دائرة مؤشر تيار البطارية - قطع الشحن المشغل حاليًا

في هذا المنشور ، نتعرف على مستشعر تيار بطارية بسيط مزود بدائرة مؤشر تكتشف مقدار التيار الذي تستهلكه البطارية أثناء الشحن. تحتوي التصميمات المعروضة أيضًا على قطع تلقائي عندما تتوقف البطارية عن استهلاك التيار عند مستوى الشحن الكامل.

لماذا يتم شحن Current Drops مع شحن البطارية

نعلم بالفعل أنه بينما يتم شحن البطارية في البداية ، فإنها تجذب كمية أكبر من التيار ، وعندما تصل إلى مستوى الشحن الكامل ، يبدأ هذا الاستهلاك في الانخفاض ، حتى يصل إلى الصفر تقريبًا.

يحدث هذا لأن البطارية في البداية في حالة تفريغ والجهد أقل من جهد المصدر. هذا يسبب فرقًا محتملاً أكبر نسبيًا عبر المصدرين.

بسبب هذا الاختلاف الواسع ، فإن الإمكانات من المصدر الأعلى وهو خرج الشاحن ، تبدأ في الاندفاع نحو البطارية بكثافة أعلى بكثير مما يؤدي إلى دخول كمية أكبر من التيار إلى البطارية.

عندما يتم شحن البطارية إلى المستوى الكامل ، يبدأ فرق الجهد عبر المصدرين في الإغلاق ، حتى يكون للمصدرين مستويات جهد متطابقة.

عندما يحدث هذا ، فإن الجهد من مصدر الإمداد غير قادر على دفع مزيد من التيار نحو البطارية ، مما يؤدي إلى انخفاض الاستهلاك الحالي.

وهذا ما يفسر سبب سحب البطارية الفارغة مزيدًا من التيار في البداية والحد الأدنى من التيار عند الشحن الكامل.

عادةً ما تستخدم معظم مؤشرات شحن البطارية مستوى الجهد للبطارية للإشارة إلى حالة الشحن ، هنا بدلاً من الجهد ، يتم استخدام مقدار التيار (أمبير) لقياس حالة الشحن.

يتيح استخدام التيار كمعامل قياس إجراء تقييم أكثر دقة لـ البطارية تشحن الحالة. الدائرة قادرة أيضًا على الإشارة إلى الصحة الفورية للبطارية المتصلة عن طريق ترجمة قدرتها على الاستهلاك الحالية أثناء شحنها.

باستخدام تصميم بسيط LM338

يمكن بناء دائرة شاحن بطارية بقطع التيار الكهربائي البسيط عن طريق تعديل أ دائرة منظم LM338 القياسية كما هو مبين أدناه:

لقد نسيت إضافة الصمام الثنائي عند الخط الموجب للبطارية ، لذا يرجى التأكد من إضافته كما هو موضح في الرسم التخطيطي المصحح التالي.

كيف تعمل

عمل الدائرة أعلاه بسيط نوعًا ما.

نحن نعلم أنه عندما يتم تقصير دبوس ADJ الخاص بـ LM338 أو LM317 IC مع الخط الأرضي ، يقوم IC بإيقاف جهد الخرج. نستخدم ميزة إيقاف تشغيل ADJ هذه لتنفيذ إيقاف التشغيل الحالي المكتشف.

عند استخدام طاقة الإدخال ، يقوم مكثف 10 فائق التوهج بتعطيل أول BC547 حتى يتمكن LM338 من العمل بشكل طبيعي وإنتاج الجهد المطلوب للبطارية المتصلة.

يقوم هذا بتوصيل البطارية ويبدأ الشحن عن طريق سحب الكمية المحددة من التيار وفقًا لتصنيفها آه.

يؤدي هذا إلى تطوير فرق محتمل عبر المقاوم الاستشعار الحالي Rx الذي يقوم بتشغيل الترانزستور BC547 الثاني.

هذا يضمن أن أول BC547 المتصل بدبوس ADJ الخاص بـ IC يظل معطلاً أثناء السماح للبطارية بالشحن بشكل طبيعي.

أثناء شحن البطارية ، يبدأ الفرق المحتمل عبر Rx في الانخفاض. في النهاية ، عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل تقريبًا ، تنخفض هذه الإمكانية إلى مستوى حيث تصبح منخفضة جدًا بالنسبة للانحياز الثاني للقاعدة BC547 ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيلها.

عندما يتم إيقاف تشغيل BC547 الثاني ، يتم تبديل BC547 الأول ، ويؤسس دبوس ADJ الخاص بـ IC.

