دائرة شاحن البطارية باستخدام المقاومات الثابتة

تعد دائرة شاحن البطاريات الأوتوماتيكية الشاملة هذه متعددة الاستخدامات للغاية مع عملها ويمكن تكييفها لجميع أنواع شحن البطارية وحتى لتطبيق وحدة التحكم في الشحن بالطاقة الشمسية.

الميزات الرئيسية لشاحن البطاريات العالمي

يجب أن تحتوي دائرة شاحن البطاريات العالمية على الميزات الرئيسية التالية المضمنة فيها:

1) قطع تلقائي لشحن البطارية بالكامل و تلقائي البطارية ضعيفة تهيئة الشحن ، مع تحذيرات مؤشر LED المقابلة.

2) قابل للتكيف مع جميع أنواع شحن البطاريات

3) قابل للتكيف مع أي جهد معين وبطارية آه مصنفة.

4) الإخراج الحالي المتحكم فيه

5) الشحن المرحلي 3 أو 4 خطوات (اختياري)

من بين الميزات الخمسة المذكورة أعلاه ، تعد الميزات الثلاثة الأولى حاسمة وتصبح ميزات إلزامية لأي دائرة شاحن بطارية عالمية.

ومع ذلك ، إلى جانب هذه الميزات ، يجب أن يكون شاحن البطارية التلقائي مضغوطًا للغاية ورخيصًا وسهل التشغيل ، وإلا فقد يكون التصميم عديم الفائدة تمامًا للأشخاص ذوي المعرفة التقنية الأقل ، مما يؤدي إلى إلغاء العلامة 'الشاملة'.

لقد ناقشت بالفعل العديد من دوائر شحن البطاريات المتنوعة في هذا الموقع ، والتي تتضمن معظم الميزات البارزة التي قد تكون مطلوبة أساسًا لشحن البطارية بالشكل الأمثل والأمان.

استخدمت العديد من دوائر شاحن البطاريات هذه فتحة واحدة من أجل البساطة ، واستخدمت خيار التباطؤ لتنفيذ عملية استعادة شحن البطارية المنخفضة تلقائيًا.

ومع ذلك ، مع شاحن البطارية التلقائي الذي يستخدم التباطؤ في ضبط الإعداد المسبق للتغذية المرتدة أو المقاوم المتغير ، يصبح إجراءً حاسمًا وقليلًا من التعقيد خاصة بالنسبة للقادمين الجدد .. لأنه يتطلب بعض عمليات التجربة والخطأ التي لا هوادة فيها حتى يتم الانتهاء من الإعداد الصحيح.

بالإضافة إلى ذلك ، يصبح إعداد قطع الشحن الزائد أيضًا عملية شاقة لأي وافد جديد قد يحاول تحقيق النتائج بسرعة من خلال دائرة شاحن البطارية الخاصة به.

استخدام المقاومات الثابتة بدلاً من الأواني أو الإعدادات المسبقة

تركز المقالة الحالية بشكل خاص على القضية المذكورة أعلاه و يستبدل الأواني والإعدادات المسبقة بمقاومات ثابتة من أجل القضاء على التعديلات التي تستغرق وقتًا طويلاً ولضمان تصميم خالٍ من المتاعب للمستخدم النهائي أو المُنشئ.

لقد ناقشت بالفعل مقالة سابقة واحدة أوضحت بالتفصيل التباطؤ في opamps ، سنستخدم نفس المفهوم والصيغ لتصميم دائرة شاحن البطاريات العالمية المقترحة والتي نأمل أن تحل جميع الالتباسات المتعلقة ببناء دائرة شاحن بطارية مخصصة من أجل أي بطارية فريدة.

قبل أن نمضي قدمًا في شرح مثال للدائرة ، سيكون من المهم أن نفهم لماذا التباطؤ مطلوب لدائرة شاحن البطارية لدينا؟

هذا لأننا مهتمون باستخدام opamp واحد واستخدامه للكشف عن كل من عتبة التفريغ المنخفضة للبطارية بالإضافة إلى الحد الأعلى للشحن الكامل.

أهمية إضافة التخلف

في العادة ، بدون التباطؤ ، لا يمكن ضبط opamp للتشغيل عند عتبتين مختلفتين قد تكون متباعدة تمامًا ، لذلك نستخدم التباطؤ للحصول على إمكانية استخدام opamp واحد مع ميزة الكشف المزدوجة.

بالعودة إلى موضوعنا الرئيسي فيما يتعلق بتصميم دائرة شاحن بطارية عالمية مع التباطؤ ، دعنا نتعلم كيف يمكننا حساب المقاومات الثابتة ، بحيث يمكن التخلص من إجراءات الإعداد المعقدة Hi / Lo باستخدام مقاومات متغيرة أو إعدادات مسبقة.

لفهم العمليات الأساسية للتخلفية والصيغة المرتبطة بها ، نحتاج أولاً إلى الرجوع إلى الرسم التوضيحي التالي:

في الأمثلة التوضيحية أعلاه ، يمكننا أن نرى بوضوح كيف يقاوم التباطؤ Rh يتم حسابه فيما يتعلق بالمقاومات المرجعية الأخرى آر إكس و راي.

