Testreszabott akkumulátortöltő áramkör tervezése

Különböző akkumulátortöltő áramköröket terveztem és tettem közzé ezen a weboldalon, azonban az olvasók gyakran összezavarodnak, miközben kiválasztják az egyes alkalmazásokhoz megfelelő akkumulátortöltő áramkört. És kifejezetten meg kell magyaráznom az olvasókat, hogy miként lehet az adott akkumulátortöltő áramkört saját igényeikhez igazítani.

Ez elég időigényes lesz, mivel ugyanaz az, amit időnként el kell magyaráznom az olvasóknak.

Ez arra kényszerített, hogy tegyem közzé ezt a bejegyzést, ahol megpróbáltam elmagyarázni a szabványos akkumulátortöltő a tervezés és annak többféle módon történő testreszabása, hogy megfeleljen az egyéni preferenciáknak a feszültség, az áram, az automatikus kikapcsolás vagy a félautomata működés szempontjából.

Az akkumulátor megfelelő töltése kulcsfontosságú

A három alapvető paraméter, amelyre az összes elemnek szüksége van az optimális és biztonságos feltöltés érdekében:

1. Állandó feszültség.
2. Állandó áram.
3. Automatikus levágás.

Tehát alapvetően ez a három alapvető dolog, amelyet alkalmazni kell az akkumulátor sikeres feltöltéséhez, és arról is gondoskodnia kell, hogy az akkumulátor élettartamát ez ne befolyásolja.

Néhány továbbfejlesztett és választható feltétel:

Hőkezelés.

és Lépés lépés .

A fenti két kritérium különösen ajánlott Li-ion akkumulátorok , bár ezek nem biztos, hogy olyan fontosak az ólom-sav akkumulátorok számára (bár nem árt, ha ugyanezeket alkalmazzák)

Nézzük meg lépésről lépésre a fenti feltételeket, és nézzük meg, hogyan lehet testre szabni a követelményeket az alábbi utasítások szerint:

Az állandó feszültség fontossága:

Minden elemet ajánlott olyan feszültségen tölteni, amely körülbelül 17-18% -kal magasabb lehet, mint a nyomtatott akkumulátor feszültsége, és ezt a szintet nem szabad sokat növelni vagy ingadozni.

Ezért a 12V-os akkumulátor , az érték 14,2 V körül van, amit nem szabad sokat növelni.

Ezt a követelményt állandó feszültségigénynek nevezzük.

A számfeszültség-szabályozó IC-k ma elérhető elérhetőségével az állandó feszültségű töltő elkészítése percek kérdése.

Ezen IC-k közül a legnépszerűbbek az LM317 (1,5 amper), LM338 (5amp), LM396 (10 amper). Mindezek változtatható feszültségszabályozó IC-k, és lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy a kívánt állandó feszültséget 1,25 és 32 V között állítsa be (nem LM396 esetén).

Használhatja az IC LM338-at, amely a legtöbb akkumulátor számára alkalmas állandó feszültség elérésére.

Itt van egy példa az áramkörre, amely 1,25 és 32 V közötti akkumulátorok töltésére használható állandó feszültség mellett.

Állandó feszültségű akkumulátortöltő vázlata

Az 5k pot cseréje lehetővé teszi a kívánt állandó feszültség beállítását a C2 kondenzátoron (Vout), amely használható egy csatlakoztatott akkumulátor töltésére ezeken a pontokon.

Rögzített feszültség esetén az R2 helyettesíthető egy fix ellenállással, a következő képlettel:

VVAGY= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Ahol VREFértéke = 1,25

Amióta énADJtúl kicsi, figyelmen kívül hagyható

Bár állandó feszültségre lehet szükség, azokon a helyeken, ahol a bemeneti váltóáramú hálózat feszültsége nem változik túlságosan (5% fel / le elég elfogadható), teljesen kiküszöbölhető a fenti áramkör, és megfeledkezhetünk az állandó feszültségtényezőről.

Ez azt jelenti, hogy egyszerűen egy megfelelő besorolású transzformátort használhatunk az akkumulátor töltéséhez anélkül, hogy figyelembe vennénk az állandó feszültségfeltételeket, feltéve, hogy a hálózati bemenet ingadozásait tekintve meglehetősen megbízható.