يتم الآن إيقاف تشغيل LM338 تمامًا بفصل البطارية عن مصدر الشحن.

يمكن حساب Rx باستخدام صيغة قانون أوم:

Rx = 0.6 / الحد الأدنى لتيار الشحن

ستدعم دائرة LM338 ما يصل إلى 50 أمبير من البطارية مع تركيب IC على مبدد حراري كبير. بالنسبة للبطاريات ذات التصنيف الأعلى من Ah ، قد يحتاج IC إلى الترقية باستخدام ترانزستور خارجي مثل نوقشت في هذه المقالة .

باستخدام IC LM324

التصميم الثاني عبارة عن دائرة أكثر تفصيلاً باستخدام LM324 إيك والذي يوفر اكتشافًا دقيقًا لحالة البطارية خطوة بخطوة وأيضًا إيقاف تشغيل البطارية بالكامل عندما يصل السحب الحالي إلى القيمة الدنيا.

كيف تشير مصابيح LED إلى حالة البطارية

عندما تستهلك البطارية الحد الأقصى للتيار ، سيكون مؤشر LED الأحمر قيد التشغيل.

عندما يتم شحن البطارية ، وينخفض ​​التيار عبر Rx بشكل متناسب ، سيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED الأحمر ، ويتم تشغيل GREEN LED.

مع زيادة شحن البطانة ، سيتم إيقاف تشغيل المصباح الأخضر ، وسيتم تشغيل اللون الأصفر.

بعد ذلك ، عندما تكون البطارية قريبة من مستوى الشحن الكامل ، سينطفئ مؤشر LED الأصفر ، وسيضيء اللون الأبيض.

أخيرًا عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل ، سيتم إيقاف تشغيل مؤشر LED الأبيض أيضًا ، مما يعني أنه سيتم إيقاف تشغيل جميع مصابيح LED ، مما يشير إلى عدم استهلاك البطارية الحالي بسبب حالة الشحن الكامل.

تشغيل الدائرة

بالإشارة إلى الدائرة الموضحة ، يمكننا أن نرى أربعة opamps تم تكوينها كمقارنات حيث يكون لكل جهاز أمبير مدخلات استشعار تيار محددة مسبقًا.

يشكل المقاوم Rx عالي الواط مكون محول التيار إلى الجهد الذي يستشعر التيار المستهلك بواسطة البطارية أو الحمل ويترجمه إلى مستوى الجهد المقابل ويغذيه إلى مدخلات opamp.

في البداية ، تستهلك البطارية أكبر قدر من التيار مما ينتج عنه أكبر قدر مماثل من انخفاض الجهد عبر المقاوم Rx.

يتم ضبط الإعدادات المسبقة بطريقة أنه عندما تستهلك البطارية الحد الأقصى من التيار (مستوى التفريغ الكامل) ، يكون للسن 3 غير المقلوب لجميع أمبير 4 أمبير إمكانات أعلى من قيمة مرجع pin2.

نظرًا لأن مخرجات جميع مضخمات التشغيل عالية في هذه المرحلة ، يضيء مؤشر LED الأحمر فقط المتصل بـ A4 بينما يظل مؤشر LED المتبقي مغلقًا.

الآن ، عندما يتم شحن البطارية ، يبدأ الجهد عبر Rx في الانخفاض.

وفقًا للتعديل المتسلسل للإعدادات المسبقة ، ينخفض ​​جهد A4 pin3 قليلاً أقل من pin2 ، مما يتسبب في انخفاض إخراج A4 ويؤدي إلى إيقاف تشغيل RED.

مع انخفاض إخراج A4 ، يضيء مؤشر إخراج A3.

عندما يتم شحن البطاريات أكثر قليلاً ، تنخفض إمكانية A3 op amps pin3 أسفل pin2 ، مما يتسبب في انخفاض خرج A3 ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل GREEN LED.

مع خرج A3 منخفض ، يضيء خرج LED A2.

عندما يتم شحن البطارية أكثر قليلاً ، تنخفض إمكانات pin3 لـ A3 تحت طرفها 2 ، مما يتسبب في أن يصبح خرج A2 صفراً ، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل مؤشر LED الأصفر.

مع انخفاض خرج A2 ، يضيء مؤشر LED الأبيض الآن.

أخيرًا ، عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل تقريبًا ، تنخفض الإمكانات الموجودة في pin3 من A1 إلى أقل من pin2 ، مما يتسبب في أن يصبح خرج A1 صفرًا ويغلق مؤشر LED الأبيض.

