Merancang Sirkuit Pengisi Daya Baterai Khusus

Saya telah merancang dan menerbitkan berbagai rangkaian pengisi daya baterai di situs web ini, namun para pembaca sering bingung saat memilih rangkaian pengisi daya baterai yang tepat untuk aplikasi masing-masing. Dan saya harus menjelaskan secara eksplisit kepada masing-masing pembaca tentang cara menyesuaikan rangkaian pengisi daya baterai yang diberikan untuk kebutuhan spesifik mereka.

Ini menjadi cukup memakan waktu, karena itu hal yang sama yang harus saya jelaskan kepada setiap pembaca dari waktu ke waktu.

Ini memaksa saya untuk mempublikasikan posting ini di mana saya telah mencoba menjelaskan a pengisi daya baterai standar desain dan cara menyesuaikannya dalam beberapa cara agar sesuai dengan preferensi individu dalam hal tegangan, arus, operasi pemutusan otomatis atau semi-otomatis.

Mengisi Baterai dengan Benar adalah Penting

Tiga parameter dasar yang dibutuhkan semua baterai agar dapat diisi secara optimal dan aman adalah:

1. Tegangan Konstan.
2. Arus Konstan.
3. Pemotongan otomatis.

Jadi pada dasarnya, ini adalah tiga hal mendasar yang perlu diterapkan agar berhasil mengisi baterai dan juga memastikan bahwa masa pakai baterai tidak terpengaruh dalam proses tersebut.

Beberapa kondisi yang ditingkatkan dan opsional adalah:

Manajemen termal.

dan Langkah pengisian .

Dua kriteria di atas sangat direkomendasikan untuk Baterai Li-ion , sementara ini mungkin tidak begitu penting untuk baterai asam timbal (meskipun tidak ada salahnya menerapkannya untuk hal yang sama)

Mari kita cari tahu langkah-langkah kondisi di atas dengan bijak dan lihat bagaimana seseorang dapat menyesuaikan persyaratan sesuai petunjuk berikut:

Pentingnya Tegangan Konstan:

Semua baterai disarankan untuk diisi pada voltase yang kira-kira 17 hingga 18% lebih tinggi dari voltase baterai yang dicetak, dan level ini tidak boleh dinaikkan atau berfluktuasi banyak.

Oleh karena itu untuk a Baterai 12V , nilainya menjadi sekitar 14.2V yang seharusnya tidak meningkat banyak.

Persyaratan ini disebut sebagai persyaratan tegangan konstan.

Dengan tersedianya sejumlah IC regulator tegangan saat ini, membuat charger tegangan konstan hanya dalam hitungan menit.

Yang paling populer di antara IC ini adalah LM317 (1,5 amp), LM338 (5amp), LM396 (10 amp). Semua ini adalah IC regulator tegangan variabel, dan memungkinkan pengguna untuk mengatur tegangan konstan yang diinginkan di mana saja dari 1,25 hingga 32V (bukan untuk LM396).

Anda dapat menggunakan IC LM338 yang cocok untuk sebagian besar baterai untuk mencapai tegangan konstan.

Berikut adalah contoh rangkaian yang dapat digunakan untuk mengisi daya baterai apa pun antara 1,25 dan 32V dengan tegangan konstan.

Skema Pengisi Daya Baterai Tegangan Konstan

Memvariasikan pot 5k memungkinkan pengaturan tegangan konstan yang diinginkan pada kapasitor C2 (Vout) yang dapat digunakan untuk mengisi daya baterai yang terhubung melalui titik-titik ini.

Untuk tegangan tetap Anda bisa mengganti R2 dengan resistor tetap, menggunakan rumus ini:

V.ATAU= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Dimana VREFadalah = 1,25

Sejak akuADJterlalu kecil, bisa diabaikan

Meskipun tegangan konstan mungkin diperlukan, di tempat-tempat di mana tegangan dari sumber listrik AC input tidak terlalu banyak bervariasi (naik / turun 5% cukup dapat diterima) seseorang dapat sepenuhnya menghilangkan rangkaian di atas dan melupakan faktor tegangan konstan.

