دائرة شاحن البطارية أمبير مع قطع تلقائي

دائرة شاحن البطارية أمبير مع قطع تلقائي

يناقش المنشور دائرتين لشاحن البطارية يعملان بقطع تلقائي على أساس IC 741 و LM358 ، والتي ليست دقيقة فقط مع ميزاتها ولكنها تتيح أيضًا إعدادًا سريعًا وخاليًا من المتاعب لحدودها العالية / المنخفضة.



الفكرة طلبها السيد ممدوح.

أهداف الدائرة ومتطلباتها





  1. بمجرد توصيل الطاقة الخارجية تلقائيًا ، سيتم فصل البطارية وتزويد النظام ، وفي غضون ذلك يتم شحن البطارية.
  2. حماية الشحن الزائد (والتي تم تضمينها في التصميم أعلاه).
  3. مؤشرات شحن البطارية منخفضة وكاملة (والتي تم تضمينها في التصميم أعلاه).
  4. كما أنني لا أعرف ما هي الصيغة للمساعدة في كيفية تحديد الجهد المطلوب عبر بطاريتي لشحنها (سيتم استخراج البطارية من أجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة ، وسيكون الإجمالي 22 فولت مع 6 أبوات بدون تحميل)
  5. علاوة على ذلك ، لا أعرف الصيغة التي تشير إلى المدة التي ستستغرقها بطاريتي ، وكيفية حساب الوقت إذا كنت أريد بطارية تدوم لمدة ساعتين.
  6. أيضًا ، سيتم توفير مروحة وحدة المعالجة المركزية بواسطة النظام أيضًا. سيكون من الرائع أيضًا إضافة خيار باهتة ، كانت خطتي الأصلية تتنوع بين 26-30 فولت ولا تحتاج إلى أكثر من ذلك بكثير.

مخطط الرسم البياني

قطع بطارية ترحيل أمبير أمبير الدائرة

ملاحظة: يُرجى استبدال 10K في السلسلة بـ 1N4148 ، بـ 1K

التصميم

في جميع دوائر تحكم شاحن البطارية السابقة ، استخدمت opamp واحدًا لتنفيذ قطع الشحن التلقائي بالكامل ، واستخدمت مقاومًا للتباطؤ لتمكين مفتاح الشحن المنخفض المستوى ON للبطارية المتصلة.



ومع ذلك حساب المقاوم التباطؤ بشكل صحيح لتحقيق الاستعادة الدقيقة للمستوى المنخفض يصبح صعبًا بعض الشيء ويتطلب بعض جهود التجربة والخطأ التي يمكن أن تستغرق وقتًا طويلاً.

في دائرة تحكم شاحن البطاريات المنخفضة المرتفعة المقترحة أعلاه ، تم دمج مقارنين opamp بدلاً من واحد مما يبسط إجراءات الإعداد ويريح المستخدم من الإجراءات الطويلة.

بالإشارة إلى الشكل ، يمكننا أن نرى اثنين من opamps تم تكوينهما كمقارنات لاستشعار جهد البطارية ولعمليات القطع المطلوبة.

بافتراض أن البطارية عبارة عن بطارية 12 فولت ، يتم ضبط الإعداد المسبق 10K لـ A2 opamp السفلي بحيث يصبح دبوس الإخراج رقم 7 منطقيًا عاليًا عندما يتجاوز جهد البطارية علامة 11 فولت (عتبة التفريغ السفلية) ، بينما يتم ضبط الإعداد المسبق لـ A1 opamp العلوي مثل أن خرجها يرتفع عندما يلامس جهد البطارية عتبة القطع الأعلى ، لنقل 14.3 فولت.

لذلك عند 11 فولت ، يصبح خرج A1 موجبًا ولكن نظرًا لوجود الصمام الثنائي 1N4148 ، يظل هذا الإيجابي غير فعال ويمنعه من التحرك أكثر إلى قاعدة الترانزستور.

تستمر البطارية في الشحن حتى تصل إلى 14.3 فولت عندما ينشط opamp العلوي المرحل ويوقف تزويد الشحن للبطارية.

يتم إغلاق الموقف على الفور بسبب تضمين مقاومات التغذية الراجعة عبر الدبوس رقم 1 والدبوس رقم 3 من A1. يصبح المرحل مغلقًا في هذا الوضع مع انقطاع التيار الكهربائي تمامًا عن البطارية.

تبدأ البطارية الآن في التفريغ ببطء عبر الحمل المتصل حتى تصل إلى مستوى عتبة التفريغ الأدنى عند 11 فولت عندما يُجبر مخرج A2 على أن يصبح سالبًا أو صفرًا. الآن يصبح الصمام الثنائي عند خرجه متحيزًا للأمام ويكسر المزلاج بسرعة عن طريق تأريض إشارة التغذية المرتدة بين المسامير المشار إليها في A1.