مع إيقاف تشغيل جميع مصابيح LED ، يشير ذلك إلى أن البطارية مشحونة بالكامل ، وأن التيار عبر Rx قد وصل إلى الصفر.

مخطط الرسم البياني

قائمة الأجزاء لدائرة مؤشر تيار البطارية المقترحة

• R1 ---- R5 = 1 كيلو
• P1 ----- P4 = 1 كيلو إعدادات مسبقة
• A1 ----- A4 = LM324 إيك
• الصمام الثنائي = 1N4007 أو 1N4148
• Rx = كما هو موضح أدناه

ضبط نطاق الاستشعار الحالي

أولاً ، علينا حساب نطاق الحد الأقصى والأدنى للجهد المطوَّر عبر Rx استجابةً لنطاق التيار الذي تستهلكه البطارية.

لنفترض أن البطارية المراد شحنها هي أ بطارية 12 فولت 100 أمبير ، والنطاق الحالي الأقصى لهذا هو 10 أمبير. ونريد أن يتطور هذا التيار حوالي 3 فولت عبر Rx.

باستخدام قانون أوم يمكننا حساب قيمة Rx بالطريقة التالية:

Rx = 3/10 = 0.3 أوم

القوة الكهربائية = 3 × 10 = 30 واط.

الآن ، 3 فولت هو أقصى مدى في متناول اليد. الآن ، نظرًا لأن قيمة المرجع في pin2 من المرجع op مضبوط باستخدام الصمام الثنائي 1N4148 ، فإن الإمكانات عند pin2 ستكون حوالي 0.6 فولت.

لذلك يمكن أن يكون النطاق الأدنى 0.6 فولت ، لذلك يعطينا هذا النطاق الأدنى والأقصى بين 0.6 فولت و 3 فولت.

يتعين علينا ضبط الإعدادات المسبقة بحيث تكون جميع الفولتية pin3 من A1 إلى A4 أعلى من الدبوس 2 عند 3 فولت.

بعد ذلك ، يمكننا افتراض إيقاف تشغيل op amps بالتسلسل التالي:

عند 2.5 فولت عبر Rx A4 ينخفض ​​الإخراج ، عند 2 فولت A3 ينخفض ​​الناتج ، عند 1.5 فولت A2 ينخفض ​​الإخراج ، عند 0.5 فولت A1 ينخفض ​​الإخراج

تذكر أنه على الرغم من إيقاف تشغيل جميع مصابيح LED عند 0.5 فولت عبر Rx ، إلا أن 0.5 فولت قد لا يزال يتوافق مع تيار 1 أمبير يتم سحبه بواسطة البطارية. يمكننا اعتبار هذا على أنه مستوى الشحن العائم ، والسماح للبطارية بالبقاء متصلة لبعض الوقت ، حتى نزيلها أخيرًا.

إذا كنت تريد أن يظل مؤشر LED الأخير (أبيض) مضاءً حتى يتم الوصول إلى صفر فولت تقريبًا عبر Rx ، في هذه الحالة يمكنك إزالة الصمام الثنائي المرجعي من pin2 من أمبير المرجع ، واستبداله بمقاوم بحيث يكون هذا المقاوم مع يخلق R5 انخفاضًا في الجهد يبلغ حوالي 0.2 فولت عند الطرف 2.

سيضمن ذلك إيقاف تشغيل مؤشر LED الأبيض عند A1 فقط عندما تنخفض الإمكانات عبر Rx إلى أقل من 0.2 فولت ، والتي بدورها تتوافق مع بطارية مشحونة بالكامل وقابلة للإزالة.

كيفية ضبط الإعدادات المسبقة.

لهذا ستحتاج إلى مقسم محتمل وهمي مبني باستخدام وعاء 1K متصل عبر محطات الإمداد كما هو موضح أدناه.

في البداية ، افصل الرابط P1 --- P4 المُعد مسبقًا من Rx وقم بتوصيله بالدبوس المركزي للوعاء 1 K ، كما هو موضح أعلاه.

حرك الذراع المركزي لجميع إعدادات المرجع المسبق باتجاه وعاء 1K.

الآن ، اضبط وعاء 1K بحيث يتم تطوير 2.5V عبر ذراعه المركزية والذراع الأرضي. ستجد فقط مؤشر LED الأحمر قيد التشغيل في هذه المرحلة. بعد ذلك ، اضبط الإعداد المسبق A4 P4 بحيث يتم إيقاف تشغيل مؤشر LED الأحمر. سيؤدي هذا على الفور إلى تشغيل A3 أخضر LED.