Ma az SMPS eszközök megjelenésével a fenti kérdés teljesen lényegtelenné válik, mivel az SMPS valamennyien állandó feszültségű tápegységek, és nagyon megbízhatóak a specifikációikkal, így ha elérhető SMPS, akkor a fenti LM338 áramkör mindenképpen kiküszöbölhető.

De az SMPS általában rögzített feszültséggel rendelkezik, így ebben az esetben problémát jelenthet egy adott akkumulátorhoz való testreszabás, és a sokoldalú LM338 áramkört kell választania a fentiek szerint ... vagy ha mégis el akarja kerülni ezt , egyszerűen megteheti módosítsa az SMPS-t áramkör a kívánt töltési feszültség megszerzéséhez.

A következő szakasz elmagyarázza a testreszabott áramszabályozó áramkör kialakítását egy adott, kiválasztott akkumulátortöltő egységhez.

Állandó áram hozzáadása

Akárcsak a „állandó feszültség” paraméter , az adott akkumulátor ajánlott töltési áramát nem szabad sokat növelni vagy ingadozni.

Ólom savas akkumulátorok esetén a töltési sebességnek körülbelül az akkumulátor nyomtatott Ah (amperóra) értékének 1/10-e vagy 2/10-e kell, hogy legyen. azaz ha az akkumulátor névleges értéke 100Ah, akkor a töltési áram (amp) sebessége ajánlott 100/10 = 10 Amper minimum vagy (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maximális értékre, ennek az értéknek lehetőleg ne növelje az akkumulátor egészséges körülményeinek fenntartása érdekében.

Azonban Li-ion vagy Lipo elemek a kritérium teljesen más, ezeknél az akkumulátoroknál a töltési arány olyan magas lehet, mint az Ah arányuk, vagyis ha egy Li-ion akkumulátor AH specifikációja 2,2 Ah, akkor ugyanazon a szinten lehet tölteni, amely 2,2 ampernél érték Itt nem kell semmit felosztani, és semmiféle számításba belemenni.

A megvalósításhoz a állandó áram funkció, az LM338 ismét hasznos lesz, és konfigurálható a paraméter nagyfokú pontossággal történő elérésére.

Az alábbiakban megadott áramkörök mutatják, hogy az IC miként konfigurálható egy aktuálisan vezérelt akkumulátortöltő megvalósításához.

Menj biztosra, hogy nézze meg ezt a cikket amely kiváló és testreszabható akkumulátortöltő áramkört biztosít.

Vázlat CC és CV vezérlésű akkumulátortöltőhöz

Az előző szakaszban leírtak szerint, ha a bemeneti hálózat meglehetősen állandó, akkor figyelmen kívül hagyhatja a jobb oldali LM338 szekciót, és egyszerűen használja a bal oldali áramkorlátozó áramkört akár transzformátorral, akár SMPS-szel, az alábbiak szerint:

A fenti kivitelben a transzformátor feszültségét az akkumulátor feszültségszintjére lehet besorolni, de az egyenirányítást követően kissé meghaladhatja a megadott akkumulátor töltési feszültséget.

Ez a probléma elhanyagolható, mert a mellékelt áramszabályozási funkció arra kényszeríti a feszültséget, hogy automatikusan a felesleges feszültséget az akkumulátor biztonságos töltési feszültségszintjére süllyessze.

Az R1 testreszabható az igényeknek megfelelően, a megadott utasítások betartásával ITT

A diódákat a töltőáramtól függően megfelelő besorolással kell ellátni, és lehetőleg jóval magasabbnak kell lenniük, mint a megadott töltési áramszint.

Az áram testreszabása az akkumulátor töltéséhez

A fenti áramkörökben a hivatkozott IC LM338 legfeljebb 5 amperes kezelésre van képes, ami csak 50 AH-ig terjedő akkumulátorok számára alkalmas, azonban előfordulhat, hogy sokkal magasabb névleges elemekkel rendelkezik, 100 AH, 200 AH vagy akár 500 AH nagyságrendben. .

