Circuito carregador de bateria op amp com corte automático

O post discute dois circuitos opamp IC 741 e LM358 do carregador de bateria com corte automático, que não são apenas precisos com seus recursos, mas também permitem uma configuração rápida e sem complicações de seus limites de corte alto / baixo.

A ideia foi solicitada pelo Sr. Mamdouh.

Objetivos e requisitos do circuito

1. Assim que eu conectar a alimentação externa automaticamente, ele desconectará a bateria e fornecerá o sistema, enquanto carrega a bateria.
2. Proteção contra sobrecarga (incluída no projeto acima).
3. Indicações de bateria fraca e carga completa (incluídas no design acima).
4. Também não sei qual é a fórmula para ajudar a determinar a tensão necessária em minha bateria para carregá-la (a bateria será extraída de laptops antigos. O total será de 22 V com 6 apms sem carga)
5. Além disso, não sei a fórmula para indicar quanto tempo minha bateria vai durar e como calcular o tempo se eu quiser que uma bateria dure duas horas.
6. Além disso, o ventilador da cpu também será fornecido pelo sistema. Seria ótimo também adicionar a opção de um dimmer, meu plano original era variar entre 26-30 v não precisava de muito mais que isso.

Diagrama de circuito

Observação: substitua o 10K em série pelo 1N4148, com um 1K

O design

Em todos os meus circuitos anteriores do controlador do carregador de bateria, usei um único opamp para executar o corte automático de carga total e empreguei um resistor de histerese para habilitar o interruptor de carga de baixo nível LIGADO para a bateria conectada.

Contudo calculando este resistor de histerese corretamente para obter a restauração precisa de baixo nível torna-se ligeiramente difícil e requer algum esforço de tentativa e erro que pode ser demorado.

No circuito controlador do carregador de bateria de baixa alta potência opamp proposto acima, dois comparadores opamp são incorporados em vez de um que simplifica os procedimentos de configuração e alivia o usuário dos procedimentos longos.

Referindo-se à figura, podemos ver dois opamps configurados como comparadores para detectar a tensão da bateria e para as operações de corte necessárias.

Assumindo que a bateria é uma bateria de 12 V, a predefinição de 10K da ampola A2 inferior é definida de modo que seu pino de saída nº 7 se torne lógica alta quando a tensão da bateria cruza a marca de 11V (limite de descarga inferior), enquanto a predefinição da ampola A1 superior é ajustada de tal forma que sua saída fica alta quando a tensão da bateria atinge o limite de corte mais alto, digamos em 14,3V.

Portanto, em 11 V, a saída A1 fica positiva, mas devido à presença do diodo 1N4148, este positivo permanece ineficaz e impedido de se mover mais para a base do transistor.

A bateria continua a carregar, até atingir 14,3 V quando o amplificador operacional superior ativa o relé e interrompe o fornecimento de carga para a bateria.

A situação é travada instantaneamente devido à inclusão dos resistores de realimentação nos pinos 1 e 3 de A1. O relé fica travado nesta posição com o fornecimento da bateria completamente cortado.

A bateria agora começa a descarregar lentamente por meio da carga conectada até atingir seu nível de limite de descarga inferior em 11 V quando a saída A2 é forçada a ficar negativa ou zero. Agora, o diodo em sua saída torna-se polarizado para frente e rapidamente quebra a trava aterrando o sinal de feedback de trava entre os pinos indicados de A1.

Com esta ação, o relé é instantaneamente desativado e restaurado à sua posição inicial N / C e a corrente de carga mais uma vez começa a fluir em direção à bateria.

Este circuito carregador de bateria opamp baixa alta pode ser usado como um circuito UPS DC também para garantir um fornecimento contínuo para a carga, independentemente da presença ou ausência da rede elétrica, e para obter um fornecimento ininterrupto durante o uso.

A fonte de carregamento de entrada pode ser adquirida de uma fonte de alimentação regulada, como um circuito de tensão constante variável de corrente constante LM338 externamente.

Como definir as predefinições

• Inicialmente, mantenha o feedback 1k / 1N4148 desconectado do amplificador operacional A1.
• Mova o controle deslizante predefinido A1 para o nível do solo e mova o controle deslizante predefinido A2 para o nível positivo.
• Por meio de uma fonte de alimentação variável, aplique 14,2 V, que é o nível de carga total para uma bateria de 12 V nos pontos de 'Bateria'.
• Você encontrará o relé se ativando.
• Agora, mova lentamente a predefinição A1 em direção ao lado positivo até que o relé seja desativado.
• Isso define o corte total da carga.
• Agora, conecte o 1k / 1N4148 de volta para que o A1 trave o relé nessa posição.
• Agora, lentamente, ajuste a alimentação variável em direção ao limite inferior de descarga da bateria, você verá que o relé continua DESLIGADO devido à resposta de feedback mencionada acima.
• Ajuste a fonte de alimentação até o nível de limite inferior de descarga da bateria.
• Depois disso, comece a mover a predefinição A2 em direção ao lado do solo, até que isso vire a saída A2 para zero, que quebra a trava A1 e liga o relé de volta ao modo de carregamento.
• Isso é tudo, o circuito está totalmente configurado agora, sele os presets nesta posição.

