วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่โดยใช้ตัวต้านทานคงที่

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัตโนมัติสากลนี้มีความหลากหลายอย่างมากพร้อมการทำงานและสามารถปรับให้เข้ากับการชาร์จแบตเตอรี่ทุกประเภทและแม้กระทั่งสำหรับแอปพลิเคชันตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์

คุณสมบัติหลักของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สากล

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สากลต้องมีคุณสมบัติหลักดังต่อไปนี้รวมอยู่ด้วย:

1) ตัดการชาร์จแบตเตอรี่เต็มอัตโนมัติ และอัตโนมัติ แบตเตอร์รี่ต่ำ การเริ่มต้นการชาร์จพร้อมคำเตือนไฟ LED ที่เกี่ยวข้อง

2) ปรับให้เข้ากับ การชาร์จแบตเตอรี่ทุกประเภท

3) ปรับให้เข้ากับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและแบตเตอรี่ที่ได้รับการจัดอันดับ AH

4) เอาท์พุทควบคุมปัจจุบัน

5) ขั้นตอนการชาร์จ 3 หรือ 4 ขั้นตอน (ไม่บังคับ)

จากคุณสมบัติ 5 ประการข้างต้น 3 ประการแรกมีความสำคัญและกลายเป็นคุณสมบัติบังคับสำหรับวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สากลใด ๆ

อย่างไรก็ตามพร้อมกับคุณสมบัติเหล่านี้เครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัตโนมัติจะต้องมีขนาดกะทัดรัดราคาถูกและใช้งานง่ายมิฉะนั้นการออกแบบอาจไร้ประโยชน์สำหรับผู้ที่มีความรู้ด้านเทคนิคน้อยทำให้แท็ก 'สากล' ถูกลบล้าง

ฉันได้พูดถึงวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่หลากหลายแล้วในเว็บไซต์นี้ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติเด่นส่วนใหญ่ที่อาจจำเป็นสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่อย่างเหมาะสมและปลอดภัย

วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่จำนวนมากเหล่านี้ใช้ opamp ตัวเดียวเพื่อความเรียบง่ายและใช้ตัวเลือก hysteresis สำหรับใช้กระบวนการฟื้นฟูการชาร์จแบตเตอรี่ที่เหลือน้อยโดยอัตโนมัติ

อย่างไรก็ตามด้วยเครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัตโนมัติโดยใช้ hysteresis ใน opamp การปรับค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าหรือตัวต้านทานตัวแปรกลายเป็นขั้นตอนที่สำคัญและเป็นเรื่องที่ซับซ้อนเล็กน้อยโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้มาใหม่.. เนื่องจากต้องใช้กระบวนการลองผิดลองถูกอย่างไม่หยุดยั้งจนกว่าการตั้งค่าที่ถูกต้องจะสิ้นสุดลง

นอกจากนี้การตั้งค่าการตัดการชาร์จไฟเกินยังกลายเป็นกระบวนการที่น่าเบื่อสำหรับผู้มาใหม่ที่อาจพยายามบรรลุผลลัพธ์อย่างรวดเร็วด้วยวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ของเขา

ใช้ตัวต้านทานคงที่แทนหม้อหรือพรีเซ็ต

บทความนี้เน้นเฉพาะประเด็นข้างต้นและ แทนที่หม้อและพรีเซ็ตด้วยตัวต้านทานคงที่ เพื่อกำจัดการปรับเปลี่ยนที่เสียเวลาและเพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบที่ไม่ยุ่งยากสำหรับผู้ใช้ปลายทางหรือตัวสร้าง

ฉันได้พูดถึงบทความก่อนหน้านี้ซึ่งอธิบายอย่างละเอียดเกี่ยวกับ hysteresis ใน opamps เราจะใช้แนวคิดและสูตรเดียวกันในการออกแบบวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สากลที่เสนอซึ่งหวังว่าจะแก้ปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสร้างวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบกำหนดเองสำหรับ แบตเตอรี่ที่ไม่เหมือนใคร

ก่อนที่เราจะก้าวไปข้างหน้าด้วยคำอธิบายวงจรตัวอย่างสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจ ทำไมต้องมีฮิสเทอรีซิส สำหรับวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ของเรา?

