Op amp akumuliatoriaus įkroviklio grandinė su automatiniu išjungimu

Šiame įraše aptariamos dvi „Opamp IC 741“ ir „LM358“ pagrįstos automatinio išjungimo akumuliatoriaus įkroviklio grandinės, kurios ne tik tiksliai atitinka savo ypatybes, bet ir leidžia be vargo nustatyti greitą aukštų / žemų ribinių verčių ribas.

Idėjos paprašė ponas Mamdouh.

Grandinės tikslai ir reikalavimai

1. Kai tik aš automatiškai prijungsiu išorinį maitinimą, jis atjungs akumuliatorių ir tieks sistemą, tuo tarpu įkraunant akumuliatorių.
2. Apsauga nuo perkrovimo (kuri įtraukta į pirmiau pateiktą dizainą).
3. Baterijos išsikrovimo ir pilno įkrovimo indikacijos (kurios įtrauktos į aukščiau pateiktą dizainą).
4. Be to, aš nežinau, kokia formulė padės nustatyti įtampą, reikalingą akumuliatoriui įkrauti (baterija bus ištraukta iš senų nešiojamųjų kompiuterių. Iš viso bus 22 V su 6 apms be apkrovos)
5. Be to, aš nežinau formulės, nurodančios, kiek laiko mano baterija tarnaus, ir kaip apskaičiuoti laiką, jei noriu, kad baterija man veiktų dvi valandas.
6. Be to, procesoriaus ventiliatorių tieks ir sistema. Būtų puiku pridėti ir reguliatoriaus variantą, mano pirminis planas buvo svyruoti tarp 26-30 v nereikia daug daugiau.

Grandinės schema

Pastaba: Pakeiskite 10K serijoje į 1N4148 su 1K

Dizainas

Visose ankstesnėse mano akumuliatoriaus įkroviklio valdiklio grandinėse aš naudoju vieną opampą, kad įvykdytu visą įkrovimo automatinį išjungimą, ir naudojau histerezės rezistorių, kad įjungtumėte žemo lygio įkrovimo jungiklį prijungtam akumuliatoriui.

Tačiau apskaičiuojant šį histerezės varžą teisingai pasiekti tikslų žemo lygio atkūrimą tampa šiek tiek sunku, todėl reikia šiek tiek bandymų ir klaidų, kurios gali užtrukti.

Pirmiau siūlomoje „Opamp“ mažo akumuliatoriaus įkroviklio valdiklio grandinėje yra du „Opamp“ palyginimo įrenginiai, o ne vienas, kuris supaprastina nustatymo procedūras ir atleidžia vartotoją nuo ilgų procedūrų.

Remiantis paveikslu, galime pamatyti du opampus, sukonfigūruotus kaip palyginamieji elementai, kad būtų galima nustatyti akumuliatoriaus įtampą ir atlikti reikalingas pertraukimo operacijas.

Darant prielaidą, kad baterija yra 12 V baterija, apatinio A2 opampo 10K išankstinis nustatymas nustatomas taip, kad jo išvesties kaištis Nr. 7 tampa logiška, kai akumuliatoriaus įtampa tiesiog peržengia 11 V žymę (apatinė iškrovimo riba), o viršutinio A1 opampo išankstinis nustatymas yra toks kad jo galia padidėja, kai akumuliatoriaus įtampa liečia aukštesnį išjungimo slenkstį, tarkim, esant 14,3 V įtampai.

Todėl esant 11 V įtampai A1 išėjimas gaunamas teigiamas, tačiau dėl 1N4148 diodo šis teigiamas išlieka neveiksmingas ir blokuojamas nuo tolesnio tranzistoriaus pagrindo judėjimo.

Akumuliatorius ir toliau kraunamas, kol pasiekia 14,3 V, kai viršutinis opampas įjungia relę, ir sustabdo akumuliatoriaus įkrovimą.

Situacija akimirksniu užstringa dėl to, kad į A1 kaiščius # 1 ir 3 kaiščius įtraukiami grįžtamojo ryšio rezistoriai. Relė šioje padėtyje užsifiksuoja, kai akumuliatorius visiškai nutrūksta.

Baterija dabar pradeda lėtai išsikrauti per prijungtą apkrovą, kol pasiekia žemiausią iškrovimo slenksčio lygį esant 11 V įtampai, kai A2 išvestis bus priversta veikti neigiama arba nulis. Dabar išvesties diodas tampa nukreiptas į priekį ir greitai sulaužo skląstį, įžemindamas fiksuojamą grįžtamąjį signalą tarp nurodytų A1 kaiščių.

