Circuito indicador de corrente da bateria - Corte de carregamento acionado por corrente

Neste post aprendemos sobre um sensor de corrente de bateria simples com circuito indicador que detecta a quantidade de corrente consumida pela bateria durante o carregamento. Os designs apresentados também têm um corte automático quando a bateria para de consumir corrente em seu nível de carga total.

Por que a corrente cai conforme a bateria é carregada

Já sabemos que enquanto uma bateria carrega inicialmente, ela consome uma quantidade maior de corrente e, à medida que atinge o nível de carga total, esse consumo começa a cair, até chegar a quase zero.

Isso ocorre porque inicialmente a bateria está no estado descarregado e sua tensão é inferior à tensão da fonte. Isso causa uma diferença de potencial relativamente maior entre as duas fontes.

Devido a esta grande diferença, o potencial da fonte superior, que é a saída do carregador, começa a correr em direção à bateria com intensidade muito maior, fazendo com que uma quantidade maior de corrente entre na bateria.

Conforme a bateria é carregada até o nível máximo, a diferença de potencial entre as duas fontes começa a se fechar, até que as duas fontes tenham níveis de tensão idênticos.

Quando isso acontece, a tensão da fonte de alimentação é incapaz de empurrar mais corrente para a bateria, resultando em um consumo de corrente reduzido.

Isso explica por que uma bateria descarregada consome mais corrente inicialmente e corrente mínima quando está totalmente carregada.

Normalmente, a maioria dos indicadores de carga da bateria utiliza o nível de tensão da bateria para indicar sua condição de carga, aqui, em vez da tensão, a magnitude da corrente (amperes) é usada para medir o status de carga.

Usar a corrente como parâmetro de medição permite uma avaliação mais precisa do bateria carregando status. O circuito também é capaz de indicar a saúde instantânea de uma bateria conectada, traduzindo sua capacidade de consumo de corrente enquanto está sendo carregada.

Usando o Design Simples LM338

Um circuito simples de corte de corrente do carregador de bateria pode ser construído modificando adequadamente um circuito regulador LM338 padrão como mostrado abaixo:

Esqueci de adicionar um diodo na linha positiva da bateria, portanto, certifique-se de adicioná-lo conforme mostrado no diagrama corrigido a seguir.

Como funciona

O funcionamento do circuito acima é bastante simples.

Sabemos que quando o pino ADJ do LM338 ou LM317 IC é encurtado com a linha de aterramento, o IC desliga a tensão de saída. Usamos este recurso de desligamento ADJ para implementar o desligamento detectado atual.

Quando a alimentação de entrada é aplicada, o capacitor de 10uF desativa o primeiro BC547 para que o LM338 possa funcionar normalmente e produzir a tensão necessária para a bateria conectada.

Isso conecta a bateria e ela começa a carregar consumindo a quantidade especificada de corrente de acordo com sua classificação Ah.

Isso desenvolve uma diferença potencial em todo o resistor de detecção de corrente Rx que liga o segundo transistor BC547.

Isso garante que o primeiro BC547 conectado ao pino ADJ do IC permaneça desabilitado enquanto a bateria carrega normalmente.

Conforme a bateria é carregada, a diferença de potencial em Rx começa a cair. Em última análise, quando a bateria está quase totalmente carregada, esse potencial cai a um nível em que se torna muito baixo para o segundo bias de base do BC547, desligando-o.

Quando o segundo BC547 é desligado, o primeiro BC547 liga e aterra o pino ADJ do IC.

O LM338 agora desliga, desconectando completamente a bateria da fonte de carregamento.

Rx pode ser calculado usando a fórmula da lei de Ohm:

Rx = 0,6 / Corrente de carga mínima

Este circuito LM338 suportará bateria de até 50 Ah com o IC montado em um grande dissipador de calor. Para baterias com classificação Ah mais alta, o IC pode precisar ser atualizado com um transistor externo como discutido neste artigo .

Usando IC LM324

O segundo projeto é um circuito mais elaborado usando um LM324 IC que fornece detecção precisa do status da bateria e também desligamento completo da bateria quando o consumo de corrente atinge o valor mínimo.

Como os LEDs indicam o status da bateria

Quando a bateria estiver consumindo a corrente máxima, o LED VERMELHO ficará LIGADO.

Conforme a bateria é carregada e a corrente em Rx cai proporcionalmente, o LED VERMELHO se apaga e o LED VERDE se acende.

À medida que a bateria é carregada mais, o LED verde se apaga e o amarelo se acende.

Em seguida, quando a bateria estiver quase totalmente carregada, o LED amarelo se apagará e o branco se acenderá.