Ini menyiratkan bahwa kita dapat dengan mudah menggunakan transformator dengan nilai yang benar untuk mengisi baterai tanpa mempertimbangkan kondisi tegangan yang konstan, asalkan input listrik cukup dapat diandalkan dalam hal fluktuasinya.

Saat ini dengan munculnya perangkat SMPS, masalah di atas sama sekali menjadi tidak penting karena SMPS adalah catu daya tegangan konstan dan sangat andal dengan spesifikasinya, jadi jika SMP tersedia, rangkaian LM338 di atas pasti dapat dihilangkan.

Tetapi umumnya SMP dilengkapi dengan tegangan tetap, jadi dalam hal ini menyesuaikannya untuk baterai tertentu mungkin menjadi masalah dan Anda mungkin harus memilih rangkaian LM338 serbaguna seperti dijelaskan di atas .... atau jika Anda masih ingin menghindari ini , Anda mungkin saja memodifikasi SMP sirkuit itu sendiri untuk memperoleh tegangan pengisian yang diinginkan.

Bagian berikut akan menjelaskan perancangan rangkaian kontrol arus yang disesuaikan untuk unit pengisi daya baterai tertentu yang dipilih.

Menambahkan Arus Konstan

Sama seperti parameter 'tegangan konstan' , arus pengisian yang disarankan untuk baterai tertentu tidak boleh meningkat atau berfluktuasi banyak.

Untuk baterai asam timbal, kecepatan pengisian harus kira-kira 1/10 atau 2/10 dari nilai Ah (Jam Ampere) yang dicetak dari baterai. artinya jika baterai diberi nilai katakanlah 100Ah, maka laju arus pengisian (amp) disarankan berada pada 100/10 = 10 Ampere minimum atau (100 x 2) / 10 = 200/10 = maksimum 20 amp, angka ini seharusnya sebaiknya tidak ditingkatkan untuk menjaga kondisi kesehatan baterai.

Namun untuk Li-ion atau Baterai Lipo kriterianya sama sekali berbeda, untuk baterai ini kecepatan pengisian bisa setinggi tingkat Ah mereka, artinya jika spesifikasi AH dari baterai Li-ion adalah 2,2 Ah maka dimungkinkan untuk mengisi daya pada tingkat yang sama yaitu pada 2,2 ampere rate Di sini Anda tidak perlu membagi apa pun atau terlibat dalam perhitungan apa pun.

Untuk menerapkan a arus konstan fitur, lagi-lagi LM338 menjadi berguna dan dapat dikonfigurasi untuk mencapai parameter dengan tingkat akurasi yang tinggi.

Sirkuit yang diberikan di bawah ini menunjukkan bagaimana IC dapat dikonfigurasi untuk menerapkan pengisi daya baterai yang dikendalikan saat ini.

Pastikan untuk lihat artikel ini yang menyediakan sirkuit pengisi daya baterai yang sangat baik dan sangat dapat disesuaikan.

Skema untuk Pengisi Daya Baterai Terkendali CC dan CV

Seperti yang telah dibahas di bagian sebelumnya, jika sumber daya input Anda cukup konstan, maka Anda dapat mengabaikan bagian LM338 sisi kanan, dan cukup gunakan rangkaian pembatas arus sisi kiri dengan transformator atau SMP, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Dalam desain di atas, tegangan transformator dapat diberi nilai pada level tegangan baterai, tetapi setelah perbaikan mungkin menghasilkan sedikit di atas tegangan pengisian baterai yang ditentukan.

Masalah ini dapat diabaikan karena fitur kontrol arus yang terpasang akan memaksa tegangan untuk secara otomatis menenggelamkan kelebihan tegangan ke level tegangan pengisian baterai yang aman.

R1 dapat disesuaikan sesuai kebutuhan, dengan mengikuti petunjuk yang disediakan SINI

Dioda harus diberi nilai yang sesuai tergantung pada arus pengisian, dan sebaiknya jauh lebih tinggi dari tingkat arus pengisian yang ditentukan.

