Op amp -akkulaturin piiri automaattisella virrankatkaisulla

Viestissä käsitellään kahta opamp IC 741- ja LM358-pohjaista automaattista katkaistua akkulaturipiiriä, jotka eivät ole vain tarkkoja ominaisuuksiensa suhteen, vaan mahdollistavat myös vaivattoman ja nopean asettamisen korkean / matalan raja-arvon.

Idean pyysi herra Mamdouh.

Piirin tavoitteet ja vaatimukset

1. Heti kun liitän ulkoisen virran automaattisesti, se irrottaa akun ja syöttää järjestelmän, samalla kun lataan akkua.
2. Ylilataussuoja (joka sisältyy yllä olevaan suunnitteluun).
3. Akun heikon ja täyden latauksen ilmaisimet (jotka sisältyvät yllä olevaan suunnitteluun).
4. En myöskään tiedä mikä kaava auttaa määrittämään akun tarvitseman jännitteen sen lataamiseksi (akku puretaan vanhoista kannettavista tietokoneista. Kokonaismäärä on 22 V ja 6 apms ilman kuormaa)
5. En myöskään tiedä kaavaa, joka ilmoittaa kuinka kauan akku kestää, ja kuinka laskea aika, jos haluan akun kestävän minua kaksi tuntia.
6. Myös CPU-tuuletin toimitetaan järjestelmästä. Olisi myös hienoa lisätä himmentimen vaihtoehto, alkuperäisen suunnitelmani oli vaihdella välillä 26-30 v ei tarvitse paljon muuta.

Piirikaavio

Huomaa: Vaihda 10K sarjaan 1N4148: lla 1K: lla

Muotoilu

Kaikissa aiemmissa akkulaturin ohjainpiireissä olen käyttänyt yhtä opampia täyden latauksen automaattisen virrankatkaisun suorittamiseen ja käyttänyt hystereesivastusta mahdollistamaan matalan latauskytkimen PÄÄLLÄ kytketylle akulle.

kuitenkin laskemalla tämä hystereesivastus Tarkan matalan tason palautuksen saavuttaminen on hieman vaikeaa ja vaatii jonkin verran kokeiluja ja virheitä, mikä voi olla aikaa vievää.

Edellä ehdotettuun alhaisen korkean akun latauslaitteen ohjainpiiriin on sisällytetty kaksi opamp-vertailua yhden sijasta, mikä yksinkertaistaa käyttöönottomenettelyjä ja vapauttaa käyttäjän pitkistä toimenpiteistä.

Viitaten kuvaan voimme nähdä kaksi opampia, jotka on konfiguroitu vertailijoiksi tunnistamaan akun jännite ja tarvittavat katkaisutoiminnot.

Olettaen, että akku on 12 V: n paristo, alemman A2-opampin 10K-esiasetus asetetaan siten, että sen lähtöpistokkeesta # 7 tulee korkea logiikka, kun akun jännite ylittää vain 11 V -merkin (alempi purkukynnys), kun taas ylemmän A1-opampin esiasetusta säädetään näin että sen lähtö nousee korkeaksi, kun akun jännite koskettaa suurempaa katkaisukynnystä, esimerkiksi 14,3 V: n jännitteellä.

Siksi 11 V: n kohdalla A1-lähtö saa positiivisen, mutta 1N4148-diodin läsnäolon vuoksi tämä positiivinen pysyy tehottomana ja estetty siirtymästä edelleen transistorin kantaan.

Akun lataus jatkuu, kunnes se saavuttaa 14,3 V: n, kun ylempi opamp aktivoi releen, ja lopettaa akun latauksen.

Tilanne on heti lukkiutunut johtuen takaisinkytkentävastusten sisällyttämisestä A1: n nastoihin 1 ja 3. Rele lukittuu tähän asentoon, kun akun virta on kokonaan katkaistu.

Akku alkaa nyt hitaasti purkautua liitetyn kuorman kautta, kunnes se saavuttaa alemman purkautumiskynnystason 11 V: lla, kun A2-lähtö pakotetaan menemään negatiiviseksi tai nollaksi. Nyt diodi ulostulossaan on esijännitetty ja rikkoo salvan nopeasti maadoittamalla salvan takaisinkytkentäsignaalin A1: n osoitettujen nastojen väliin.