Ehhez szükség lehet a megfelelő magasabb árfolyamon történő töltésre, amellyel egyetlen LM338 nem biztos, hogy elegendő.

Ennek kiküszöbölésére párhuzamosan több IC-vel is frissítheti vagy továbbfejlesztheti az IC-t, amint azt a következő cikk példája mutatja:

25 amperes töltőáramkör

A fenti példában a konfiguráció kissé bonyolultnak tűnik egy opamp felvétele miatt, azonban egy kis bütykölés azt mutatja, hogy az IC-k közvetlenül párhuzamosan adhatók hozzá az áram kimenetének megsokszorozásához, feltéve, hogy az összes IC egy közös hűtőborda felett van felszerelve , lásd az alábbi ábrát:

Bármely számú IC hozzáadható a bemutatott formátumban a kívánt áramkorlát eléréséhez, azonban két dolgot kell biztosítani annak érdekében, hogy a terv optimális választ kapjon:

Az összes IC-t egy közös hűtőborda felett kell felszerelni, és az összes áramkorlátozó ellenállást (R1) pontosan illeszkedő értékkel kell rögzíteni, mindkét paraméterre szükség van az egyenletes hőmegosztáshoz az IC-k között, és így egyenlő árameloszláshoz a kimenet a csatlakoztatott akkumulátorhoz.

Eddig megtanultuk, hogyan kell testre szabni az állandó feszültséget és az állandó áramot egy adott akkumulátortöltő alkalmazáshoz.

Automatikus kikapcsolás nélkül azonban az akkumulátortöltő áramköre meglehetősen hiányos és meglehetősen nem biztonságos.

Eddig az akkumulátor töltésünkben oktatóanyagok megtanultuk az állandó feszültség paraméterek testreszabását az akkumulátortöltő építése közben, a következő szakaszokban megpróbáljuk megérteni, hogyan kell végrehajtani a teljes töltés automatikus kikapcsolását a csatlakoztatott akkumulátor biztonságos töltésének biztosítása érdekében.

Auto-Cut 0ff hozzáadása az akkumulátortöltőhöz

Ebben a szakaszban felfedezzük hogyan lehet automatikus kikapcsolást adni az akkumulátorhoz töltő, amely az egyik legfontosabb szempont az ilyen áramkörökben.

Az opamp komparátor beépítésével egy egyszerű automatikus kikapcsolási szakasz beépíthető és testreszabható a kiválasztott akkumulátortöltő áramkörben.

Opamp lehet elhelyezni az akkumulátor növekvő feszültségének észlelésére töltés közben, és megszakíthatja a töltési feszültséget, amint a feszültség eléri az akkumulátor teljes töltöttségi szintjét.

Lehet, hogy már látta ezt a megvalósítást a legtöbb, a blogban közzétett automatikus akkumulátortöltő áramkörben.

A koncepciót alaposan meg lehet érteni a következő magyarázat és az ábrázolt áramkör GIF-szimuláció segítségével:

MEGJEGYZÉS: Kérjük, hogy a töltés bemenetéhez használja a relé N / O érintkezõjét a bemutatott N / C helyett. Ez biztosítja, hogy a relé ne csörögjön akkumulátor hiányában. Ahhoz, hogy ez működjön, ügyeljen arra is, hogy kicserélje egymással a bemeneti csapokat (2 és 3) .

A fenti szimulációs effektusban láthatjuk, hogy egy opamp van konfigurálva akkumulátorfeszültség-érzékelőként a túltöltési küszöb észleléséhez és az akkumulátor áramellátásának megszakításához, amint ezt észlelik.

Az IC feszültségén (+) az előre beállított értéket úgy állítják be, hogy teljes akkumulátorfeszültségnél (itt 14,2 V) a # 3 érintkező egy árnyalattal nagyobb potenciált kapjon, mint az IC érintkezője (-), amely referenciafeszültséggel van rögzítve. 4,7 V zener diódával.

A korábban ismertetett 'állandó feszültségű' és 'állandó áramú' tápegység az áramkörhöz és az akkumulátorhoz a relé N / C érintkezőjén keresztül csatlakozik.

