps configurados como comparadores, onde cada op amp possui suas próprias entradas de detecção de corrente predefinidas.
Um resistor de alto watt Rx forma o componente conversor de corrente para tensão que detecta a corrente consumida pela bateria ou pela carga e a traduz em um nível de tensão correspondente e a alimenta nas entradas do amplificador operacional.
No início, a bateria consome a maior quantidade de corrente que produz a maior quantidade correspondente de queda de tensão no resistor Rx.
Os presets são configurados de tal forma que quando a bateria está consumindo a corrente máxima (nível totalmente descarregado), o pino3 não inversor de todos os 4 amplificadores operacionais tem um potencial maior que o valor de referência do pino2.
Como as saídas de todos os amplificadores operacionais estão altas neste ponto, apenas o LED VERMELHO conectado ao A4 acende enquanto o LED restante permanece desligado.
Agora, à medida que a bateria é carregada, a tensão em Rx começa a cair.
Conforme o ajuste sequencial dos presets, a tensão do pino3 A4 cai um pouco abaixo do pino2, fazendo com que a saída A4 fique baixa e o led VERMELHO se apague.
Com a saída A4 baixa, o LED da saída A3 acende.
Quando a bateria carrega um pouco mais, o potencial do pino3 do amplificador operacional A3 cai abaixo do pino2, fazendo com que a saída do A3 diminua, o que desliga o LED VERDE.
Com a saída A3 baixa, o LED da saída A2 acende.
Quando a bateria fica um pouco mais carregada, o potencial do pino3 do A3 cai abaixo do seu pino2, o que faz com que a saída do A2 se torne zero, desligando o LED amarelo.
Com a saída A2 baixa, o LED branco agora acende.
Finalmente, quando a bateria está quase totalmente carregada, o potencial no pino3 de A1 fica abaixo de seu pino2, fazendo com que a saída A1 se torne zero, e o LED branco se apaga.
Com todos os LEDs desligados, indica que a bateria está totalmente carregada e a corrente no Rx atingiu zero.
Diagrama de circuito
Lista de peças para o circuito indicador de corrente da bateria proposto
- R1 —- R5 = 1k
- P1—–P4 = 1k predefinições
- A1—–A4 = LM324 IC
- Diodo = 1N4007 ou 1N4148
- Rx = Conforme explicado abaixo
Configurando a Faixa de Detecção de Corrente
Primeiro, temos que calcular a faixa da tensão máxima e mínima desenvolvida em Rx em resposta à faixa de corrente consumida pela bateria.
Vamos supor que a bateria a ser carregada seja uma bateria de 12 V 100 Ah, e a faixa de corrente máxima pretendida para isso é de 10 amperes. E queremos que essa corrente se desenvolva em torno de 3 V em Rx.
Usando a lei de Ohm, podemos calcular o valor de Rx da seguinte maneira:
Rx = 3/10 = 0,3 Ohms
Potência = 3 x 10 = 30 watts.
Agora, 3 V é o alcance máximo em mãos. Agora, como o valor de referência no pino2 do amplificador operacional é definido usando um diodo 1N4148, o potencial no pino2 será de cerca de 0,6 V.
Portanto, a faixa mínima pode ser 0,6 V. Portanto, isso nos dá a faixa mínima e máxima entre 0,6 V e 3 V.
Temos que definir os presets de forma que em 3 V, todas as tensões do pino 3 de A1 a A4 sejam maiores que o pino 2.
Em seguida, podemos assumir que os amplificadores operacionais serão desligados na seguinte sequência:
A 2,5 V em Rx A4 a saída fica baixa, a 2 V A3 a saída fica baixa, a 1,5 V A2 a saída fica baixa, a 0,5 V A1 a saída fica baixa
Lembre-se, embora em 0,5 V em Rx todos os LEDs se apaguem, mas 0,5 V ainda pode corresponder a 1 amp de corrente sendo consumida pela bateria. Podemos considerar isso como o nível de carga flutuante e permitir que a bateria permaneça conectada por algum tempo, até finalmente removê-la.
Se você deseja que o último LED (branco) permaneça aceso até que quase zero volt seja alcançado em Rx, nesse caso, você pode remover o diodo de referência do pino 2 dos amplificadores operacionais e substituí-lo por um resistor de tal forma que este resistor junto com R5 cria uma queda de tensão de cerca de 0,2 V no pino2.
