Rangkaian Pengisi Daya Baterai Op amp dengan Auto Cut Off

Posting ini membahas dua sirkuit pengisi daya baterai otomatis berbasis opamp IC 741 dan LM358 yang tidak hanya akurat dengan fitur-fiturnya tetapi juga memungkinkan pengaturan yang cepat dan bebas kerumitan dari batas ambang batas cut-off tinggi / rendahnya.

Ide tersebut diminta oleh Tuan Mamdouh.

Tujuan dan Persyaratan Sirkuit

1. Segera setelah saya menghubungkan daya eksternal secara otomatis itu akan memutuskan baterai dan memasok sistem, sementara itu mengisi baterai.
2. Perlindungan pengisian daya berlebih (yang termasuk dalam desain di atas).
3. Indikasi pengisian daya baterai rendah dan penuh (termasuk dalam desain di atas).
4. Juga saya tidak tahu apa rumus untuk membantu cara menentukan voltase yang diperlukan di baterai saya untuk mengisinya (baterai akan diekstraksi dari laptop lama. Total akan menjadi 22V dengan 6 apms tanpa beban)
5. Selain itu, saya tidak tahu rumus untuk menunjukkan berapa lama baterai saya akan bertahan, dan bagaimana menghitung waktu jika saya ingin baterai bertahan selama dua jam.
6. Selain itu, kipas cpu juga akan dipasok oleh sistem. Akan lebih bagus juga untuk menambahkan opsi dimmer, rencana awal saya adalah bervariasi antara 26-30 v tidak perlu lebih dari itu.

Diagram Sirkuit

Catatan: Harap ganti seri 10K dengan 1N4148, dengan 1K

Desain

Di semua rangkaian pengontrol pengisi daya baterai saya sebelumnya, saya telah menggunakan satu opamp untuk menjalankan pemutusan otomatis muatan penuh, dan telah menggunakan resistor histeresis untuk mengaktifkan sakelar pengisian daya tingkat rendah ON untuk baterai yang terhubung.

Namun menghitung resistor histeresis ini dengan benar untuk mencapai restorasi tingkat rendah yang tepat menjadi sedikit sulit dan memerlukan upaya coba-coba yang dapat memakan waktu.

Dalam rangkaian pengontrol pengisi daya baterai tinggi rendah opamp yang diusulkan di atas, dua komparator opamp digabungkan sebagai pengganti satu yang menyederhanakan prosedur pengaturan dan membebaskan pengguna dari prosedur yang panjang.

Mengacu pada gambar kita dapat melihat dua opamp yang dikonfigurasi sebagai pembanding untuk merasakan tegangan baterai dan untuk operasi cut-off yang diperlukan.

Dengan asumsi baterai adalah baterai s 12V, preset opamp A2 bawah 10K diatur sedemikian rupa sehingga pin output # 7 menjadi logika tinggi ketika tegangan baterai hanya melewati tanda 11V (ambang pelepasan lebih rendah), sedangkan preset opamp A1 atas disesuaikan seperti itu bahwa outputnya menjadi tinggi ketika tegangan baterai menyentuh ambang batas yang lebih tinggi, katakanlah pada 14,3V.

Oleh karena itu pada 11V, keluaran A1 menjadi positif tetapi karena adanya dioda 1N4148, positif ini tetap tidak efektif dan diblokir agar tidak bergerak lebih jauh ke basis transistor.

Baterai terus mengisi, hingga mencapai 14,3V ketika opamp atas mengaktifkan relai, dan menghentikan pasokan pengisian ke baterai.

Situasi langsung terkunci karena masuknya resistor umpan balik di pin # 1 dan pin # 3 dari A1. Relai menjadi terkunci dalam posisi ini dengan suplai untuk baterai terputus sama sekali.

Baterai sekarang mulai mengosongkan secara perlahan melalui beban yang terhubung hingga mencapai level ambang pengosongan yang lebih rendah pada 11V ketika output A2 dipaksa menjadi negatif atau nol. Sekarang dioda pada outputnya menjadi bias maju dan dengan cepat merusak kait dengan membumikan sinyal umpan balik kait antara pin A1 yang ditunjukkan.

Dengan tindakan ini, relai segera dinonaktifkan dan dikembalikan ke posisi N / C awal dan arus pengisian kembali mulai mengalir ke baterai.

Rangkaian pengisi daya baterai tinggi rendah opamp ini dapat digunakan sebagai rangkaian UPS DC juga untuk memastikan pasokan berkelanjutan untuk beban terlepas dari ada atau tidaknya sumber listrik dan untuk mendapatkan pasokan tanpa gangguan selama penggunaannya.

Suplai pengisian input dapat diperoleh dari catu daya yang diatur seperti rangkaian tegangan konstan variabel konstan LM338 secara eksternal.

Cara Mengatur Preset

• Pertama-tama, putuskan sambungan umpan balik 1k / 1N4148 dari op amp A1.
• Pindahkan slider A1 preset ke permukaan tanah, dan gerakkan slider preset A2 ke level positif.
• Melalui catu daya variabel, gunakan 14,2 V yang merupakan tingkat pengisian penuh untuk baterai 12 V di seluruh titik 'Baterai'.
• Anda akan menemukan relai aktif.
• Sekarang perlahan-lahan gerakkan prasetel A1 ke sisi positif hingga relai hanya dinonaktifkan.
• Ini mengatur pemutusan muatan penuh.
• Sekarang, sambungkan kembali 1k / 1N4148 sehingga A1 mengunci relai di posisi itu.
• Sekarang secara perlahan sesuaikan pasokan variabel menuju batas pelepasan bawah baterai, Anda akan menemukan relai terus dimatikan karena respons umpan balik yang disebutkan di atas.
• Sesuaikan catu daya hingga tingkat ambang pelepasan daya baterai yang lebih rendah.
• Setelah ini, mulai pindahkan preset A2 ke sisi arde, sampai ini mengubah output A2 menjadi nol yang memutus kait A1, dan menghidupkan relai kembali ke mode pengisian daya.
• Itu saja, sirkuit sudah disetel sepenuhnya sekarang, segel preset di posisi ini.