Atlikus šį veiksmą, relė akimirksniu išjungiama ir grąžinama į pradinę N / C padėtį, o įkrovimo srovė vėl pradeda tekėti akumuliatoriaus link.

Ši mažo įkrovos akumuliatoriaus įkroviklio grandinė gali būti naudojama kaip nuolatinės srovės UPS grandinė, taip pat užtikrinant nuolatinį krovinio tiekimą, neatsižvelgiant į maitinimo tinklo buvimą ar nebuvimą, ir nenutrūkstamą maitinimą naudojant jį.

Įvesties įkrovimo šaltinis gali būti gaunamas iš reguliuojamo maitinimo šaltinio, pvz., LM338 pastovios srovės kintamosios nuolatinės įtampos grandinės išorės.

Kaip nustatyti išankstinius nustatymus

• Iš pradžių laikykite atjungtą 1k / 1N4148 grįžtamąjį ryšį nuo A1 op.
• Perkelkite iš anksto nustatytą A1 slankiklį į žemės lygį, o iš anksto nustatytą slankiklį A2 - į teigiamą lygį.
• Per kintamą maitinimo šaltinį „Battery“ taškuose įjunkite 14,2 V, kuris yra visas 12 V akumuliatoriaus įkrovos lygis.
• Rasite, kad relė įsijungia.
• Dabar lėtai slinkite iš anksto nustatytą A1 pusę teigiamos pusės link, kol relė tiesiog išjungs.
• Tai nustato, kad visas įkrovimas yra nutrauktas.
• Dabar prijunkite 1k / 1N4148 atgal taip, kad A1 užfiksuotų relę toje padėtyje.
• Dabar lėtai sureguliuokite kintamą maitinimą link apatinės akumuliatoriaus iškrovos ribos, pamatysite, kad relė ir toliau išjungta dėl pirmiau minėto atsiliepimo.
• Reguliuokite maitinimo šaltinį iki apatinio akumuliatoriaus išsikrovimo slenksčio lygio.
• Po to pradėkite judėti iš anksto nustatytu A2 link žemės pusės, kol A2 išėjimas bus nulis, kuris sulaužys A1 skląstį ir vėl įjungs relę į įkrovimo režimą.
• Viskas, grandinė yra visiškai nustatyta, uždarykite išankstinius nustatymus šioje padėtyje.

Atsakymai į kitus papildomus užklausos klausimus pateikti taip:

Viso įkrovimo ribinės vertės apskaičiavimo formulė yra:

Akumuliatoriaus įtampos reitingas + 20%, pavyzdžiui, 20% 12 V yra 2,4, taigi 12 + 2,4 = 14,4 V yra visa 12 V akumuliatoriaus įjungimo įtampa

Norint sužinoti akumuliatoriaus atsarginio kopijavimo laiką, galima naudoti šią formulę, kuri suteikia apytikslį akumuliatoriaus atsarginės kopijos laiką.

Atsarginė = 0,7 (Ah / apkrovos srovė)

Kitas alternatyvus dizainas, kaip padaryti automatinį perkrovimo / perkrovos išjungimo akumuliatoriaus įkroviklio grandinę naudojant du op amperus, gali būti matomas žemiau:

Kaip tai veikia

Darant prielaidą, kad nėra prijungta baterija, relės kontaktas yra N / C padėtyje. Todėl įjungus maitinimą, stiprintuvo grandinė negali įsijungti ir lieka neaktyvi.

Tarkime, kad iškrauta baterija yra prijungta per nurodytą tašką, o stiprintuvo grandinė maitinama per akumuliatorių. Kadangi akumuliatorius yra išsikrovęs, jis sukuria mažą viršutinio op stiprintuvo įėjimo (-) potencialą, kuris gali būti mažesnis nei (+) kaištis.

Dėl šios priežasties viršutinė op stiprintuvo išvestis yra aukšta. Transistorius ir relė įsijungia, o relės kontaktai juda nuo N / C iki N / O. Tai dabar sujungia akumuliatorių su įvesties maitinimo šaltiniu ir pradeda krauti.