Isso garantirá que o LED branco em A1 desligue apenas quando o potencial em Rx cair abaixo de 0,2 V, o que por sua vez corresponderá a uma bateria removível e quase totalmente carregada.
Como definir as predefinições.
Para isso, você precisará de um divisor de potencial fictício construído usando um potenciômetro de 1K conectado nos terminais de alimentação, conforme mostrado abaixo.
Inicialmente, desconecte o link de preset P1—P4 do Rx e conecte-o com o pino central do potenciômetro de 1 K, conforme indicado acima.
Deslize o braço central de todas as predefinições do amplificador operacional em direção ao potenciômetro de 1K.
Agora, ajuste o potenciômetro de 1K para que 2,5V seja desenvolvido em seu braço central e no braço de aterramento. Você encontrará apenas o LED VERMELHO aceso neste momento. Em seguida, ajuste a predefinição A4 P4 para que o LED VERMELHO apague. Isso ligará instantaneamente o LED verde A3.
Depois disso, ajuste o potenciômetro de 1K para reduzir a tensão do pino central para 2V. Como acima, ajuste a predefinição de A3 P3 para que o Verde simplesmente desligue. Isto irá ligar o LED amarelo.
Em seguida, ajuste o potenciômetro de 1K para produzir 1,5V em seu pino central e ajuste a predefinição A2 P2 para que o LED amarelo apague. Isto irá ligar o LED branco.
Finalmente, ajuste o potenciômetro de 1K para reduzir o potencial do pino central para 0,5V. Ajuste a predefinição A1 P1 de forma que o LED branco se apague.
Os ajustes predefinidos acabaram e estão prontos!
Remova o potenciômetro de 1K e reconecte o link de saída predefinido de volta ao Rx como mostrado no primeiro diagrama.
Você pode começar a carregar a bateria recomendada e observar os LEDs responderem de acordo.
Adicionando um corte automático
Quando a corrente se reduz a quase zero, um relé pode ser desligado para garantir um corte automático no circuito do circuito da bateria detectado pela corrente, conforme mostrado abaixo:
Como funciona
Quando a energia é ligada, o capacitor de 10uF causa um aterramento momentâneo do potencial pin2 dos amplificadores operacionais, o que permite que a saída de todos os amplificadores operacionais seja alta.
O transistor driver do relé conectado na saída A1 liga o relé, que conecta a bateria com a fonte de carga através dos contatos N/O.
A bateria agora começa a consumir a quantidade estipulada de corrente fazendo com que o potencial necessário se desenvolva em Rx, que é detectado pelo pino3 dos amplificadores operacionais através dos respectivos presets, P1—P4.
Enquanto isso, o 10uF é carregado via R5, que restaura o valor de referência no pino2 dos amplificadores operacionais de volta para 0,6V (queda de diodo).
À medida que a bateria carrega, as saídas do amplificador operacional respondem de forma correspondente, conforme explicado anteriormente, até que a bateria fique totalmente carregada, fazendo com que a saída A1 fique baixa.
Com a saída A1 baixa, o transistor desliga o relé e a bateria é desconectada da alimentação.
Outro projeto útil de corte de bateria com detecção de corrente
O funcionamento deste projeto é realmente simples. A tensão na entrada inversora é fixada pelo pré-ajuste P1 em um nível que é um pouco menor que a queda de tensão no banco de resistores R3—R13, correspondente à corrente de carga recomendada da bateria.
Quando a energia é ligada, C2 faz com que um alto apareça na não inversão do amplificador operacional que, por sua vez, faz com que a saída do amplificador operacional fique alta e ligue o MOSFET.
O MOSFET conduz e permite que a bateria seja conectada através da fonte de carregamento, permitindo que a corrente de carregamento passe pelo banco de resistores.
Isso permite que uma tensão se desenvolva na entrada não inversora do CI, mais alta que seu pino inversor, que trava a saída do amplificador operacional em um nível alto permanente.
O MOSFET agora continua a conduzir e a bateria é carregada, até que a entrada de corrente da bateria diminua significativamente no nível de carga total da bateria. A tensão no banco de resistores agora cai, de modo que o pino inversor do amplificador operacional agora fica mais alto que o pino não inversor do amplificador operacional.
Devido a isso, a saída do amplificador operacional fica baixa, o MOSFET é desligado e o carregamento da bateria é finalmente interrompido.
Hashtags: #Circuito #Indicador #Corrente #Bateria #Corte #Carregamento #Disparado #por #Corrente
FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…
Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
Status (Ok Até agora)
Se tiver algum erro coloque nos comentários