Finalmente, quando a bateria estiver totalmente carregada, o LED branco também se apagará, o que significa que todos os LEDs serão apagados, indicando um consumo de corrente zero pela bateria devido ao estado totalmente carregado.

Operação de Circuito

Referindo-se ao circuito mostrado, podemos ver quatro amplificadores operacionais configurados como comparadores, onde cada amplificador operacional tem suas próprias entradas de detecção de corrente predefinidas.

Um resistor Rx de alto watt forma o componente conversor de corrente em voltagem que detecta a corrente consumida pela bateria ou a carga e a traduz em um nível de voltagem correspondente e o alimenta para as entradas opamp.

No início, a bateria consome a maior quantidade de corrente, o que produz a maior quantidade correspondente de queda de tensão no resistor Rx.

As predefinições são definidas de forma que quando a bateria está consumindo a corrente máxima (nível totalmente descarregado), o pino 3 não inversor de todos os 4 amplificadores operacionais tem um potencial maior do que o valor de referência do pino 2.

Uma vez que as saídas de todos os amplificadores operacionais estão altas neste ponto, apenas o LED VERMELHO conectado com o A4 acende enquanto o LED restante permanece desligado.

Agora, conforme a bateria é carregada, a tensão em Rx começa a cair.

De acordo com o ajuste sequencial das predefinições, a tensão do pino 3 do A4 cai ligeiramente abaixo do pino 2, fazendo com que a saída do A4 caia e o led VERMELHO desligue.

Com saída A4 baixa, o LED de saída A3 acende.

Quando a bateria carrega um pouco mais, o potencial do pino3 dos amplificadores operacionais A3 cai abaixo de seu pino2, fazendo com que a saída de A3 fique baixa, o que desliga o LED VERDE.

Com saída A3 baixa, o LED de saída A2 acende.

Quando a bateria fica um pouco mais carregada, o potencial do pino 3 de A3 cai abaixo de seu pino 2, o que faz com que a saída de A2 se torne zero, desligando o LED amarelo.

Com a saída A2 baixa, o LED branco agora acende.

Finalmente, quando a bateria está quase totalmente carregada, o potencial no pino 3 de A1 fica abaixo do pino 2, fazendo com que a saída de A1 se torne zero, e o LED branco se apaga.

Com todos os LEDs desligados, indica que a bateria está totalmente carregada e que a corrente através do Rx atingiu zero.

Diagrama de circuito

Lista de peças para o circuito indicador de corrente da bateria proposto

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k predefinições
• A1 ----- A4 = LM324 IC
• Diodo = 1N4007 ou 1N4148
• Rx = Conforme explicado abaixo

Configurando a faixa de detecção de corrente

Primeiro, temos que calcular a faixa de tensão máxima e mínima desenvolvida em Rx em resposta à faixa de corrente consumida pela bateria.

Vamos supor que a bateria a ser carregada seja um Bateria 12 V 100 Ah , e a faixa de corrente máxima pretendida para isso é de 10 amperes. E queremos que essa corrente se desenvolva em torno de 3 V em Rx.

Usando a lei de Ohm, podemos calcular o valor Rx da seguinte maneira:

Rx = 3/10 = 0,3 Ohms

Potência = 3 x 10 = 30 watts.

Agora, 3 V é o intervalo máximo disponível. Agora, uma vez que o valor de referência no pino 2 do amplificador operacional é definido usando um diodo 1N4148, o potencial no pino 2 será em torno de 0,6 V.

Portanto, a faixa mínima pode ser 0,6 V. Portanto, isso nos dá a faixa mínima e máxima entre 0,6 V e 3 V.

Temos que definir as predefinições de forma que, em 3 V, todas as tensões do pino 3 de A1 a A4 sejam maiores do que o pino 2.

Em seguida, podemos assumir que os amplificadores operacionais desliguem na seguinte sequência:

Em 2,5 V em Rx A4, a saída fica baixa, em 2 V A3 a saída fica baixa, em 1,5 V a saída A2 fica baixa, em 0,5 V A1 a saída fica baixa

Lembre-se, embora a 0,5 V em Rx todos os LEDs desliguem, 0,5 V ainda pode corresponder a 1 ampere de corrente consumido pela bateria. Podemos considerar isso como o nível de carga flutuante e permitir que a bateria permaneça conectada por algum tempo, até que finalmente a removamos.

Se você quiser que o último LED (branco) permaneça iluminado até que quase zero volt seja alcançado em Rx, nesse caso você pode remover o diodo de referência do pino 2 dos amplificadores operacionais e substituí-lo por um resistor de forma que este resistor junto com R5 cria uma queda de tensão de cerca de 0,2 V no pino 2.