Tällä toiminnolla rele deaktivoidaan välittömästi ja palautetaan alkuperäiseen N / C-asentoonsa, ja latausvirta alkaa jälleen virrata kohti akkua.

Tätä opamp-heikon akkuvirran laturipiiriä voidaan käyttää tasavirta-UPS-piirinä myös kuorman jatkuvan syötön varmistamiseksi verkon läsnäolosta tai poissaolosta riippumatta ja häiriöttömän virran saamiseksi sen käytön aikana.

Tulolataussyöttö voitaisiin hankkia säädetystä virtalähteestä, kuten LM338-vakiovirta-vaihteleva vakiojännitepiiri ulkoisesti.

Esiasetusten määrittäminen

• Pidä aluksi 1k / 1N4148-palaute irti A1-op-vahvistimesta.
• Siirrä esiasetettu A1-liukusäädin maanpinnalle ja siirrä esiasetettu A2-liukusäädin positiiviselle tasolle.
• Liitä vaihtelevan virtalähteen kautta 14,2 V, joka on 12 V: n akun täysi lataustaso 'Akku' -kohtien poikki.
• Rele aktivoituu.
• Siirrä nyt esiasetettua A1 hitaasti kohti positiivista puolta, kunnes rele vain deaktivoituu.
• Tämä asettaa täyden latauksen katkaisemaan.
• Liitä nyt 1k / 1N4148 takaisin niin, että A1 lukitsee releen tässä asennossa.
• Säädä nyt muuttuvaa syöttöä hitaasti kohti akun alinta purkausrajaa, huomaat, että rele pysyy edelleen kytkettynä pois päältä yllä mainitun palautevasteen vuoksi.
• Säädä virtalähde alempaan akun purkausrajaan.
• Tämän jälkeen aloita A2-esiasetuksen siirtäminen kohti maapuolta, kunnes tämä muuttaa A2-lähdön nollaksi, mikä rikkoo A1-salvan ja kytkee releen takaisin lataustilaan.
• Siinä kaikki, piiri on nyt täysin asetettu, tiivistä esiasetukset tähän asentoon.

Vastaukset muihin pyynnön lisäkysymyksiin ovat seuraavat:

Kaava täyden latauksen katkaisurajan laskemiseksi on:

Akun jännite + 20%, esimerkiksi 20% 12 V: sta on 2,4, joten 12 + 2,4 = 14,4 V on 12 V: n akun täysi latauskatkaisujännite

Akun varmuusajan tuntemiseksi voidaan käyttää seuraavaa kaavaa, joka antaa sinulle arvioidun varauksen varauksen ajan.

Varmuuskopio = 0,7 (Ah / kuormitusvirta)

Toinen vaihtoehtoinen muotoilu automaattisen yli / alilatauksen katkaisevan akkulaturipiirin tekemiseksi kahdella op-vahvistimella voidaan nähdä alla:

Kuinka se toimii

Olettaen, että akkua ei ole kytketty, relekosketin on N / C-asennossa. Siksi, kun virta kytketään päälle, op-vahvistinpiiri ei voi saada virtaa ja pysyy passiivisena.

Oletetaan, että tyhjä akku on kytketty ilmoitetun pisteen yli, op-amp-piiri saa virran akun kautta. Koska akku on tyhjentynyt, se luo alhaisen potentiaalin ylemmän op-vahvistimen (-) tuloon, mikä voi olla pienempi kuin (+) nasta.

Tämän vuoksi ylempi op-vahvistimen lähtö menee korkealle. Transistori ja rele aktivoituvat, ja releen koskettimet siirtyvät N / C: stä N / O: een. Tämä yhdistää nyt akun syöttöjännitteeseen ja alkaa ladata.

Kun akku on ladattu täyteen, ylemmän op-vahvistimen (-) nastassa oleva potentiaali nousee sen (+) -tuloa korkeammaksi, jolloin ylemmän op-vahvistimen ulostulotappi laskee. Tämä kytkee transistorin ja releen heti pois päältä.