الآن دعنا نحاول تنفيذ المفهوم أعلاه في دائرة شاحن بطارية فعلية ونرى كيف يمكن حساب المعلمات ذات الصلة للحصول على الإخراج النهائي الأمثل. نأخذ المثال التالي من أ 6V شاحن بطارية الدائرة

في مخطط شاحن الحالة الصلبة هذا ، بمجرد أن يصبح الجهد الكهربي رقم 2 أعلى الجهد المرجعي للدبوس رقم 3 ، ينخفض ​​دبوس الإخراج رقم 6 ، ويوقف تشغيل TIP122 وشحن البطارية. على العكس من ذلك ، طالما بقيت إمكانات الدبوس رقم 2 أسفل الدبوس رقم 3 ، فإن إخراج opamp يحافظ على TIP122 في وضع التشغيل وتستمر البطارية في الشحن.

تنفيذ الصيغ في مثال عملي

من الصيغ التي تم التعبير عنها في القسم السابق ، يمكننا رؤية اثنين من المعلمات الحاسمة التي يجب أخذها في الاعتبار أثناء تنفيذها ضمن دائرة عملية ، كما هو موضح أدناه:

1) يجب أن يكون الجهد المرجعي المطبق على Rx و جهد إمداد opamp Vcc متساويًا وثابتًا.

2) يجب أن تكون عتبة إيقاف تشغيل البطارية العلوية المختارة للشحن الكامل ومفتاح تشغيل البطارية السفلية أقل من جهد Vcc والجهد المرجعي.

يبدو هذا صعبًا بعض الشيء لأن جهد الإمداد Vcc متصل عمومًا بالبطارية وبالتالي لا يمكن أن يكون ثابتًا ، كما لا يمكن أن يكون أقل من المرجع.

على أي حال ، لمعالجة المشكلة ، نتأكد من أن Vcc مثبت بالمستوى المرجعي ، وأن جهد البطارية الذي يجب استشعاره ينخفض ​​إلى قيمة أقل بنسبة 50٪ باستخدام شبكة مقسم محتملة بحيث تصبح أقل من Vcc ، كما هو موضح في الرسم البياني أعلاه.

يقوم المقاومان Ra و Rb بإسقاط جهد البطارية إلى قيمة أقل بنسبة 50٪ ، بينما يقوم زينر 4.7 فولت بتعيين الجهد المرجعي الثابت لـ Rx / Ry و Vcc pin # 4 من opamp. الآن تبدو الأمور جاهزة للحسابات.

لذلك دعونا نطبق التخلفية الصيغ إلى شاحن 6 فولت هذا وشاهد كيف يعمل مع مثال الدائرة هذه:

في دائرة 6V المشار إليها أعلاه ، لدينا البيانات التالية في متناول اليد:

البطارية المراد شحنها 6 فولت

نقطة القطع العلوية 7 فولت

نقطة الاستعادة السفلية 5.5 فولت.

Vcc ، والجهد المرجعي مضبوط على 4.7V (باستخدام 4.7V zener)

نختار Ra ، Rb كمقاومات 100k لتقليل قدرة البطارية 6V إلى قيمة أقل بنسبة 50٪ ، وبالتالي فإن نقطة القطع العلوية 7V تصبح الآن 3.5V (VH) ، و 5.5V الأدنى تصبح 2.75V (VL)

الآن ، نحتاج إلى معرفة قيم المقاوم التخلفية Rh بالنسبة إلى آر إكس و راي .

حسب الصيغة:

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

من 1) لدينا Rh / Rx = 3.66

Rh = 3.66Rx

لنأخذ Rx = 100 ألف و

يمكن للقيم الأخرى مثل 10K أو 4k7 أو أي شيء أن تفعله ، ولكن يصبح 100K قيمة قياسية وعالية بما يكفي للحفاظ على انخفاض الاستهلاك أكثر ملاءمة.

∴ Rh = 3.66 x 100 = 366K

باستبدال قيمة Rx هذه في 2) ، نحصل على

Ry / Rx = 2.29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ ري = 229 ألف

يمكن أيضًا تحقيق النتائج المذكورة أعلاه باستخدام برنامج حاسبة التخلفية ، فقط بالنقر فوق بضعة أزرار

هذا كل شيء ، من خلال الحسابات المذكورة أعلاه ، نجحنا في تحديد القيم الثابتة الدقيقة للمقاومات المختلفة والتي ستضمن أن بطارية 6 فولت المتصلة تنفصل تلقائيًا عند 7 فولت ، وتعيد الشحن في اللحظة التي ينخفض ​​فيها جهدها عن 5.5 فولت.

لبطاريات الجهد العالي

بالنسبة للجهد الكهربي العالي مثل تحقيق دارة بطارية عالمية بجهد 12 فولت ، 24 فولت ، 48 فولت ، يمكن تعديل التصميم الذي تمت مناقشته أعلاه ببساطة كما هو موضح أدناه ، عن طريق التخلص من مرحلة LM317

ستكون إجراءات الحساب هي نفسها تمامًا كما تم التعبير عنها في الفقرة السابقة.

لشحن البطارية ذات التيار العالي ، قد يحتاج كل من TIP122 والصمام الثنائي 1N5408 إلى ترقية مع أجهزة تيار أعلى نسبيًا ، وتغيير 4.7V zener إلى قيمة قد تكون أعلى من 50٪ من جهد البطارية.

يشير مؤشر LED الأخضر إلى حالة شحن البطارية بينما يتيح لنا مؤشر LED الأحمر معرفة متى تكون البطارية مشحونة بالكامل.

يختتم هذا المقال ، الذي يشرح بوضوح كيفية إنشاء دائرة شاحن بطارية بسيطة لكنها قابلة للتطبيق عالميًا باستخدام مقاومات ثابتة لضمان الدقة القصوى والقطع المضمون عبر نقاط العتبة المحددة ، والتي بدورها تضمن شحنًا مثاليًا وآمنًا للبطارية المتصلة.