Am proiectat și publicat o varietate de circuite de încărcare a bateriei pe acest site web, cu toate acestea cititorii se confundă adesea în timp ce selectează circuitul de încărcare a bateriei potrivit pentru aplicațiile lor individuale. Și trebuie să explic în mod explicit fiecare dintre cititori cu privire la modul de personalizare a circuitului încărcătorului de baterii dat pentru nevoile lor specifice.

Acest lucru devine destul de consumator de timp, deoarece este același lucru pe care trebuie să-l explic fiecărui cititor din când în când.

Acest lucru m-a obligat să public această postare unde am încercat să explic o încărcător de baterie standard proiectarea și cum să-l personalizați în mai multe moduri pentru a se potrivi preferințelor individuale în ceea ce privește operațiunile de tensiune, curent, de întrerupere automată sau semi-automate.

Încărcarea corectă a bateriei este crucială

Cei trei parametri fundamentali de care au nevoie toate bateriile pentru a se încărca optim și în siguranță sunt:

Tensiune constantă.
Curent constant.
Auto-cutoff.

Deci, în principiu, acestea sunt cele trei lucruri fundamentale pe care trebuie să le aplicați pentru a încărca cu succes o baterie și, de asemenea, asigurați-vă că durata de viață a bateriei nu este afectată în proces.

Câteva condiții îmbunătățite și opționale sunt:

Gestionarea termică.

și Încărcare pas .

Cele două criterii de mai sus sunt recomandate în special pentru Baterii Li-ion , deși acestea pot să nu fie atât de importante pentru bateriile cu plumb acid (deși nu există „nici un rău în implementarea acestuia pentru același lucru)

Să ne dăm seama de condițiile de mai sus și să vedem cum se poate personaliza cerințele conform următoarelor instrucțiuni:

Importanța tensiunii constante:

Se recomandă încărcarea tuturor bateriilor la o tensiune care poate fi cu aproximativ 17-18% mai mare decât tensiunea imprimată a bateriei, iar acest nivel nu trebuie crescut sau fluctuat cu mult.

Prin urmare pentru un Baterie de 12V , valoarea ajunge la aproximativ 14,2 V, care nu ar trebui mărită cu mult.

Această cerință este denumită cerință de tensiune constantă.

Având astăzi disponibilitatea unui CI cu regulator de tensiune, realizarea unui încărcător de tensiune constantă este o chestiune de minute.

Cele mai populare dintre aceste circuite integrate sunt LM317 (1,5 amperi), LM338 (5 ampere), LM396 (10 amperi). Toate acestea sunt circuite integrate cu regulator de tensiune variabilă și permit utilizatorului să seteze orice tensiune constantă dorită oriunde de la 1,25 la 32 V (nu pentru LM396).

Puteți utiliza IC LM338, care este potrivit pentru majoritatea bateriilor pentru a obține o tensiune constantă.

Iată un exemplu de circuit care poate fi utilizat pentru încărcarea oricărei baterii între 1,25 și 32V cu o tensiune constantă.

Schema încărcătorului de tensiune constantă

Variația potului de 5k permite setarea oricărei tensiuni constante dorite pe condensatorul C2 (Vout) care poate fi folosit pentru încărcarea unei baterii conectate în aceste puncte.

Pentru tensiunea fixă, puteți înlocui R2 cu un rezistor fix, utilizând această formulă:

VSAU= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Unde VREFeste = 1,25

De când euADJeste prea mic, poate fi ignorat

Deși poate fi necesară o tensiune constantă, în locurile în care tensiunea de la o rețea de curent alternativ nu variază prea mult (o creștere / scădere de 5% este destul de acceptabilă) se poate elimina complet circuitul de mai sus și uita de factorul de tensiune constantă.

Acest lucru implică faptul că putem folosi pur și simplu un transformator corect evaluat pentru încărcarea unei baterii fără a lua în considerare o stare de tensiune constantă, cu condiția ca intrarea de rețea să fie destul de fiabilă în ceea ce privește fluctuațiile sale.

Astăzi, odată cu apariția dispozitivelor SMPS, problema de mai sus devine complet lipsită de importanță, deoarece SMPS sunt toate surse de alimentare cu tensiune constantă și sunt extrem de fiabile cu specificațiile lor, deci dacă este disponibil un SMPS, circuitul LM338 de mai sus poate fi definitiv eliminat.

Dar, de obicei, un SMPS vine cu o tensiune fixă, deci în acest caz personalizarea acestuia pentru o anumită baterie poate deveni o problemă și poate fi necesar să optați pentru circuitul versatil LM338 așa cum s-a explicat mai sus .... sau dacă totuși doriți să evitați acest lucru , poți pur și simplu modificați SMPS-ul circuitul în sine pentru a obține tensiunea de încărcare dorită.

