Mạch sạc pin sử dụng điện trở cố định

Mạch sạc pin tự động đa năng này cực kỳ linh hoạt với chức năng của nó và có thể được điều chỉnh cho tất cả các loại sạc pin và thậm chí cho ứng dụng bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Các tính năng chính của bộ sạc pin đa năng

Mạch sạc pin đa năng phải có các tính năng chính sau:

1) Tự động cắt sạc đầy pin và tự động pin yếu khởi tạo sạc, với các cảnh báo đèn LED tương ứng.

2) Thích ứng với tất cả các loại sạc pin

3) Thích ứng với mọi điện áp nhất định và pin định mức AH.

4) Đầu ra được kiểm soát hiện tại

5) Sạc bước 3 hoặc 4 bước (tùy chọn)

Trong số 5 tính năng trên thì 3 tính năng đầu tiên rất quan trọng và trở thành tính năng bắt buộc đối với bất kỳ mạch sạc pin đa năng nào.

Tuy nhiên, cùng với những tính năng này, bộ sạc pin tự động cũng phải cực kỳ nhỏ gọn, rẻ tiền và dễ vận hành, nếu không thiết kế có thể khá vô dụng đối với những người ít hiểu biết về kỹ thuật, khiến thẻ 'phổ thông' bị vô hiệu.

Tôi đã thảo luận về nhiều mạch sạc pin đa dạng trong trang web này, bao gồm hầu hết các tính năng nổi bật có thể cần thiết về cơ bản để sạc pin một cách tối ưu và an toàn.

Nhiều mạch sạc pin trong số này đã sử dụng một opamp duy nhất vì mục đích đơn giản và sử dụng tùy chọn độ trễ để thực hiện quy trình khôi phục sạc pin yếu tự động.

Tuy nhiên, với một bộ sạc pin tự động sử dụng độ trễ trong opamp, việc điều chỉnh giá trị đặt trước phản hồi hoặc biến trở trở thành một thủ tục quan trọng và hơi phức tạp, đặc biệt là đối với những người mới. Vì nó đòi hỏi một số quá trình thử và sai không ngừng cho đến khi hoàn thành cài đặt chính xác.

Ngoài ra, việc thiết lập giới hạn sạc quá mức cũng trở thành một quá trình tẻ nhạt đối với bất kỳ người mới nào có thể đang cố gắng đạt được kết quả nhanh chóng với mạch sạc pin của mình.

Sử dụng Điện trở cố định thay vì Chậu hoặc Cài đặt sẵn

Bài viết này đặc biệt tập trung vào vấn đề trên và thay thế các chậu và giá trị đặt trước bằng điện trở cố định để loại bỏ các điều chỉnh tốn thời gian và đảm bảo thiết kế không rắc rối cho người dùng cuối hoặc nhà xây dựng.

Tôi đã thảo luận về một bài viết trước đó giải thích tỉ mỉ về độ trễ trong opamps, chúng ta sẽ sử dụng cùng một khái niệm và công thức để thiết kế mạch sạc pin đa năng được đề xuất, hy vọng sẽ giải quyết được tất cả những nhầm lẫn liên quan đến việc xây dựng mạch sạc pin tùy chỉnh cho bất kỳ loại pin duy nhất nào.

Trước khi chúng ta chuyển sang phần giải thích mạch ví dụ, điều quan trọng là phải hiểu tại sao lại cần phải có hiện tượng trễ cho mạch sạc pin của chúng tôi?

Đó là vì chúng tôi muốn sử dụng một opamp duy nhất và sử dụng nó để phát hiện cả ngưỡng xả thấp hơn của pin cũng như ngưỡng sạc đầy trên.

Tầm quan trọng của việc thêm độ trễ

Thông thường, nếu không có hiện tượng trễ, không thể đặt opamp để kích hoạt ở hai ngưỡng khác nhau có thể cách nhau khá rộng, do đó, chúng tôi sử dụng độ trễ để có được cơ sở sử dụng một opamp duy nhất có tính năng phát hiện kép.

Quay trở lại chủ đề chính của chúng ta liên quan đến việc thiết kế mạch sạc pin đa năng có độ trễ, chúng ta hãy tìm hiểu cách chúng ta có thể tính toán điện trở cố định, để có thể loại bỏ các quy trình thiết lập Hi / Lo phức tạp bằng cách sử dụng điện trở thay đổi hoặc cài đặt trước.

