Aquest circuit de carregador de bateries automàtic universal és extremadament versàtil amb el seu funcionament i es pot adaptar per a tot tipus de càrrega de bateries i fins i tot per a aplicacions de controlador de càrrega solar.
Característiques principals del carregador de bateria universal
Un circuit de carregador de bateria universal ha de contenir les funcions principals següents:
1) Tall automàtic de càrrega completa de la bateria i automàtic bateria baixa inicialització de càrrega, amb els corresponents avisos d'indicadors LED.
2) Adaptable a tot tipus de càrrega de la bateria
3) Adaptable a qualsevol voltatge i bateria nominal AH.
4) Sortida controlada per corrent
5) Càrrega pas a pas 3 o 4 passos (opcional)
De les 5 funcions anteriors, les 3 primeres són crucials i esdevenen les funcions obligatòries de qualsevol circuit de carregador de bateria universal.
Tanmateix, juntament amb aquestes funcions, el carregador de bateria automàtic també ha de ser extremadament compacte, barat i fàcil d’operar, en cas contrari, el disseny podria ser inútil per a persones amb menys coneixements tècnics, cosa que fa que l’etiqueta “universal” quedi anul·lada.
Ja he comentat molts circuits de carregadors de bateries diversificats en aquest lloc web, que inclou la majoria de les funcions més destacades que poden ser necessàries per carregar una bateria de forma òptima i segura.
Molts d'aquests circuits de carregador de bateria utilitzaven una sola opamp per motius de simplicitat i utilitzaven una opció d'histèresi per implementar un procés automàtic de restauració de la càrrega de la bateria baixa.
Tanmateix, amb un carregador de bateria automàtic que utilitza histèresi en opamp, ajustar la configuració predeterminada de retroalimentació o la resistència variable es converteix en un procediment crucial i un assumpte una mica complicat, especialment per als nouvinguts, ja que requereix un procés incessant d’assaig i error fins que es finalitzi la configuració correcta.
A més, configurar el tall de sobrecàrrega també es converteix en un procés tediós per a qualsevol nouvingut que pugui intentar obtenir els resultats ràpidament amb el circuit del carregador de bateria.
Ús de resistències fixes en lloc de potes o presets
El present article se centra específicament en el número anterior i substitueix els testos i presets per resistències fixes per tal d'eliminar els ajustos que requereixen molt de temps i per garantir un disseny sense problemes per a l'usuari o constructor final.
Ja he comentat un article anterior que explicava exhaustivament la histèresi en opamps, utilitzarem el mateix concepte i les mateixes fórmules per dissenyar el circuit de carregador de bateria universal proposat que esperem que resolgui totes les confusions relacionades amb la construcció d’un circuit de carregador de bateria personalitzat per a qualsevol bateria única.
Abans de seguir endavant amb una explicació del circuit d’exemple, seria important entendre-ho per què es requereix la histèresi pel nostre circuit de carregador de bateria?
Es deu al fet que estem interessats en utilitzar un sol opamp i utilitzar-lo per detectar tant el llindar de descàrrega inferior de la bateria com el llindar superior de càrrega completa.
Importància d'afegir una histèresi
Normalment, sense histèresi, no es pot configurar un opamp per activar-lo a dos llindars diferents que poden estar força separats, per tant, fem servir histèresi per obtenir la possibilitat d’utilitzar un sol opamp amb una funció de detecció dual.
Tornant al nostre tema principal sobre el disseny d’un circuit de carregador de bateria universal amb histèresi, aprenem com podem calcular les resistències fixes, de manera que es pot eliminar el complex Hi / Lo que tallava els procediments de configuració mitjançant resistències variables o presets.
Per entendre les operacions bàsiques de la histèresi i la seva fórmula relacionada, primer hem de fer referència a la següent il·lustració:
A les il·lustracions d’exemple anteriors, podem veure clarament com resisteix la histèresi Rh es calcula respecte a les altres dues resistències de referència Rx i Ry.
Ara intentem implementar el concepte anterior en un circuit de carregador de bateria real i vegem com es poden calcular els paràmetres rellevants per obtenir la sortida final optimitzada. Prenem el següent exemple de Circuit carregador de bateria de 6V
En aquest diagrama de carregador d’estat sòlid, tan bon punt el voltatge del pin 2 es converteix en un voltatge de referència del pin 3 més alt, el pin de sortida # 6 es baixa, apagant el TIP122 i la càrrega de la bateria. Per contra, mentre el potencial del pin 2 es mantingui per sota del pin 3, la sortida de l’opamp manté el TIP122 encès i la bateria continua carregant-se.