مع هذا الإجراء ، يتم إلغاء تنشيط التتابع على الفور واستعادته إلى موضعه الأولي N / C ويبدأ تيار الشحن مرة أخرى في التدفق نحو البطارية.

يمكن استخدام دائرة شاحن البطارية منخفضة الارتفاع opamp هذه كدائرة DC UPS أيضًا لضمان الإمداد المستمر للحمل بغض النظر عن وجود أو غياب التيار الكهربائي والحصول على إمداد مستمر من خلال استخدامه.

يمكن الحصول على مصدر شحن المدخلات من مصدر طاقة منظم مثل دائرة الجهد المستمر المتغير المستمر LM338 خارجيًا.

كيفية ضبط الإعدادات المسبقة

  • في البداية ، احتفظ بردود الفعل 1k / 1N4148 منفصلة عن A1 op amp.
  • حرّك منزلق الإعداد المسبق A1 إلى مستوى الأرض ، وحرّك منزلق الإعداد المسبق A2 إلى المستوى الموجب.
  • من خلال مصدر طاقة متغير ، قم بتطبيق 14.2 فولت وهو مستوى الشحن الكامل لبطارية 12 فولت عبر نقاط 'البطارية'.
  • ستجد التتابع مفعلًا.
  • الآن حرك الإعداد المسبق A1 ببطء نحو الجانب الإيجابي حتى يتم إلغاء تنشيط التتابع.
  • يؤدي ذلك إلى قطع الشحن الكامل.
  • الآن ، قم بتوصيل 1k / 1N4148 للخلف بحيث يقوم A1 بإغلاق التتابع في هذا الموضع.
  • الآن قم بضبط العرض المتغير ببطء نحو الحد الأدنى من التفريغ للبطارية ، وستجد أن التتابع يستمر في إيقاف التشغيل بسبب استجابة التعليقات المذكورة أعلاه.
  • اضبط مصدر الطاقة لأسفل إلى المستوى الأدنى لتفريغ البطارية.
  • بعد ذلك ، ابدأ في تحريك الإعداد المسبق A2 نحو الجانب الأرضي ، حتى يؤدي ذلك إلى تحويل خرج A2 إلى الصفر مما يكسر قفل A1 ، ويعيد تشغيل التتابع إلى وضع الشحن.
  • هذا كل شيء ، الدائرة مضبوطة بالكامل الآن ، ختم الإعدادات المسبقة في هذا الموضع.

ترد إجابات الأسئلة الإضافية الأخرى في الطلب كما يلي:

معادلة حساب حد قطع الشحن الكامل هي:

معدل جهد البطارية + 20٪ ، على سبيل المثال 20٪ من 12V هو 2.4 ، لذا فإن 12 + 2.4 = 14.4V هو جهد قطع الشحن الكامل لبطارية 12 فولت

لمعرفة وقت النسخ الاحتياطي للبطارية ، يمكن استخدام الصيغة التالية ، والتي تمنحك الوقت التقريبي لنسخ البطارية الاحتياطية.

النسخ الاحتياطي = 0.7 (آه / الحمل الحالي)

يمكن رؤية تصميم بديل آخر لعمل دائرة شحن بطارية أوتوماتيكية فوق / تحت الشحن باستخدام مكبرين تشغيليين ، أدناه:

كيف تعمل

بافتراض عدم وجود بطارية متصلة ، يكون اتصال الترحيل في وضع N / C. لذلك عند تشغيل الطاقة ، لا تتمكن دائرة المرجع أمبير من الحصول على الطاقة وتظل غير نشطة.

الآن ، لنفترض أن البطارية المفرغة متصلة عبر النقطة المشار إليها ، يتم تشغيل دائرة المرجع أمبير من خلال البطارية. نظرًا لأن البطارية في مستوى تفريغ الشحن ، فإنها تخلق إمكانات منخفضة عند (-) مدخلات المرجع العلوي ، والتي قد تكون أقل من الدبوس (+).

نتيجة لهذا ، يرتفع خرج المرجع العلوي. يتم تنشيط الترانزستور والترحيل ، وتتحرك جهات اتصال الترحيل من N / C إلى N / O. يقوم هذا الآن بتوصيل البطارية بمصدر طاقة الإدخال ، ويبدأ الشحن.

بمجرد شحن البطارية بالكامل ، تصبح الإمكانات عند (-) دبوس المرجع العلوي أعلى من الإدخال (+) ، مما يتسبب في انخفاض دبوس الإخراج الخاص بمكبر المرجع العلوي. يؤدي هذا على الفور إلى إيقاف تشغيل الترانزستور والمرحل.

تم فصل البطارية الآن عن مصدر الشحن.