เป็นเพราะเราสนใจที่จะใช้ opamp เดียวและใช้เพื่อตรวจจับทั้งเกณฑ์การคายประจุที่ต่ำกว่าของแบตเตอรี่และเกณฑ์การชาร์จเต็มส่วนบน

ความสำคัญของการเพิ่ม Hysteresis

โดยปกติหากไม่มีฮิสเทอรีซิสจะไม่สามารถตั้งค่า opamp สำหรับการทริกเกอร์ที่ขีด จำกัด สองจุดที่แตกต่างกันซึ่งอาจห่างกันค่อนข้างกว้างดังนั้นเราจึงใช้ฮิสเทรีซิสเพื่อให้ได้สิ่งอำนวยความสะดวกในการใช้ opamp เดียวที่มีคุณสมบัติการตรวจจับคู่

กลับมาที่หัวข้อหลักของเราเกี่ยวกับการออกแบบวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่สากลที่มีฮิสเทรีซิสเรามาเรียนรู้วิธีคำนวณตัวต้านทานคงที่เพื่อให้ Hi / Lo ที่ซับซ้อนตัดขั้นตอนการตั้งค่าโดยใช้ตัวต้านทานตัวแปรหรือค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าได้

เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานพื้นฐานของฮิสเทรีซิสและสูตรที่เกี่ยวข้องก่อนอื่นเราต้องอ้างถึงภาพประกอบต่อไปนี้:

จากตัวอย่างข้างต้นเราจะเห็นได้ชัดเจนว่าตัวต้านทานฮิสเทรีซิสเป็นอย่างไร Rh คำนวณโดยเทียบกับตัวต้านทานอ้างอิงอีกสองตัว Rx และ ร.

ตอนนี้เรามาลองใช้แนวคิดข้างต้นในวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่จริงและดูว่าพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องสามารถคำนวณได้อย่างไรเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด เราใช้ตัวอย่างต่อไปนี้ของไฟล์ วงจรชาร์จแบตเตอรี่ 6V

ในแผนภาพเครื่องชาร์จโซลิดสเตตนี้ทันทีที่แรงดันขา # 2 กลายเป็นแรงดันอ้างอิงพิน # 3 สูงขึ้นขาเอาต์พุต # 6 จะต่ำลงปิด TIP122 และการชาร์จแบตเตอรี่ ในทางกลับกันตราบใดที่พิน # 2 ศักย์ยังคงอยู่ต่ำกว่าพิน # 3 เอาต์พุตของ opamp จะยังคงเปิด TIP122 และแบตเตอรี่ยังคงชาร์จต่อไป

การใช้สูตรในตัวอย่างที่ใช้ได้จริง

จากสูตรที่แสดงในส่วนก่อนหน้านี้เราสามารถเห็นพารามิเตอร์สำคัญสองสามตัวที่ต้องพิจารณาในขณะที่นำไปใช้ภายในวงจรที่ใช้งานได้จริงดังที่ระบุด้านล่าง:

1) แรงดันอ้างอิงที่ใช้กับ Rx และแรงดันไฟฟ้าของ opamp Vcc ต้องเท่ากันและคงที่

2) การชาร์จเต็มแบตเตอรี่ส่วนบนที่เลือกจะปิดเกณฑ์และสวิตช์ปลดแบตเตอรี่ที่ต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าตามเกณฑ์ต้องต่ำกว่า Vcc และแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง

สิ่งนี้ดูยุ่งยากเล็กน้อยเนื่องจากโดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้า Vcc จะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ดังนั้นจึงไม่สามารถคงที่ได้และไม่สามารถต่ำกว่าค่าอ้างอิงได้

อย่างไรก็ตามในการแก้ไขปัญหาเราตรวจสอบให้แน่ใจว่า Vcc ถูกยึดด้วยระดับอ้างอิงและแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ต้องรับรู้จะลดลงเหลือค่าต่ำกว่า 50% โดยใช้เครือข่ายตัวแบ่งที่มีศักยภาพเพื่อให้น้อยกว่า Vcc ดังแสดงในแผนภาพด้านบน

