Circuito do carregador de bateria usando resistores fixos

Este circuito carregador de bateria automático universal é extremamente versátil com seu funcionamento e pode ser adaptado para todos os tipos de carregamento de bateria e até mesmo para aplicação de controlador de carregamento solar.

Características principais do carregador de bateria universal

Um circuito carregador de bateria universal deve ter os seguintes recursos principais incluídos nele:

1) Corte automático de carga completa da bateria , e automático Bateria Fraca inicialização de carregamento, com avisos indicadores LED correspondentes.

2) Adaptável a todos os tipos de carregamento de bateria

3) Adaptável a qualquer tensão e bateria nominal AH.

4) Saída controlada por corrente

5) Etapa de carregamento 3 ou 4 etapas (opcional)

Dos 5 recursos acima, os 3 primeiros são cruciais e se tornam os recursos obrigatórios para qualquer circuito de carregador de bateria universal.

No entanto, junto com esses recursos, um carregador automático de bateria também deve ser extremamente compacto, barato e fácil de operar, caso contrário, o design pode ser totalmente inútil para pessoas com menos conhecimento técnico, fazendo com que a etiqueta 'universal' seja anulada.

Já discuti muitos circuitos diversificados do carregador de bateria neste site, que inclui a maioria dos recursos mais importantes que podem ser essencialmente necessários para carregar uma bateria de maneira ideal e segura.

Muitos desses circuitos do carregador de bateria usaram um único opamp para fins de simplicidade e empregaram uma opção de histerese para implementar um processo automático de restauração de carga de bateria fraca.

No entanto, com um carregador de bateria automático usando histerese em opamp, ajustar a predefinição de feedback ou resistor variável torna-se um procedimento crucial e um pouco complicado, especialmente para os recém-chegados ... visto que requer algum processo implacável de tentativa e erro até que a configuração correta seja finalizada.

Além disso, configurar o corte de sobrecarga também se torna um processo tedioso para qualquer novato que possa estar tentando obter os resultados rapidamente com seu circuito do carregador de bateria.

Usando resistores fixos em vez de potes ou predefinições

O presente artigo enfoca especificamente a questão acima e substitui os potenciômetros e presets por resistores fixos a fim de eliminar os ajustes demorados e para garantir um design descomplicado para o usuário final ou construtor.

Já discuti um artigo anterior que explicava elaboradamente a histerese em opamps, vamos usar o mesmo conceito e fórmulas para projetar o circuito de carregador de bateria universal proposto, que esperançosamente resolverá todas as confusões relacionadas à construção de um circuito de carregador de bateria personalizado para qualquer bateria exclusiva.

Antes de prosseguirmos com uma explicação de circuito de exemplo, seria importante entender porque a histerese é necessária para o nosso circuito carregador de bateria?

É porque estamos interessados ​​em usar um único opamp e usá-lo para detectar o limite inferior de descarga da bateria, bem como o limite superior de carga total.

Importância de adicionar uma histerese

Normalmente, sem histerese, um amp op não pode ser definido para disparar em dois limites diferentes, que podem ser bastante afastados, portanto, empregamos histerese para obter a facilidade de usar um único amp op com um recurso de detecção dupla.

Voltando ao nosso tópico principal sobre o projeto de um circuito carregador de bateria universal com histerese, vamos aprender como podemos calcular os resistores fixos, de forma que os complexos procedimentos de configuração de corte Hi / Lo usando resistores variáveis ​​ou predefinições possam ser eliminados.

Para entender as operações básicas de histerese e sua fórmula relacionada, primeiro precisamos consultar a seguinte ilustração:

Nas ilustrações de exemplo acima, podemos ver claramente como o resistor de histerese Rh é calculado em relação aos outros dois resistores de referência Rx e Ry.

Agora, vamos tentar implementar o conceito acima em um circuito de carregador de bateria real e ver como os parâmetros relevantes podem ser calculados para obter a saída otimizada final. Pegamos o seguinte exemplo de um Circuito carregador de bateria 6V

Neste diagrama do carregador de estado sólido, assim que a tensão do pino 2 torna-se mais alta na tensão de referência do pino 3, o pino de saída 6 fica baixo, desligando o TIP122 e carregando a bateria. Por outro lado, enquanto o potencial do pino 2 permanecer abaixo do pino 3, a saída do amp op mantém o TIP122 ligado e a bateria continua a carregar.