Următoarea secțiune va explica proiectarea unui circuit personalizat de control al curentului pentru o unitate de încărcător de baterii specifică, selectată.

Adăugarea unui curent constant

La fel ca parametru „tensiune constantă” , curentul de încărcare recomandat pentru o anumită baterie nu ar trebui să crească sau să fluctueze prea mult.

“aveți un laptop cu un procesor dual core cu următoarele caracteristici ”

Pentru bateriile cu plumb acid, rata de încărcare ar trebui să fie de aproximativ 1/10 sau 2/10 din valoarea Ah (Ampere Hour) a bateriei. adică dacă bateria este evaluată la 100Ah, atunci se recomandă ca viteza curentului de încărcare (amp) să fie de 100/10 = 10 Ampere minim sau (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp maxim, această cifră ar trebui să nu fie mărit de preferință pentru a menține condiții sănătoase pentru baterie.

Cu toate acestea pentru Li-ion sau Baterii Lipo criteriul este complet diferit, pentru aceste baterii rata de încărcare ar putea fi la fel de mare ca rata lor Ah, adică dacă specificația AH a unei baterii Li-ion este de 2,2 Ah, atunci este posibil să o încărcați la același nivel la 2,2 ampere rata Aici nu trebuie să împărțiți nimic sau să vă răsfățați cu orice fel de calcule.

Pentru implementarea unui curent constant caracteristică, din nou un LM338 devine util și poate fi configurat pentru atingerea parametrului cu un grad ridicat de precizie.

Circuitele prezentate mai jos arată modul în care IC-ul poate fi configurat pentru implementarea unui încărcător de baterie controlat curent.

Asigura-te ca consultați acest articol care oferă un circuit de încărcare a bateriei excelent și foarte personalizabil.

Schema pentru încărcător de baterie controlat CC și CV

După cum sa discutat în secțiunea anterioară, în cazul în care rețeaua de intrare este destul de constantă, atunci puteți ignora secțiunea LM338 din partea dreaptă și pur și simplu utilizați circuitul limitator de curent din partea stângă fie cu un transformator, fie cu un SMPS, așa cum se arată mai jos:

În proiectarea de mai sus, tensiunea transformatorului poate fi evaluată la nivelul de tensiune al bateriei, dar după rectificare, aceasta ar putea genera un pic peste tensiunea de încărcare specificată a bateriei.

Această problemă poate fi neglijată, deoarece funcția de control a curentului atașată va forța tensiunea să scadă automat tensiunea în exces la nivelul sigur de încărcare a bateriei.

R1 poate fi personalizat conform nevoilor, urmând instrucțiunile furnizate AICI

Diodele trebuie să fie evaluate corespunzător în funcție de curentul de încărcare și, de preferință, trebuie să fie mult mai mare decât nivelul specificat al curentului de încărcare.

Personalizarea curentului pentru încărcarea unei baterii

În circuitele de mai sus, IC LM338 menționat este evaluat să suporte cel mult 5 amperi, ceea ce îl face adecvat numai pentru baterii de până la 50 AH, cu toate acestea este posibil să aveți baterii cu o valoare mult mai mare în ordinea a 100 AH, 200 AH sau chiar 500 AH .

Acestea ar putea necesita încărcarea la tarifele de curent mai mari respective, pe care un singur LM338 ar putea să nu le poată fi suficient.

Pentru a remedia acest lucru, puteți actualiza sau îmbunătăți IC-ul cu mai multe IC-uri în paralel, după cum se arată în următorul exemplu de articol:

Circuit încărcător de 25 amp

În exemplul de mai sus, configurația pare puțin complicată datorită includerii unui opamp, totuși o mică aranjare arată că de fapt IC-urile pot fi adăugate direct în paralel pentru înmulțirea ieșirii curente, cu condiția ca toate circuitele integrate să fie montate pe un radiator comun. , vezi diagrama de mai jos:

Orice număr de circuite integrate poate fi adăugat în formatul afișat pentru a atinge orice limită de curent dorită, cu toate acestea trebuie asigurate două lucruri pentru a obține un răspuns optim de la proiectare:

Toate CI-urile trebuie montate pe un radiator comun și toate rezistențele de limitare a curentului (R1) trebuie să fie fixate cu o valoare potrivită cu precizie, ambii parametri sunt necesari pentru a permite o distribuire uniformă a căldurii între circuite integrate și, prin urmare, o distribuție egală a curentului pe ieșire pentru bateria conectată.

Până acum am învățat despre cum să personalizăm tensiunea constantă și curentul constant pentru o anumită aplicație de încărcător de baterii.

Cu toate acestea, fără o întrerupere automată, un circuit de încărcare a bateriei poate fi doar incomplet și destul de nesigur.