بعد ذلك ، اضبط وعاء 1K لتقليل جهد الدبوس المركزي إلى 2V. كما هو مذكور أعلاه ، اضبط الإعداد المسبق A3 P3 بحيث يتم إيقاف تشغيل اللون الأخضر. سيؤدي هذا إلى تشغيل مصباح LED الأصفر.

بعد ذلك ، اضبط وعاء 1K لإنتاج 1.5 فولت في دبوسه المركزي ، واضبط الإعداد المسبق A2 P2 بحيث يتم إيقاف تشغيل مؤشر LED الأصفر. سيؤدي هذا إلى تشغيل مصباح LED الأبيض.

أخيرًا ، اضبط وعاء 1K لتقليل إمكانات دبوس المركز إلى 0.5 فولت. اضبط الإعداد المسبق A1 P1 بحيث يتم إيقاف تشغيل مصباح LED الأبيض.

لقد انتهت الآن عمليات الضبط المعدة مسبقًا ونُفذت!

قم بإزالة وعاء 1K وأعد توصيل رابط الإخراج المحدد مسبقًا بـ Rx كما هو موضح في الرسم التخطيطي الأول.

يمكنك البدء في شحن البطارية الموصى بها ومشاهدة استجابة المصابيح وفقًا لذلك.

إضافة قطع تلقائي

عندما ينخفض ​​التيار إلى الصفر تقريبًا ، يمكن إيقاف تشغيل المرحل لضمان قطع تلقائي لدائرة دائرة البطارية المستشعرة حاليًا ، كما هو موضح أدناه:

كيف تعمل

عند تشغيل الطاقة ، يتسبب مكثف 10 فائق التوهج في تأريض لحظي لإمكانية pin2 لمضخمات المرجع ، مما يسمح بإخراج كل أمبير المرجع بالارتفاع.

يعمل ترانزستور برنامج التشغيل المرحل المتصل بمخرج A1 على تشغيل التتابع ، الذي يربط البطارية بمصدر الشحن عبر جهات اتصال N / O.

تبدأ البطارية الآن في سحب الكمية المنصوص عليها من التيار مما يتسبب في تطوير الإمكانات المطلوبة عبر Rx ، والتي يتم استشعارها بواسطة pin3 من أمبير المرجع عبر الإعدادات المسبقة المعنية ، P1 --- P4.

في غضون ذلك ، يتم شحن 10 فائق التوهج عبر R5 الذي يعيد القيمة المرجعية عند pin2 من المرجع إلى 0.6 فولت (انخفاض الصمام الثنائي).

أثناء شحن البطارية ، تستجيب مخرجات op amp بشكل مماثل كما هو موضح سابقًا ، حتى يتم شحن البطارية بالكامل ، مما يتسبب في انخفاض خرج A1.

مع انخفاض خرج A1 ، يقوم الترانزستور بإيقاف تشغيل المرحل ويتم فصل البطارية عن الإمداد.

تصميم آخر مفيد لقطع البطارية المستشعرة حاليًا

عمل هذا التصميم بسيط في الواقع. يتم إصلاح الجهد عند الإدخال المقلوب بواسطة الإعداد المسبق P1 عند مستوى أقل بقليل من انخفاض الجهد عبر بنك المقاوم R3 - R13 ، بما يتوافق مع تيار الشحن الموصى به للبطارية.

عند تشغيل الطاقة ، يتسبب C2 في ظهور ارتفاع في حالة عدم انعكاس المرجع الذي يؤدي بدوره إلى ارتفاع خرج المرجع أمبير وتشغيل MOSFET.

تقوم MOSFET بإجراء وتسمح بتوصيل البطارية عبر مزود الشحن ، مما يسمح لتيار الشحن بالمرور عبر بنك المقاوم.

هذا يسمح للجهد بالتطور عند المدخلات غير المقلوبة للدائرة المتكاملة ، أعلى من دبوسها المقلوب ، الذي يغلق خرج المرجع إلى ارتفاع دائم.

يستمر MOSFET الآن في العمل ويتم شحن البطارية ، حتى ينخفض ​​الاستهلاك الحالي للبطارية بشكل كبير عند مستوى الشحن الكامل للبطارية. ينخفض ​​الآن الجهد عبر بنك المقاوم ، بحيث يصبح الدبوس المقلوب لجهاز op amp الآن أعلى من الدبوس غير المقلوب لجهاز op amp.

نتيجة لذلك ، يتحول خرج المرجع op منخفض ، ويتم إيقاف تشغيل MOSFET ، ويتوقف شحن البطارية أخيرًا.