Kai baterija bus visiškai įkrauta, viršutinio op stiprintuvo (-) kaiščio potencialas tampa didesnis nei jo (+) įėjimas, todėl viršutinio op stiprintuvo išvesties kaištis tampa žemas. Tai akimirksniu išjungia tranzistorių ir relę.

Dabar akumuliatorius atjungtas nuo įkrovimo šaltinio.

1N4148 diodas skersai (+) ir viršutinio op stiprintuvo išėjimas užsifiksuoja taip, kad net jei baterija pradeda kristi, tai neturi jokios įtakos relės būsenai.

Tačiau tarkime, kad akumuliatorius nėra išimtas iš įkroviklio gnybtų ir prie jo prijungiama apkrova, kad ji pradėtų išsikrauti.

Kai baterija išsikrauna žemiau norimo apatinio lygio, apatinio op stiprintuvo kaiščio (-) potencialas eina žemiau nei jo (+) įvesties kaištis. Tai akimirksniu sukelia apatinio op stiprintuvo išvestį, kuri pasiekia viršutinio op stiprintuvo pin3. Akimirksniu sulaužo skląstį ir įjungia tranzistorių ir relę, kad vėl pradėtų įkrovimo procesą.

PCB dizainas

Dabartinio valdymo etapo pridėjimas

Pirmiau pateiktus du dizainus galima atnaujinti naudojant dabartinį valdymą, pridedant MOSFET pagrįstą srovės valdymo modulį, kaip parodyta žemiau:

R2 = 0,6 / įkrovimo srovė

Įdėkite atvirkštinio poliškumo apsaugą

Prie pirmiau minėtų konstrukcijų gali būti įtraukta atvirkštinė poliškumo apsauga, pridedant diodą nuosekliai su teigiama baterijos gnybtu. Katodas pateks į teigiamą akumuliatoriaus gnybtą ir anodą į teigiamo stiprintuvo liniją.

Įsitikinkite, kad per šį diodą prijunkite 100 omų rezistorių, kitaip grandinė nepradės įkrovimo proceso.

Relės nuėmimas

Pagal pirmąjį „Opamp“ tipo akumuliatorių įkroviklio dizainą gali būti įmanoma pašalinti relę ir valdyti įkrovimo procesą per kietojo kūno tranzistorius, kaip parodyta šioje diagramoje:

Kaip veikia grandinė

• Tarkime, kad A2 išankstinis nustatymas yra sureguliuotas esant 10 V slenksčiui, o A1 išankstinis nustatymas sureguliuojamas esant 14 V slenksčiui.
• Tarkime, kad prijungiame akumuliatorių, kuris išsikrauna tarpiniame 11 V etape.
• Esant tokiai įtampai, A1 kaištis 2 bus mažesnis už jo „pin3“ atskaitos potencialą, kaip nustatyta iš anksto nustatytame „pin5“.
• Dėl to A1 išvesties kaištis 1 bus aukštas, įjungiant tranzistorių BC547 ir TIP32.
• Baterija dabar bus pradėta krauti per TIP32, kol gnybto įtampa pasieks 14 V.
• Esant 14 V įtampai, kaip nustatyta viršutiniame išankstiniame nustatyme, A1 kaištis 2 eis aukščiau už jo kaištį3, todėl išvestis taps maža.
• Tai akimirksniu išjungs tranzistorius ir sustabdys įkrovimo procesą.
• Pirmiau minėtas veiksmas taip pat užfiksuos A1 veikimo stiprintuvą per 1k / 1N4148, kad net jei akumuliatoriaus įtampa nukris iki 13 V SoC lygio, A1 ir toliau laikys žemą PIN1 išėjimą.
• Tada, kai baterija pradeda išsikrauti per išėjimo apkrovą, jos gnybto įtampa pradeda kristi, kol ji nukris iki 9,9 V.
• Šiame lygyje, kaip nustatyta apatinėje iš anksto nustatytoje padėtyje, A2 pin5 nukris žemiau jo pin6, todėl jo išvesties pin7 taps žemas.
• Šis žemas A2 kaištis 7 atitrauks A1 kaištį iki beveik 0 V taip, kad dabar A1 kaištis 3 taps aukštesnis už jo kaištį2.
• Tai iškart sulaužys A1 skląstį, o A1 išvestis vėl pasuks aukštai, o tranzistorius galės įjungti ir pradėti įkrovimo procesą.
• Kai baterija pasiekia 14 V, procesas dar kartą pakartos ciklą