Implementació de les fórmules en un exemple pràctic
A partir de les fórmules expressades a la secció anterior, podem veure un parell de paràmetres crucials que cal tenir en compte a l’hora d’implementar-los dins d’un circuit pràctic, tal com es dóna a continuació:
1) La tensió de referència aplicada a Rx i la tensió d'alimentació opamp Vcc han de ser iguals i constants.
2) El llindar d’apagat de càrrega completa de la bateria superior seleccionat i els voltatges del llindar ON de l’interruptor de descàrrega inferior de la bateria han de ser inferiors als voltatges Vcc i de referència.
Això sembla una mica complicat perquè la tensió d'alimentació Vcc generalment està connectada a la bateria i, per tant, no pot ser constant i tampoc pot ser inferior a la referència.
De totes maneres, per solucionar el problema, ens assegurem que el Vcc estigui fixat amb el nivell de referència i que el voltatge de la bateria que cal detectar es redueixi a un valor inferior al 50% mitjançant una xarxa divisòria potencial, de manera que sigui inferior al Vcc, tal com es mostra al diagrama anterior.
La resistència Ra i Rb redueix la tensió de la bateria a un valor proporcional del 50% inferior, mentre que el zener de 4,7 V estableix la tensió de referència fixa per a Rx / Ry i el pin Vcc # 4 de l’opamp. Ara les coses semblen preparades per als càlculs.
Per tant, apliquem la histèresi fórmules a aquest carregador de 6V i vegeu com funciona per a aquest exemple de circuit:
Al circuit de 6V esmentat anteriorment tenim a la mà les dades següents:
La bateria que es carregarà és de 6 V.
El punt de tall superior és de 7V
El punt inferior de restauració és de 5,5 V.
Vcc, i el voltatge de referència s'estableix en 4,7 V (mitjançant un zener de 4,7 V)
Seleccionem Ra, Rb com a resistències de 100 k per reduir el potencial de la bateria de 6 V a un 50% menys de valor, per tant, el punt de tall superior 7 V ara es converteix en 3,5 V (VH) i el 5,5 V inferior es converteix en 2,75 V (VL)
Ara, hem d’esbrinar els valors de la resistència d’histèresi Rh amb respecte a Rx i Ry .
Segons la fórmula:
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
A partir de 1) tenim Rh / Rx = 3,66
Rh = 3,66 Rx
Prenem Rx = 100.000 ,
Altres valors com 10K, 4k7 o qualsevol cosa podrien fer-ho, però 100K és un valor estàndard i prou alt com per reduir el consum.
∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K
Substituint aquest valor de Rx en 2), obtenim
Ry / Rx = 2,29
Ry = 2,29 Rx = 2,29 x 100 = 229K
∴ Ry = 229K
Els resultats anteriors també es poden aconseguir mitjançant un programari de calculadora d’histèresi, només fent clic a uns quants botons
Això és tot, amb els càlculs anteriors, hem determinat amb èxit els valors fixos precisos de les diferents resistències que ens asseguraran que la bateria de 6V connectada es desconnecti automàticament a 7V i es reiniciï la càrrega en el moment en què la seva tensió caigui per sota de 5,5V.
Per a bateries de major voltatge
Per a tensions més altes, com per aconseguir circuit de bateria universal de 12V, 24V, 48V, el disseny comentat anteriorment es pot modificar simplement tal com s’indica a continuació, eliminant l’etapa LM317.
Els procediments de càlcul seran exactament els mateixos que s’expressen al paràgraf anterior.
Per carregar bateries de gran corrent, és possible que hagi d’actualitzar el TIP122 i el díode 1N5408 amb dispositius de corrent proporcionalment més elevats i canviar el zener de 4,7 V a un valor que pugui ser superior al 50% de la tensió de la bateria.
El LED verd indica l’estat de càrrega de la bateria, mentre que el LED vermell ens permet saber quan la bateria està completament carregada.
D’aquesta manera es conclou l’article, que explica clarament com fer un circuit de carregador de bateria simple però universalment aplicable mitjançant resistències fixes per garantir una precisió extrema i talls infalibles als punts llindars establerts, cosa que al seu torn garanteix una càrrega perfecta i segura de la bateria connectada.
Anterior: Circuit de controlador RPM per a generadors dièsel Següent: Escalfador d’inducció per a laboratoris i botigues