Până acum în încărcarea bateriei noastre tutoriale am învățat cum să personalizăm parametrii de tensiune constantă în timp ce construim un încărcător de baterii, în următoarele secțiuni vom încerca să înțelegem cum să implementăm o întrerupere automată cu încărcare completă pentru a asigura o încărcare sigură pentru bateria conectată.

Adăugarea unui Auto-Cut 0ff în încărcătorul de baterie

În această secțiune vom descoperi cum poate fi adăugată o întrerupere automată la o baterie încărcător care este unul dintre cele mai importante aspecte în astfel de circuite.

O etapă simplă de întrerupere automată poate fi inclusă și personalizată într-un circuit selectat de încărcător de baterii prin încorporarea unui comparator opamp.

Un opamp poate fi poziționat pentru a detecta o creștere a tensiunii bateriei în timpul încărcării și a întrerupe tensiunea de încărcare imediat ce tensiunea atinge nivelul complet de încărcare a bateriei.

Este posibil să fi văzut deja această implementare în majoritatea circuitelor de încărcare automată a bateriei publicate până acum în acest blog.

Conceptul poate fi bine înțeles cu ajutorul următoarei explicații și a simulării GIF a circuitului prezentat:

NOTĂ: Vă rugăm să utilizați contactul N / O al releului pentru intrarea de încărcare, în locul N / C afișat. Acest lucru vă va asigura că releul nu vorbește în absența unei baterii. Pentru ca acest lucru să funcționeze, asigurați-vă că schimbați pinii de intrare (2 și 3) între ei .

În efectul de simulare de mai sus putem vedea că un opamp a fost configurat ca senzor de tensiune a bateriei pentru detectarea pragului de suprasarcină și întreruperea alimentării cu bateria imediat ce acesta este detectat.

Presetarea la pinul (+) IC este ajustată astfel încât la tensiunea completă a bateriei (14,2V aici), pinul 3 dobândește un potențial de umbră mai mare decât pinul (-) IC care este fixat cu o tensiune de referință de 4,7V cu diodă zener.

Alimentarea cu „tensiune constantă” și „curent constant” explicată anterior este conectată la circuit și bateria prin contactul N / C al releului.

Inițial, tensiunea de alimentare și bateria sunt oprite din circuit.

În primul rând, bateria descărcată este permisă să fie conectată la circuit, de îndată ce acest lucru este realizat, opamp detectează un potențial mai mic (10,5V așa cum se presupune aici) decât nivelul complet de încărcare și, din această cauză, LED-ul ROȘU se aprinde , indicând faptul că bateria este sub nivelul complet de încărcare.

Apoi, alimentarea cu încărcare de intrare de 14,2 V este pornită.

De îndată ce se face acest lucru, intrarea se scufundă instantaneu până la tensiunea bateriei și atinge nivelul de 10,5V.

“low pass vs high pass ”

Procedura de încărcare este acum inițiată și bateria începe să se încarce.

Pe măsură ce tensiunea terminalului bateriei crește în timpul încărcării, tensiunea pin (+) crește, de asemenea, în mod corespunzător.

Și în momentul în care tensiunea bateriei atinge nivelul maxim de intrare, care este nivelul de 14,3V, pinul (+) atinge, de asemenea, proporțional, un 4,8V, care este doar mai mare decât tensiunea pinului (-).

Acest lucru forțează instantaneu ieșirea opamp să crească.

LED-ul ROȘU se stinge acum, iar LED-ul verde se aprinde, indicând acțiunea de comutare și, de asemenea, că bateria este complet încărcată.

Totuși, ceea ce se poate întâmpla după aceasta nu este prezentat în simularea de mai sus. O vom învăța prin următoarea explicație:

De îndată ce releul declanșează, tensiunea terminalului bateriei va tinde rapid să scadă și să se restabilească la un nivel inferior, deoarece o baterie de 12V nu va menține niciodată un nivel de 14V constant și va încerca să atingă o marcă de 12,8V aproximativ.

Acum, datorită acestei condiții, tensiunea pinului (+) va experimenta din nou o scădere sub nivelul de referință stabilit de pinul (-), care va solicita din nou releul să se oprească și procesul de încărcare va fi din nou inițiat.

Această comutare ON / OFF a releului va continua să meargă pe bicicletă, făcând un sunet de „clic” nedorit din rele.

Pentru a evita acest lucru, devine imperativ să adăugați o histerezis la circuit.

Acest lucru se realizează prin introducerea unui rezistor de mare valoare pe ieșire și pinul (+) al IC-ului, așa cum se arată mai jos:

Adăugarea de histerezis

Adăugarea celor de mai sus este indicată histerezis rezistorul împiedică pornirea / oprirea oscilantului releului la nivelurile de prag și blochează releul până la o anumită perioadă de timp (până când tensiunea bateriei scade sub limita durabilă a acestei valori a rezistorului).