Implementando as fórmulas em um exemplo prático

A partir das fórmulas expressas na seção anterior, podemos ver alguns parâmetros cruciais que precisam ser considerados ao implementá-lo em um circuito prático, conforme indicado abaixo:

1) A tensão de referência aplicada a Rx e a tensão de alimentação do opamp Vcc devem ser iguais e constantes.

2) O limite de desligamento de carga total da bateria superior selecionado e as tensões de limite de LIGADO do interruptor de descarga inferior da bateria devem ser menores que o Vcc e as tensões de referência.

Isso parece um pouco complicado porque a tensão de alimentação Vcc geralmente está conectada com a bateria e, portanto, não pode ser constante, e também não pode ser inferior à referência.

De qualquer forma, para resolver o problema, certificamo-nos de que o Vcc está fixado com o nível de referência e a tensão da bateria que precisa ser detectada cai para um valor 50% menor usando uma rede divisora ​​potencial para que se torne menor que o Vcc, conforme mostrado no diagrama acima.

O resistor Ra e Rb baixam a tensão da bateria para um valor proporcional 50% menor, enquanto o zener 4.7V define a tensão de referência fixa para Rx / Ry e o pino Vcc nº 4 do opamp. Agora as coisas parecem prontas para os cálculos.

Então, vamos aplicar a histerese fórmulas a este carregador de 6 V e veja como funciona para este circuito de exemplo:

No referido circuito de 6 V acima, temos os seguintes dados em mãos:

A bateria a ser carregada é de 6V

O ponto de corte superior é 7V

O ponto de restauração inferior é 5.5V.

Vcc, e a tensão de referência é definida para 4,7 V (usando 4,7 V zener)

Selecionamos Ra, Rb como resistores de 100k para reduzir o potencial da bateria de 6V para 50% menos valor, portanto, o ponto de corte superior 7V agora se torna 3,5V (VH), e o menor 5,5V se torna 2,75V (VL)

Agora, precisamos descobrir os valores do resistor de histerese Rh em relação a Rx e Ry .

De acordo com a 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

De 1) temos Rh / Rx = 3,66

Rh = 3.66Rx

Vamos levar Rx = 100K ,

Outros valores como 10K, 4k7 ou qualquer coisa podem servir, mas 100K sendo um valor padrão e alto o suficiente para manter o consumo reduzido torna-se mais adequado.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Substituindo este valor de Rx em 2), obtemos

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Os resultados acima também podem ser obtidos usando um software de calculadora de histerese, apenas clicando em alguns botões

É isso, com os cálculos acima determinamos com sucesso os valores fixos precisos dos vários resistores que farão com que a bateria de 6V conectada se desconecte automaticamente em 7V e reinicie o carregamento no momento em que sua tensão cair abaixo de 5,5V.

Para baterias de alta tensão

Para tensões mais altas, como para alcançar o circuito de bateria universal de 12 V, 24 V, 48 V, o projeto discutido acima pode ser simplesmente modificado conforme mostrado abaixo, eliminando o estágio LM317.

Os procedimentos de cálculo serão exatamente os mesmos expressos no parágrafo anterior.

Para carregamento de bateria de alta corrente, o TIP122 e o diodo 1N5408 podem precisar ser atualizados com dispositivos de corrente proporcionalmente mais alta e alterar o zener de 4,7 V para um valor que pode ser superior a 50% da tensão da bateria.

O LED verde indica o status de carregamento da bateria, enquanto o LED vermelho nos permite saber quando a bateria está totalmente carregada.

Isso conclui o artigo, que explica claramente como fazer um circuito de carregador de bateria simples, mas universalmente aplicável, usando resistores fixos para garantir extrema precisão e cortes infalíveis nos pontos de limite definidos, o que, por sua vez, garante um carregamento perfeito e seguro da bateria conectada.