ตัวต้านทาน Ra และ Rb ลดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ให้เป็นค่าที่ต่ำลงตามสัดส่วน 50% ในขณะที่ซีเนอร์ 4.7V ตั้งค่าแรงดันอ้างอิงคงที่สำหรับ Rx / Ry และขา Vcc # 4 ของ opamp ตอนนี้ทุกอย่างพร้อมสำหรับการคำนวณ

ลองใช้ฮิสเทอรีซิส สูตร ไปยังเครื่องชาร์จ 6V นี้และดูว่ามันทำงานอย่างไรสำหรับวงจรตัวอย่างนี้:

ในวงจร 6V ที่อ้างถึงด้านบนเรามีข้อมูลต่อไปนี้อยู่ในมือ:

แบตเตอรี่ที่จะชาร์จคือ 6V

จุดตัดด้านบนคือ 7V

จุดคืนค่าที่ต่ำกว่าคือ 5.5V

Vcc และแรงดันอ้างอิงถูกตั้งค่าเป็น 4.7V (โดยใช้ซีเนอร์ 4.7V)

เราเลือก Ra, Rb เป็นตัวต้านทาน 100k เพื่อลดศักยภาพของแบตเตอรี่ 6V ให้เหลือค่าน้อยลง 50% ดังนั้นจุดตัดบน 7V จึงกลายเป็น 3.5V (VH) และ 5.5V ที่ต่ำกว่าจะกลายเป็น 2.75V (VL)

ตอนนี้เราต้องหาค่าของตัวต้านทานฮิสเทรีซิส Rh ด้วยความเคารพ Rx และ ร .

ตามสูตร:

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

จาก 1) เรามี Rh / Rx = 3.66

Rh = 3.66Rx

เอาเถอะ Rx = 100K ,

ค่าอื่น ๆ เช่น 10K, 4k7 หรืออะไรก็ได้ แต่ 100K เป็นค่ามาตรฐานและสูงพอที่จะทำให้การบริโภคลดลงจะเหมาะสมกว่า

∴ Rh = 3.66 x 100 = 366K

แทนที่ค่า Rx นี้ใน 2) เราจะได้

Ry / Rx = 2.29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

ผลลัพธ์ข้างต้นสามารถทำได้โดยใช้ซอฟต์แวร์เครื่องคิดเลขฮิสเทอรีซิสเพียงแค่คลิกปุ่มไม่กี่ปุ่ม

ด้วยการคำนวณข้างต้นเราได้กำหนดค่าคงที่ที่ถูกต้องของตัวต้านทานต่างๆได้สำเร็จซึ่งจะทำให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ 6V ที่เชื่อมต่อจะตัดการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติที่ 7V และรีสตาร์ทในขณะที่แรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 5.5V

สำหรับแบตเตอรี่แรงดันสูง

สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นเช่นเพื่อให้ได้วงจรแบตเตอรี่สากล 12V, 24V, 48V การออกแบบที่กล่าวถึงข้างต้นอาจได้รับการแก้ไขตามที่ระบุด้านล่างโดยการกำจัดขั้นตอน LM317

ขั้นตอนการคำนวณจะเหมือนกับที่แสดงในย่อหน้าก่อนหน้าทุกประการ

สำหรับการชาร์จแบตเตอรี่กระแสสูง TIP122 และไดโอด 1N5408 อาจต้องได้รับการอัปเกรดด้วยอุปกรณ์กระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นตามสัดส่วนและเปลี่ยนค่าซีเนอร์ 4.7V เป็นค่าที่อาจสูงกว่า 50% ของแรงดันแบตเตอรี่

ไฟ LED สีเขียวแสดงสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ในขณะที่ไฟ LED สีแดงช่วยให้เราทราบเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้ว

สรุปบทความนี้ซึ่งอธิบายอย่างชัดเจนถึงวิธีการสร้างวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่เรียบง่าย แต่ใช้งานได้ทั่วไปโดยใช้ตัวต้านทานคงที่เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำสูงและการตัดที่ไม่สามารถเข้าใจผิดได้ในจุดเกณฑ์ที่ตั้งไว้ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าการชาร์จแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อนั้นสมบูรณ์แบบและปลอดภัย