Isso garantirá que o LED branco em A1 desligue apenas quando o potencial em Rx cair abaixo de 0,2 V, o que por sua vez corresponderá a uma bateria removível quase totalmente carregada.

Como definir as predefinições.

Para isso, você precisará de um divisor de potencial fictício construído com um potenciômetro de 1K conectado aos terminais de alimentação conforme mostrado abaixo.

Inicialmente, desconecte o link predefinido P1 --- P4 do Rx e conecte-o ao pino central do potenciômetro de 1 K, conforme indicado acima.

Deslize o braço central de todos os presets do amplificador operacional em direção ao potenciômetro de 1K.

Agora, ajuste o potenciômetro de 1K de forma que 2,5 V seja desenvolvido em seu braço central e no braço de solo. Você descobrirá que apenas o LED VERMELHO está LIGADO neste ponto. Em seguida, ajuste o preset A4 P4 de forma que o LED VERMELHO apague. Isso ligará instantaneamente o LED verde A3.

Depois disso, ajuste o potenciômetro de 1K para reduzir a tensão do pino central para 2V. Como acima, ajuste o A3 predefinido P3 de forma que o Verde simplesmente se desligue. Isso acenderá o LED amarelo.

Em seguida, ajuste o potenciômetro de 1K para produzir 1,5 V em seu pino central e ajuste o P2 predefinido A2 de modo que o LED amarelo apague. Isso acenderá o LED branco.

Finalmente, ajuste o potenciômetro de 1K para reduzir o potencial do pino central para 0,5V. Ajuste o pré-ajuste A1 P1 de forma que o LED branco apague.

Os ajustes predefinidos estão concluídos e feitos!

Remova o potenciômetro de 1K e reconecte o link de saída predefinido de volta ao Rx como mostrado no primeiro diagrama.

Você pode começar a carregar a bateria recomendada e ver os LEDs responderem de acordo.

Adicionando um Corte Automático OFF

Quando a corrente se reduz a quase zero, um relé pode ser desligado para garantir um corte automático para o circuito da bateria detectado pela corrente, conforme mostrado abaixo:

Como funciona

Quando a alimentação é ligada, o capacitor de 10uF causa um aterramento momentâneo do potencial do pino 2 dos amplificadores operacionais, o que permite que a saída de todos os amplificadores operacionais fique alta.

O transistor do driver do relé conectado na saída A1 liga o relé, que conecta a bateria com a fonte de carga através dos contatos N / O.

A bateria agora começa a consumir a quantidade estipulada de corrente que faz com que o potencial necessário se desenvolva em Rx, que é detectado pelo pino 3 dos amplificadores operacionais por meio dos respectivos presets, P1 --- P4.

Nesse ínterim, o 10uF é carregado via R5, que restaura o valor de referência no pino 2 dos amplificadores operacionais de volta para 0,6 V (queda do diodo).

À medida que a bateria carrega, as saídas do amplificador operacional respondem correspondentemente conforme explicado anteriormente, até que a bateria fique totalmente carregada, fazendo com que a saída A1 fique baixa.

Com a saída A1 baixa, o transistor desliga o relé e a bateria é desconectada da alimentação.

Outro projeto útil de corte de bateria com detecção de corrente

O funcionamento deste design é realmente simples. A tensão na entrada inversora é fixada pelo pré-ajuste P1 em um nível que é um pouco menor do que a queda de tensão no banco de resistores R3 --- R13, correspondendo à corrente de carga recomendada da bateria.

Quando a alimentação é LIGADA, C2 faz com que apareça um alto na não inversão do amplificador operacional, o que, por sua vez, faz com que a saída do amplificador operacional fique alta e LIGUE o MOSFET.

O MOSFET conduz e permite que a bateria seja conectada através da fonte de carga, permitindo que a corrente de carga passe pelo banco de resistores.

Isso permite que uma tensão se desenvolva na entrada não inversora do IC, mais alta do que seu pino inversor, que bloqueia a saída do amplificador operacional em um alto permanente.

O MOSFET agora continua a conduzir e a bateria é carregada, até que a entrada de corrente da bateria diminua significativamente com o nível de carga total da bateria. A tensão no banco de resistores agora cai, de forma que o pino inversor do amplificador operacional fica mais alto do que o pino não inversor do amplificador operacional.

Devido a isso, a saída do amplificador operacional fica baixa, o MOSFET é desligado e o carregamento da bateria é finalmente interrompido.