Jawaban untuk pertanyaan tambahan lainnya dalam permintaan seperti yang diberikan di bawah ini:

Rumus untuk menghitung batas pemutusan muatan penuh adalah:

Nilai tegangan baterai + 20%, misalnya 20% dari 12V adalah 2,4, jadi 12 + 2,4 = 14,4V adalah tegangan pemutusan muatan penuh untuk baterai 12V

Untuk mengetahui waktu cadangan baterai, rumus berikut dapat digunakan, yang memberi Anda perkiraan waktu cadangan baterai.

Cadangan = 0,7 (Ah / Arus Beban)

Alternatif desain lain untuk pembuatan rangkaian charger batere cut-off otomatis over / under charge menggunakan dua buah op amp, dapat dilihat dibawah ini:

Bagaimana itu bekerja

Dengan asumsi tidak ada baterai yang terhubung, kontak relai berada pada posisi N / C. Oleh karena itu pada saat power ON, rangkaian op amp tidak dapat menyala dan tetap tidak aktif.

Sekarang, misalkan baterai yang kosong terhubung melintasi titik yang ditunjukkan, rangkaian op amp mendapat daya melalui baterai. Karena baterai berada pada level kosong, ini menciptakan potensi rendah pada (-) input dari op amp atas, yang mungkin lebih kecil dari pin (+).

Karena itu, keluaran op amp atas menjadi tinggi. Transistor dan relai aktif, dan kontak relai bergerak dari N / C ke N / O. Ini sekarang menghubungkan baterai dengan catu daya input, dan mulai mengisi daya.

Setelah baterai terisi penuh, potensi pada (-) pin dari op amp atas menjadi lebih tinggi dari masukan (+) nya, menyebabkan pin keluaran dari op amp atas menjadi rendah. Ini langsung mematikan transistor dan relai.

Baterai sekarang terputus dari suplai pengisian.

Dioda 1N4148 melintasi (+) dan keluaran kait op amp atas sehingga meskipun baterai mulai jatuh, hal itu tidak berpengaruh pada kondisi relai.

Namun, anggaplah baterai tidak dilepaskan dari terminal pengisi daya, dan ada beban yang terhubung dengannya sehingga baterai mulai habis.

Ketika baterai habis di bawah level bawah yang diinginkan, potensi pada pin (-) dari op amp bawah menjadi lebih rendah daripada pin input (+). Ini secara instan menyebabkan output dari op amp bawah menjadi tinggi, yang mengenai pin3 dari op amp atas. Seketika memutus kait, dan menyalakan transistor dan relai untuk memulai proses pengisian lagi.

Desain PCB

Menambahkan Tahap Kontrol Saat Ini

Dua desain di atas dapat ditingkatkan dengan kontrol arus dengan menambahkan modul kontrol arus berbasis MOSFET, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

R2 = 0,6 / arus pengisian

Menambahkan Pelindung Polaritas Terbalik

Perlindungan polaritas terbalik dapat dimasukkan ke desain di atas dengan menambahkan dioda secara seri dengan terminal positif baterai. Katoda akan menuju terminal positif baterai, dan anoda menuju jalur positif op amp.

Harap pastikan untuk menghubungkan resistor 100 Ohm melintasi dioda ini, jika tidak sirkuit tidak akan memulai proses pengisian.

Menghapus Relay

Dalam desain pengisi daya baterai berbasis opamp pertama, dimungkinkan untuk menghilangkan relai dan mengoperasikan proses pengisian melalui transistor solid state, seperti yang ditunjukkan pada diagram berikut:

Bagaimana Sirkuit Bekerja

• Mari kita asumsikan preset A2 disesuaikan pada ambang 10 V, dan prasetel A1 disesuaikan pada ambang batas 14 V.
• Misalkan kita menghubungkan baterai yang habis pada tahap antara 11 V.
• Pada tegangan ini pin2 dari A1 akan berada di bawah potensi referensi pin3, sesuai dengan pengaturan preset pin5.
• Ini akan menyebabkan output pin1 dari A1 menjadi tinggi, menyalakan transistor BC547 dan TIP32.
• Baterai sekarang akan mulai mengisi melalui TIP32, hingga tegangan terminal mencapai 14 V.
• Pada 14 V, sesuai pengaturan preset atas, pin2 A1 akan lebih tinggi dari pin3, menyebabkan output menjadi rendah.
• Ini akan langsung mematikan transistor, dan menghentikan proses pengisian.
• Tindakan di atas juga akan mengunci op amp A1 melalui 1k / 1N4148 sehingga meskipun tegangan baterai turun ke level SoC 13 V, A1 akan terus menahan output pin1 rendah.
• Selanjutnya, saat baterai mulai habis melalui beban keluaran, tegangan terminalnya mulai turun, hingga turun menjadi 9,9 V.
• Pada level ini, sesuai pengaturan preset yang lebih rendah, pin5 dari A2 akan turun di bawah pin6, menyebabkan output pin7 menjadi rendah.
• Rendahnya pada pin7 A2 ini akan menarik pin2 A1 ke hampir 0 V, sehingga sekarang pin3 A1 menjadi lebih tinggi dari pin2 nya.
• Ini akan segera mematahkan selot A1, dan output A1 sekali lagi akan menjadi tinggi, memungkinkan transistor untuk ON dan memulai proses pengisian.
• Saat baterai mencapai 14 V, proses akan mengulang siklus lagi