Menyesuaikan arus untuk pengisian baterai

Dalam rangkaian di atas, IC yang dimaksud LM338 dinilai untuk menangani paling banyak 5 amp, yang membuatnya hanya cocok untuk baterai hingga 50 AH, namun Anda mungkin memiliki baterai dengan nilai yang jauh lebih tinggi dalam urutan 100 AH, 200 AH atau bahkan 500 AH .

Ini mungkin memerlukan pengisian pada masing-masing tarif saat ini yang lebih tinggi yang mungkin tidak dapat dipenuhi oleh satu LM338.

Untuk memperbaiki yang satu ini dapat mengupgrade atau meningkatkan IC dengan lebih banyak IC secara paralel seperti yang ditunjukkan pada contoh artikel berikut:

Sirkuit charger 25 amp

Pada contoh di atas, konfigurasi terlihat sedikit rumit karena masuknya opamp, namun sedikit mengutak-atik menunjukkan bahwa sebenarnya IC dapat langsung ditambahkan secara paralel untuk mengalikan keluaran arus, asalkan semua IC dipasang di atas heatsink umum , lihat diagram di bawah ini:

Sejumlah IC dapat ditambahkan dalam format yang ditunjukkan untuk mencapai batas arus yang diinginkan, namun dua hal harus dipastikan untuk mendapatkan respon yang optimal dari desain:

Semua IC harus dipasang di atas heatsink umum, dan semua resistor pembatas arus (R1) harus diperbaiki dengan nilai yang cocok secara tepat, kedua parameter tersebut diperlukan untuk memungkinkan pembagian panas yang seragam di antara IC dan karenanya distribusi arus yang sama di seluruh keluaran untuk baterai yang terhubung.

Sejauh ini kami telah belajar tentang cara menyesuaikan tegangan konstan dan arus konstan untuk aplikasi pengisi daya baterai tertentu.

Namun tanpa pemutusan otomatis, rangkaian pengisi daya baterai mungkin tidak lengkap dan cukup tidak aman.

Sejauh ini dalam pengisian baterai kami tutorial Kami mempelajari cara menyesuaikan parameter tegangan konstan saat membuat pengisi daya baterai, di bagian berikut kami akan mencoba memahami cara menerapkan pemutusan otomatis pengisian daya penuh untuk memastikan pengisian yang aman untuk baterai yang terhubung.

Menambahkan Auto-Cut 0ff di Pengisi Daya Baterai

Di bagian ini kita akan menemukan bagaimana pemutusan otomatis dapat ditambahkan ke baterai pengisi daya yang merupakan salah satu aspek terpenting dalam sirkuit semacam itu.

Tahap pemotongan otomatis sederhana dapat dimasukkan dan disesuaikan dalam rangkaian pengisi daya baterai yang dipilih dengan memasukkan komparator opamp.

Sebuah opamp dapat diposisikan untuk mendeteksi tegangan baterai yang meningkat saat sedang diisi dan memutus tegangan pengisian segera setelah tegangan mencapai tingkat pengisian penuh baterai.

Anda mungkin sudah melihat penerapan ini di sebagian besar rangkaian pengisi daya baterai otomatis yang sejauh ini dipublikasikan di blog ini.

Konsep tersebut dapat dipahami sepenuhnya dengan bantuan penjelasan berikut dan simulasi GIF rangkaian yang ditunjukkan:

CATATAN: Gunakan relai N / O kontak untuk input pengisian daya, bukan N / C yang ditunjukkan. Ini akan memastikan bahwa relai tidak berbunyi tanpa adanya baterai. Agar ini berfungsi, pastikan juga untuk menukar pin input (2 dan 3) satu sama lain .

Dalam efek simulasi di atas kita dapat melihat bahwa sebuah opamp telah dikonfigurasi sebagai sensor tegangan baterai untuk mendeteksi ambang batas pengisian daya, dan memutus pasokan ke baterai segera setelah ini terdeteksi.

Preset pada pin (+) dari IC diatur sedemikian rupa sehingga pada tegangan baterai penuh (14.2V di sini), pin # 3 memperoleh potensi naungan lebih tinggi daripada pin (-) IC yang dipasang dengan tegangan referensi 4.7V dengan dioda zener.