As respostas para outras perguntas adicionais na solicitação são fornecidas em:

A fórmula para calcular o limite de corte de carga total é:

Taxa de tensão da bateria + 20%, por exemplo, 20% de 12 V é 2,4, então 12 + 2,4 = 14,4 V é a tensão de corte de carga total para uma bateria de 12 V

Para saber o tempo de reserva da bateria, pode-se usar a seguinte fórmula, que fornece o tempo de reserva aproximado da bateria.

Backup = 0,7 (Ah / corrente de carga)

Outro design alternativo para fazer um circuito carregador de bateria com corte automático de sobrecarga / falta de carga usando dois amplificadores operacionais, pode ser visto abaixo:

Como funciona

Supondo que não haja bateria conectada, o contato do relé está na posição N / C. Portanto, quando a alimentação é LIGADA, o circuito do amplificador operacional não consegue ser alimentado e permanece inativo.

Agora, suponha que uma bateria descarregada seja conectada ao ponto indicado, o circuito do amplificador operacional é alimentado pela bateria. Como a bateria está descarregada, ela cria um baixo potencial na entrada (-) do amplificador operacional superior, que pode ser menor que o pino (+).

Devido a isso, a saída do amplificador operacional superior fica alta. O transistor e o relé são ativados e os contatos do relé se movem de N / C para N / O. Isso agora conecta a bateria à fonte de alimentação de entrada e começa a carregar.

Uma vez que a bateria está totalmente carregada, o potencial no pino (-) do amplificador operacional superior torna-se maior do que sua entrada (+), fazendo com que o pino de saída do amplificador operacional superior fique baixo. Isso desliga instantaneamente o transistor e o relé.

A bateria agora está desconectada da fonte de carregamento.

O diodo 1N4148 entre o (+) e a saída do amplificador operacional superior trava de forma que, mesmo se a bateria começar a cair, ela não terá efeito sobre a condição do relé.

No entanto, suponha que a bateria não seja removida dos terminais do carregador e uma carga seja conectada a ela para que comece a descarregar.

Quando a bateria descarrega abaixo do nível inferior desejado, o potencial no pino (-) do amplificador operacional inferior é inferior ao seu pino de entrada (+). Isso faz com que a saída do amplificador operacional inferior fique alta instantaneamente, o que atinge o pino 3 do amplificador operacional superior. O instantaneamente quebra a trava e liga o transistor e o relé para iniciar o processo de carregamento novamente.

Design PCB

Adicionando um Estágio de Controle Atual

Os dois projetos acima podem ser atualizados com um controle de corrente adicionando um módulo de controle de corrente baseado em MOSFET, conforme mostrado abaixo:

R2 = 0,6 / corrente de carga

Adicionando um protetor de polaridade reversa

Uma proteção de polaridade reversa pode ser incluída nos projetos acima, adicionando um diodo em série com o terminal positivo da bateria. O cátodo irá para o terminal positivo da bateria e o ânodo para a linha positiva do amplificador operacional.

Certifique-se de conectar um resistor de 100 Ohm neste diodo, caso contrário, o circuito não iniciará o processo de carregamento.

Removendo o Relé

No primeiro projeto de carregador de bateria baseado em opamp, pode ser possível eliminar o relé e operar o processo de carregamento por meio de transistores de estado sólido, conforme mostrado no diagrama a seguir:

Como funciona o circuito

• Vamos supor que a predefinição A2 seja ajustada no limite de 10 V e a predefinição A1 seja ajustada no limite de 14 V.
• Suponha que conectemos uma bateria descarregada em um estágio intermediário de 11 V.
• Nesta tensão, o pino 2 de A1 estará abaixo de seu potencial de referência do pino 3, de acordo com a configuração da predefinição do pino 5.
• Isso fará com que a saída do pino 1 de A1 fique alta, ligando o transistor BC547 e o TIP32.
• A bateria começará a carregar através do TIP32, até que a tensão do terminal atinja 14 V.
• A 14 V, de acordo com a configuração do preset superior, o pino 2 de A1 ficará mais alto do que seu pino 3, fazendo com que a saída fique baixa.
• Isso desligará instantaneamente os transistores e interromperá o processo de carregamento.
• A ação acima também travará o amplificador operacional A1 através do 1k / 1N4148 de modo que mesmo se a tensão da bateria cair para o nível SoC de 13 V, o A1 continuará mantendo a saída do pino1 baixa.
• Em seguida, conforme a bateria começa a descarregar por meio de uma carga de saída, sua tensão terminal começa a cair, até cair para 9,9 V.
• Neste nível, de acordo com a configuração do preset inferior, o pino 5 de A2 cairá abaixo de seu pino 6, fazendo com que o pino 7 de saída fique baixo.
• Esta baixa no pino 7 de A2 puxará o pino 2 de A1 para quase 0 V, de modo que agora o pino 3 de A1 se torna mais alto que seu pino 2.
• Isso interromperá imediatamente a trava A1 e a saída de A1 ficará alta novamente, permitindo que o transistor seja LIGADO e inicie o processo de carregamento.
• Quando a bateria atinge 14 V, o processo vai repetir o ciclo mais uma vez