“tipurile de baterii și utilizările acestora ”

Rezistoarele cu valoare mai mare asigură perioade mai mici de blocare, în timp ce rezistența mai mică oferă histerezis mai mare sau perioadă de blocare mai mare.

Astfel, din discuția de mai sus, putem înțelege modul în care un circuit de întrerupere automată a bateriei configurat corect poate fi proiectat și personalizat de orice hobby pentru specificațiile sale preferate de încărcare a bateriei.

Acum să vedem cum poate arăta întregul design al încărcătorului de baterie, inclusiv tensiunea / curentul constant configurat împreună cu configurația de întrerupere de mai sus:

Iată deci circuitul încărcătorului de baterii personalizat complet, care poate fi utilizat pentru încărcarea oricărei baterii dorite după configurare, după cum se explică în întregul nostru tutorial:

Opamp poate fi un IC 741
Presetarea = 10k presetată
ambele diode zener pot fi = 4,7 V, 1/2 watt
rezistență zener = 10k
Rezistențele LED și tranzistorul pot fi, de asemenea, = 10k
Tranzistor = BC547
dioda releu = 1N4007
releu = selectați potrivirea tensiunii bateriei.

Cum să încărcați o baterie fără niciuna dintre facilitățile de mai sus

Dacă vă întrebați dacă este posibil să încărcați o baterie fără a asocia niciunul dintre circuitele și piesele complexe menționate mai sus? Răspunsul este da, puteți încărca orice baterie în condiții de siguranță și optim, chiar dacă nu aveți niciunul dintre circuitele și piesele menționate mai sus.

Înainte de a continua, ar fi important să cunoașteți câteva lucruri esențiale pe care o baterie le necesită pentru a se încărca în siguranță și lucrurile care fac ca parametrii „tăiere automată” „tensiune constantă” și „curent constant” să fie atât de importanți.

Aceste caracteristici devin importante atunci când doriți ca bateria să fie încărcată cu o eficiență extremă și rapidă. În astfel de cazuri, este posibil să doriți ca încărcătorul dvs. să fie echipat cu multe funcții avansate, așa cum este sugerat mai sus.

Cu toate acestea, dacă sunteți dispus să acceptați nivelul de încărcare complet al bateriei ușor mai mic decât cel optim și dacă doriți să oferiți câteva ore în plus pentru finalizarea încărcării, cu siguranță nu veți avea nevoie de niciuna dintre caracteristicile recomandate, cum ar fi constantă curent, tensiune constantă sau întrerupere automată, puteți uita toate acestea.

Practic, o baterie nu trebuie încărcată cu consumabile cu o capacitate mai mare decât cea imprimată, este la fel de simplă.

Adică să presupunem că bateria dvs. este evaluată la 12V / 7Ah, în mod ideal nu trebuie să depășiți niciodată rata completă de încărcare peste 14,4V și curentul peste 7/10 = 0,7 amperi. Dacă aceste două rate sunt menținute corect, puteți fi siguri că bateria dvs. este pe mâini sigure și nu va fi niciodată afectată, indiferent de circumstanțe.

Prin urmare, pentru a asigura criteriile menționate mai sus și pentru a încărca bateria fără a implica circuite complexe, asigurați-vă că alimentarea de intrare pe care o utilizați este evaluată corespunzător.

De exemplu, dacă încărcați o baterie de 12V / 7Ah, selectați un transformator care produce aproximativ 14V după rectificare și filtrare, iar curentul său este evaluat la aproximativ 0,7 ampere. Aceeași regulă poate fi aplicată și în cazul altor baterii, proporțional.

Ideea de bază aici este să mențineți parametrii de încărcare puțin mai mici decât valoarea maximă admisă. De exemplu, o baterie de 12V poate fi recomandată să fie încărcată cu până la 20% mai mare decât valoarea imprimată, adică 12 x 20% = 2,4V mai mare decât 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Prin urmare, ne asigurăm să menținem acest lucru ușor mai scăzut la 14V, care poate să nu încarce bateria până la punctul său optim, dar va fi doar bun pentru orice, de fapt, menținerea valorii puțin mai mici va spori durata de viață a bateriei, permițând mult mai multe cicluri de încărcare / descărcare pe termen lung.

În mod similar, menținerea curentului de încărcare la 1/10 din valoarea Ah imprimată asigură faptul că bateria este încărcată cu stres și disipare minime, redând astfel o viață mai lungă a bateriei.

Configurarea finală

circuitul de bază al încărcătorului bateriei folosind transformator și redresor

O configurare simplă prezentată mai sus poate fi utilizată universal pentru încărcarea oricărei baterii în condiții de siguranță și optim, cu condiția să permiteți suficient timp de încărcare sau până când găsiți că acul ampermetrului scade la aproape zero.