Akku on nyt irrotettu lataussyötöstä.

1N4148-diodi (+) ja ylemmän op-vahvistimen ulostulon poikki lukittuu siten, että vaikka akku alkaa pudota, sillä ei ole vaikutusta releen tilaan.

Oletetaan kuitenkin, että akkua ei ole irrotettu laturin napoista ja siihen on kytketty kuorma, jotta se alkaa purkautua.

Kun akku purkautuu halutun alemman tason alapuolelle, potentiaali alemman op-vahvistimen nastassa (-) laskee sen (+) -tappia pienemmäksi. Tämä saa alemman op-vahvistimen lähdön välittömästi nousemaan, mikä osuu ylemmän op-vahvistimen pin3: een. Katkaisee salvan välittömästi ja kytkee transistorin ja releen päälle käynnistääkseen latausprosessin uudelleen.

PCB-suunnittelu

Nykyisen ohjausvaiheen lisääminen

Edellä olevia kahta mallia voidaan päivittää nykyisellä ohjauksella lisäämällä MOSFET-pohjainen virranohjausmoduuli, kuten alla on esitetty:

R2 = 0,6 / latausvirta

Käänteisen napaisuuden suojuksen lisääminen

Käänteisen napaisuuden suoja voidaan sisällyttää yllä oleviin malleihin lisäämällä diodi sarjaan pariston positiivisen navan kanssa. Katodi menee akun positiiviseen napaan ja anodi op-vahvistimen positiiviseen johtoon.

Varmista, että kytket 100 Ohmin vastuksen tämän diodin yli, muuten piiri ei aloita latausprosessia.

Releen irrottaminen

Ensimmäisessä opamp-pohjaisessa akkulaturirakenteessa voi olla mahdollista poistaa rele ja käyttää latausprosessia SSD-transistoreiden kautta seuraavan kaavion mukaisesti:

Kuinka piiri toimii

• Oletetaan, että A2-esiasetusta säädetään 10 V: n kynnyksellä ja A1-esiasetusta säädetään 14 V: n kynnyksellä.
• Oletetaan, että liitämme akun, joka on tyhjä 11 V: n välivaiheessa.
• Tällä jännitteellä A1: n nasta2 on alle nastan 3 referenssipotentiaalin, pin5-esiasetuksen mukaisesti.
• Tämä aiheuttaa A1: n ulostulotapin 1 olevan korkealla kytkemällä päälle transistorin BC547 ja TIP32.
• Akku alkaa nyt latautua TIP32: n kautta, kunnes navan jännite saavuttaa 14 V.
• 14 V: n jännitteellä, ylemmän esiasetuksen mukaisesti, A1: n nasta 2 menee korkeammaksi kuin nasta3, jolloin lähtö vähenee.
• Tämä kytkee transistorit heti pois päältä ja lopettaa latauksen.
• Edellä mainittu toimenpide lukitsee myös A1-vahvistimen 1k / 1N4148: n läpi, joten vaikka akun jännite putoaisikin 13 V: n SoC-tasolle, A1 pitää pin1-lähtöä edelleen alhaisena.
• Seuraavaksi, kun akku alkaa purkautua lähtökuormalla, sen napajännite alkaa laskea, kunnes se on pudonnut 9,9 V.
• Tällä tasolla, kuten alemman esiasetuksen asetuksessa, A2: n nasta 5 putoaa nastansa 6 alle, jolloin sen lähtönasta 7 laskee matalaksi.
• Tämä matala A2: n nastassa 7 vetää A1: n nastan 2 melkein 0 V: iin siten, että nyt A1: n nasta 3 tulee korkeammaksi kuin sen nasta 2.
• Tämä rikkoo välittömästi A1-salvan ja A1: n lähtö muuttuu jälleen korkeaksi, jolloin transistori voi kytkeytyä päälle ja aloittaa latausprosessin.
• Kun akku saavuttaa 14 V: n, prosessi toistaa jakson uudelleen