Pasokan 'tegangan konstan' dan 'arus konstan' yang dijelaskan sebelumnya terhubung ke sirkuit, dan baterai melalui kontak N / C relai.

Awalnya tegangan suplai dan baterai keduanya dimatikan dari rangkaian.

Pertama, baterai yang habis dibiarkan terhubung ke sirkuit, segera setelah ini selesai, opamp mendeteksi potensi yang lebih rendah (10.5V seperti yang diasumsikan di sini) dari level pengisian penuh, dan karena itu LED MERAH menyala , menunjukkan bahwa baterai di bawah level pengisian penuh.

Selanjutnya, suplai pengisian input 14.2V DIAKTIFKAN.

Segera setelah ini selesai, input langsung turun ke tegangan baterai, dan mencapai level 10.5V.

Prosedur pengisian sekarang dimulai dan baterai mulai diisi.

Ketika tegangan terminal baterai meningkat selama pengisian, tegangan pin (+) juga meningkat.

Dan saat tegangan baterai mencapai level input penuh yaitu level 14,3V, pin (+) juga secara proporsional mencapai 4,8V yang hanya lebih tinggi dari tegangan pin (-).

Ini secara instan memaksa output opamp menjadi tinggi.

LED MERAH sekarang MATI, dan LED hijau menyala, menunjukkan tindakan pergantian dan juga bahwa baterai telah terisi penuh.

Namun apa yang mungkin terjadi setelah ini tidak ditampilkan dalam simulasi di atas. Kami akan mempelajarinya melalui penjelasan berikut:

Segera setelah relai mengalami trip, tegangan terminal baterai akan dengan cepat cenderung turun dan kembali ke level yang lebih rendah karena baterai 12V tidak akan pernah menahan level 14V secara konsisten dan akan mencoba mencapai nilai sekitar 12,8V.

Sekarang, karena kondisi ini, tegangan pin (+) akan kembali mengalami penurunan di bawah level referensi yang ditetapkan oleh pin (-), yang lagi-lagi akan meminta relai untuk mati, dan proses pengisian akan dimulai kembali.

Toggling ON / OFF relai ini akan terus berputar membuat suara 'klik' yang tidak diinginkan dari relai.

Untuk menghindari ini, menjadi penting untuk menambahkan histeresis ke sirkuit.

Ini dilakukan dengan memasukkan resistor nilai tinggi di output dan pin (+) dari IC seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Menambahkan Histeresis

Penambahan di atas ditunjukkan histeresis resistor mencegah relai berosilasi ON / OFF pada level ambang batas dan mengunci relai hingga jangka waktu tertentu (hingga tegangan baterai turun di bawah batas berkelanjutan nilai resistor ini).

Resistor dengan nilai lebih tinggi memberikan periode penguncian yang lebih rendah sedangkan resistor yang lebih rendah memberikan histeresis yang lebih tinggi atau periode penguncian yang lebih tinggi.

Dengan demikian dari pembahasan di atas kita dapat memahami bagaimana sirkuit pemutus baterai otomatis yang dikonfigurasi dengan benar dapat dirancang dan disesuaikan oleh penghobi mana pun untuk spesifikasi pengisian daya baterai yang disukai.

Sekarang mari kita lihat bagaimana keseluruhan desain pengisi daya baterai mungkin terlihat termasuk pengaturan tegangan / arus konstan bersama dengan konfigurasi cut-off di atas:

Jadi, inilah rangkaian pengisi daya baterai khusus yang dapat digunakan untuk mengisi daya baterai yang diinginkan setelah mengaturnya seperti yang dijelaskan di seluruh tutorial kami:

• Opamp dapat berupa IC 741
• Preset = 10k preset
• kedua dioda zener dapat = 4,7V, 1/2 watt
• resistor zener = 10k
• Resistor LED dan transistor juga bisa = 10k
• Transistor = BC547
• relay diode = 1N4007
• relay = pilih cocok dengan tegangan baterai.