الصمام الثنائي 1N4148 عبر (+) وإخراج مزلاج المرجع العلوي ، حتى إذا بدأت البطارية في الانخفاض ، فلن يكون له أي تأثير على فتحة الترحيل.

ومع ذلك ، افترض أن البطارية لم تتم إزالتها من أطراف الشاحن ، وتم توصيل حمولة بها حتى تبدأ في التفريغ.

عندما يتم تفريغ البطارية أقل من المستوى الأدنى المطلوب ، تنخفض الإمكانات عند الطرف (-) للمكبر المرجع السفلي من دبوس الإدخال (+). يؤدي هذا على الفور إلى ارتفاع ناتج المرجع السفلي ، والذي يصل إلى pin3 من المرجع العلوي. يكسر المزلاج على الفور ، ويقوم بتشغيل الترانزستور والمرحل لبدء عملية الشحن مرة أخرى.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

opamp عالية منخفضة تصميم شاحن بطارية ثنائي الفينيل متعدد الكلور

إضافة مرحلة التحكم الحالية

يمكن ترقية التصميمين المذكورين أعلاه باستخدام عنصر تحكم حالي عن طريق إضافة وحدة تحكم تيار قائمة على MOSFET ، كما هو موضح أدناه:

R2 = 0.6 / تيار الشحن

إضافة واقي عكس القطبية

يمكن تضمين حماية قطبية عكسية في التصميمات المذكورة أعلاه عن طريق إضافة صمام ثنائي في سلسلة مع الطرف الموجب للبطارية. سيذهب الكاثود إلى الطرف الموجب للبطارية ، والأنود إلى الخط الموجب لأمبير المرجع.

يرجى التأكد من توصيل المقاوم 100 أوم عبر هذا الصمام الثنائي ، وإلا فلن تبدأ الدائرة في عملية الشحن.

إزالة التتابع

في التصميم الأول لشاحن البطاريات القائم على opamp ، قد يكون من الممكن إزالة التتابع وتشغيل عملية الشحن من خلال ترانزستورات الحالة الصلبة ، كما هو موضح في الرسم البياني التالي:

قطع بطارية الحالة الصلبة الترانزستور أمبير أمبير

كيف تعمل الدائرة

  • لنفترض أن الإعداد المسبق A2 تم ضبطه عند حد 10 فولت ، وتم ضبط الإعداد المسبق A1 عند عتبة 14 فولت.
  • لنفترض أننا قمنا بتوصيل بطارية يتم تفريغها في مرحلة وسيطة تبلغ 11 فولت.
  • عند هذا الجهد ، سيكون pin2 الخاص بـ A1 أقل من إمكاناته المرجعية pin3 ، وفقًا لإعدادات الضبط المسبق لـ pin5.
  • سيؤدي ذلك إلى ارتفاع مخرج pin1 لـ A1 ، وتشغيل الترانزستور BC547 و TIP32.
  • ستبدأ البطارية الآن في الشحن عبر TIP32 ، حتى يصل جهد طرف التوصيل إلى 14 فولت.
  • عند 14 فولت ، وفقًا لإعداد الإعداد المسبق العلوي ، سيرتفع الطرف 2 من A1 أعلى من طرفه 3 ، مما يتسبب في انخفاض الإخراج.
  • سيؤدي هذا على الفور إلى إيقاف تشغيل الترانزستورات وإيقاف عملية الشحن.
  • سيؤدي الإجراء أعلاه أيضًا إلى تثبيت A1 op amp من خلال 1k / 1N4148 بحيث حتى إذا انخفض جهد البطارية إلى مستوى SoC البالغ 13 فولت ، سيستمر A1 في إبقاء خرج pin1 منخفضًا.
  • بعد ذلك ، عندما تبدأ البطارية في التفريغ عن طريق حمل خرج ، يبدأ جهدها النهائي في الانخفاض ، حتى ينخفض ​​إلى 9.9 فولت.
  • في هذا المستوى ، وفقًا لإعدادات الضبط المسبق السفلي ، سينخفض ​​pin5 من A2 أسفل طرفه 6 ، مما يتسبب في انخفاض خرج pin7.
  • سيؤدي هذا الانخفاض عند الطرف 7 من A2 إلى سحب الدبوس 2 من A1 إلى ما يقرب من 0 فولت ، بحيث يصبح الآن الدبوس 3 من A1 أعلى من الدبوس 2.
  • سيؤدي هذا إلى كسر مزلاج A1 فورًا ، وسيرتفع خرج A1 مرة أخرى ، مما يتيح تشغيل الترانزستور وبدء عملية الشحن.
  • عندما تصل البطارية إلى 14 فولت ، ستكرر العملية الدورة مرة أخرى



السابق: كاشف الذروة البسيط لاكتشاف مستويات الجهد القصوى وعقدها التالي: دائرة مثبت الجهد المتحكم فيه PWM