Kezdetben a tápfeszültséget és az akkumulátort is kikapcsolják az áramkörből.

Először a lemerült akkumulátort szabad csatlakoztatni az áramkörhöz, amint ez megtörtént, az opamp észleli a teljes töltöttségi szintnél alacsonyabb (itt feltételezett 10,5 V) potenciált, és emiatt a RED LED kigyullad jelzi, hogy az akkumulátor a teljes töltöttségi szint alatt van.

Ezután a 14,2 V-os bemeneti töltés bekapcsol.

Amint ez megtörtént, a bemenet azonnal lemerül az akkumulátor feszültségére, és eléri a 10,5 V-os szintet.

A töltési eljárás most elkezdődik, és az akkumulátor elkezd töltődni.

Ahogy az akkumulátor kapcsa feszültsége növekszik a töltés során, a tű (+) feszültség is ennek megfelelően növekszik.

Abban a pillanatban, amikor az akkumulátor feszültsége eléri a teljes bemeneti szintet, azaz a 14,3 V-ot, a csap (+) szintén arányosan eléri a 4,8 V-ot, amely éppen magasabb, mint a (-) feszültség.

Ez azonnal arra kényszeríti az opamp kimenetet, hogy magasra emelkedjen.

A VÖRÖS LED most kikapcsol, és a zöld LED világít, jelezve az átállási műveletet és azt is, hogy az akkumulátor teljesen fel van töltve.

Az azonban, hogy mi történhet ezután, nem látható a fenti szimulációban. Megtanuljuk a következő magyarázattal:

Amint a relé kiold, az akkumulátor kapcsa feszültsége gyorsan csökken és visszaáll valamilyen alacsonyabb szintre, mivel egy 12 V-os akkumulátor soha nem fogja folyamatosan tartani a 14 V-os szintet, és megpróbálja megközelítőleg elérni a 12,8 V-os jelet.

Ennek az állapotnak a következtében a csap (+) feszültsége ismét a (-) csap által beállított referenciaszint alá csökken, ami ismét a relét KIKAPCSOLÁSRA kéri, és a töltési folyamat újra megindul.

A relé ezen be- és kikapcsolása a kerékpározást folytatja, és nemkívánatos „kattogó” hangot ad ki a reléből.

Ennek elkerülése érdekében feltétlenül szükséges hiszterézist adni az áramkörhöz.

Ezt úgy végezzük, hogy nagy értékű ellenállást vezetünk az IC kimenetére és (+) tűjére az alábbiak szerint:

A hiszterézis hozzáadása

A fentiek hozzáadása jelezte hiszterézis az ellenállás megakadályozza, hogy a relé a küszöbszinteken be- és kikapcsoljon, és egy bizonyos ideig reteszeli a relét (amíg az akkumulátor feszültsége nem csökken az ellenállás értékének fenntartható határértéke alá).

A nagyobb értékű ellenállások alacsonyabb, míg az alacsonyabb ellenállások magasabb hiszterézist vagy magasabb reteszelési időt biztosítanak.

Így a fenti beszélgetésből megérthetjük, hogyan tervezhet és testre szabhat egy megfelelően konfigurált automatikus akkumulátor-leválasztó áramkört bármelyik hobbi az általa preferált akkumulátortöltési specifikációknak megfelelően.

Most megnézhetjük, hogyan nézhet ki az akkumulátortöltő teljes kialakítása, beleértve a beállított állandó feszültséget / áramot a fenti leválasztási konfigurációval együtt:

Tehát itt van a teljes testreszabott akkumulátortöltő áramkör, amely felhasználható bármely kívánt akkumulátor töltésére a beállítás után, a teljes oktatóanyagunkban leírtak szerint:

• Az opamp lehet egy IC 741
• A preset = 10k preset
• mindkét zener dióda = 4,7 V, 1/2 watt lehet
• zener ellenállás = 10k
• A LED és a tranzisztoros ellenállások is lehetnek = 10k
• Tranzisztor = BC547
• relés dióda = 1N4007
• relé = válassza ki az akkumulátor feszültségének megfelelőt.