Cara Mengisi Baterai tanpa Fasilitas Di Atas

Jika Anda bertanya-tanya apakah mungkin mengisi baterai tanpa menghubungkan salah satu sirkuit dan bagian kompleks yang disebutkan di atas? Jawabannya adalah ya, Anda dapat mengisi baterai apa pun dengan aman dan optimal meskipun Anda tidak memiliki sirkuit dan komponen yang disebutkan di atas.

Sebelum melanjutkan, penting untuk mengetahui beberapa hal penting yang diperlukan baterai untuk mengisi daya dengan aman dan hal-hal yang membuat parameter 'pemutusan otomatis' 'tegangan konstan' dan 'arus konstan' sangat penting.

Fitur-fitur ini menjadi penting ketika Anda ingin baterai Anda diisi dengan efisiensi yang ekstrim dan cepat. Dalam kasus seperti itu, Anda mungkin ingin pengisi daya Anda dilengkapi dengan banyak fitur lanjutan seperti yang disarankan di atas.

Namun jika Anda bersedia menerima tingkat pengisian penuh baterai Anda sedikit lebih rendah dari optimal, dan jika Anda bersedia menyediakan beberapa jam lagi untuk pengisian selesai, maka tentunya Anda tidak akan memerlukan fitur yang direkomendasikan seperti konstan arus, tegangan konstan atau pemutusan otomatis, Anda bisa melupakan semua ini.

Pada dasarnya baterai tidak boleh diisi dengan persediaan yang memiliki nilai lebih tinggi dari nilai baterai yang dicetak, sesederhana itu.

Artinya misalkan baterai Anda memiliki nilai 12V / 7Ah, idealnya Anda tidak boleh melebihi tingkat pengisian penuh di atas 14,4V, dan arus lebih dari 7/10 = 0,7 amp. Jika kedua kecepatan ini dipertahankan dengan benar, Anda dapat yakin bahwa baterai Anda berada di tangan yang aman, dan tidak akan pernah terluka dalam keadaan apa pun.

Oleh karena itu untuk memastikan kriteria yang disebutkan di atas dan untuk mengisi baterai tanpa melibatkan sirkuit yang rumit, cukup pastikan suplai input yang Anda gunakan dinilai sesuai.

Misalnya jika Anda mengisi daya baterai 12V / 7Ah, pilih trafo yang menghasilkan sekitar 14V setelah perbaikan dan penyaringan, dan arusnya sekitar 0,7 ampere. Aturan yang sama juga dapat diterapkan untuk baterai lain, secara proporsional.

Ide dasarnya di sini adalah untuk menjaga parameter pengisian sedikit lebih rendah dari nilai maksimum yang diizinkan. Misalnya baterai 12V mungkin direkomendasikan untuk diisi hingga 20% lebih tinggi dari nilai yang dicetak, yaitu 12 x 20% = 2,4V lebih tinggi dari 12V = 12 + 2,4 = 14,4V.

Oleh karena itu kami memastikan untuk menjaga ini sedikit lebih rendah pada 14V, yang mungkin tidak mengisi baterai ke titik optimal, tetapi akan baik untuk apa pun, sebenarnya menjaga nilainya sedikit lebih rendah akan meningkatkan masa pakai baterai yang memungkinkan lebih banyak siklus pengisian / pengosongan. dalam jangka panjang.

Demikian pula, menjaga arus pengisian pada 1/10 dari nilai Ah yang dicetak memastikan bahwa baterai diisi dengan tegangan dan pembuangan minimum, sehingga umur baterai lebih lama.

Setup Akhir

Pengaturan sederhana yang ditunjukkan di atas dapat digunakan secara universal untuk mengisi daya baterai apa pun dengan aman dan cukup optimal, asalkan Anda memberikan waktu pengisian yang cukup atau sampai Anda menemukan jarum amperemeter turun ke hampir nol.

Kapasitor filter 1000uf sebenarnya tidak diperlukan, seperti yang ditunjukkan di atas, dan menghilangkannya sebenarnya akan meningkatkan masa pakai baterai.

Ada keraguan lebih lanjut? Jangan ragu untuk mengungkapkannya melalui komentar Anda.

Sumber: pengisian baterai