Az akkumulátor töltése a fenti lehetőségek nélkül

Ha kíváncsi arra, hogy lehetséges-e akkumulátor töltése a fent említett komplex áramkörök és alkatrészek társítása nélkül? A válasz igen, bármilyen akkumulátort biztonságosan és optimálisan tölthet, még akkor is, ha nem rendelkezik a fent említett áramkörökkel és alkatrészekkel.

A folytatás előtt fontos tudni néhány fontos dolgot, amelyet az akkumulátor biztonságos töltéséhez szükséges, valamint azokat a dolgokat, amelyek miatt az „automatikus kikapcsolás”, az „állandó feszültség” és az „állandó áram” paraméterek annyira fontosak.

Ezek a funkciók akkor válnak fontossá, amikor azt szeretné, hogy az akkumulátor rendkívül hatékonyan és gyorsan töltse fel. Ilyen esetekben érdemes lehet, hogy a töltője sok, a fentiekben javasolt speciális funkcióval legyen ellátva.

Ha azonban hajlandó elfogadni az akkumulátor teljes töltöttségi szintjét, amely valamivel alacsonyabb, mint az optimális, és ha hajlandó néhány órával többet biztosítani a töltés befejezéséhez, akkor biztosan nem lesz szüksége az ajánlott funkciók egyikére, mint például az állandó áram, állandó feszültség vagy automatikus kikapcsolás, ezeket mind elfelejtheti.

Alapvetõen az akkumulátort nem szabad olyan töltettel tölteni, amely magasabb, mint az akkumulátor nyomtatott teljesítménye, ez ilyen egyszerû.

Ez azt jelenti, hogy az akkumulátor névleges teljesítménye 12 V / 7Ah, ideális esetben soha nem szabad meghaladnia a teljes töltési sebességet 14,4 V felett, és az áramot 7/10 = 0,7 amper felett. Ha ezt a két árfolyamot megfelelően tartják fenn, biztos lehet benne, hogy az akkumulátor biztonságos kezekben van, és semmilyen körülmények között soha nem sérül meg.

Ezért a fent említett kritériumok biztosítása és az akkumulátor feltöltése komplex áramkörök bevonása nélkül csak győződjön meg arról, hogy az Ön által használt bemeneti tápellátás megfelelő-e.

Például, ha 12V / 7Ah akkumulátort tölt, válasszon egy transzformátort, amely kb. 14V-ot termel az egyenirányítás és a szűrés után, és áramának értéke kb. 0,7 amper. Ugyanez a szabály alkalmazható más elemekre is, arányosan.

Az alapötlet itt az, hogy a töltési paramétereket kissé alacsonyabban tartsuk, mint a megengedett legnagyobb érték. Például egy 12 V-os akkumulátort javasolhatunk 20% -kal magasabb töltésre, mint a nyomtatott értéke, vagyis 12 x 20% = 2,4 V magasabb, mint 12 V = 12 + 2,4 = 14,4 V.

Ezért ügyeljünk arra, hogy ezt kissé alacsonyabban tartsuk 14 V-nál, ami nem feltétlenül tölti fel az akkumulátort az optimális pontig, de bármire jó lesz, sőt, ha valamivel alacsonyabb értéket tartunk, az akkumulátor élettartama megnövekszik, ami még több töltési / kisütési ciklust tesz lehetővé hosszútávon.

Hasonlóképpen, ha a töltőáramot a kinyomtatott Ah érték 1/10-ében tartja, akkor az akkumulátor minimális igénybevétel és feltöltöttség nélkül töltődik fel, ami hosszabb élettartamot eredményez.

A végső beállítás

A fent bemutatott egyszerű beállítás univerzálisan használható bármely akkumulátor biztonságos és optimális töltésére, feltéve, hogy elegendő töltési időt engedélyez, vagy amíg az ampermérő tűje szinte nullára nem süllyed.

Az 1000uf szűrőkondenzátorra valójában nincs szükség, amint az a fentiekben látható, és ennek megszüntetése valóban növelné az akkumulátor élettartamát.

További kétségei vannak? Ne habozzon kifejezni őket észrevételeivel.

Forrás: akkumulátor töltés