Để hiểu các hoạt động cơ bản của độ trễ và công thức liên quan của nó, trước tiên chúng ta cần tham khảo hình minh họa sau:

Trong các hình minh họa ví dụ trên, chúng ta có thể thấy rõ điện trở từ trễ như thế nào Rh được tính toán đối với hai điện trở tham chiếu khác Rx và Ry.

Bây giờ chúng ta hãy thử triển khai khái niệm trên vào một mạch sạc pin thực tế và xem các thông số liên quan có thể được tính toán như thế nào để có được đầu ra tối ưu hóa cuối cùng. Chúng tôi lấy ví dụ sau về một Mạch sạc pin 6V

Trong sơ đồ bộ sạc trạng thái rắn này, ngay sau khi điện áp chân # 2 trở thành điện áp tham chiếu chân # 3 cao hơn, chân ra # 6 ở mức thấp, TIP122 TẮT và sạc pin. Ngược lại, miễn là điện thế chân số 2 vẫn ở dưới chân số 3, đầu ra của opamp giữ TIP122 được BẬT và pin tiếp tục sạc.

Triển khai các công thức trong một ví dụ thực tế

Từ các công thức được trình bày trong phần trước, chúng ta có thể thấy một số tham số quan trọng cần được xem xét khi triển khai nó trong một mạch thực tế, như được đưa ra bên dưới:

1) Điện áp tham chiếu áp dụng cho Rx và điện áp cung cấp opamp Vcc phải bằng nhau và không đổi.

2) Ngưỡng tắt của công tắc sạc đầy pin phía trên đã chọn và ngưỡng của công tắc xả pin phía dưới Điện áp ngưỡng BẬT phải thấp hơn Vcc và điện áp tham chiếu.

Điều này trông hơi phức tạp vì điện áp cung cấp Vcc thường được kết nối với pin và do đó nó không thể không đổi, và nó cũng không thể thấp hơn tham chiếu.

Dù sao, để giải quyết vấn đề, chúng tôi đảm bảo rằng Vcc được kẹp với mức tham chiếu và điện áp pin cần được cảm nhận được giảm xuống giá trị thấp hơn 50% bằng cách sử dụng mạng phân chia tiềm năng để nó trở nên nhỏ hơn Vcc, như trong sơ đồ trên.

Điện trở Ra và Rb giảm điện áp pin xuống giá trị tương ứng thấp hơn 50%, trong khi zener 4,7V đặt điện áp tham chiếu cố định cho Rx / Ry và chân Vcc # 4 của opamp. Bây giờ mọi thứ đã sẵn sàng cho các tính toán.

Vì vậy, chúng ta hãy áp dụng độ trễ công thức với bộ sạc 6V này và xem nó hoạt động như thế nào đối với mạch ví dụ này:

Trong mạch 6V được giới thiệu ở trên, chúng tôi có trong tay dữ liệu sau:

Pin được sạc là 6V

Điểm cắt trên là 7V

Điểm khôi phục thấp hơn là 5,5V.

Vcc và điện áp tham chiếu được đặt thành 4,7V (sử dụng zener 4,7V)

Chúng tôi chọn Ra, Rb làm điện trở 100k để giảm điện thế pin 6V xuống giá trị thấp hơn 50%, do đó điểm cắt trên 7V bây giờ trở thành 3,5V (VH) và 5,5V dưới trở thành 2,75V (VL)

Bây giờ, chúng ta cần tìm hiểu các giá trị của điện trở trễ Rh đối với Rx và Ry .

Theo công thức:

Rh / Rx = VL / VH - VL = 2,75 / 3,5 - 2,75 = 3,66 --------- 1)

∴ Rh / Rx = 3,66

Ry / Rx = VL / Vcc - VH = 2,75 / 4,7 - 3,5 = 2,29 ---------- 2)

∴ Ry / Rx = 2,29

Từ 1) ta có Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66Rx

Hãy lấy Rx = 100 nghìn ,

Các giá trị khác như 10K, 4k7 hoặc bất cứ điều gì có thể làm được, nhưng 100K là giá trị tiêu chuẩn và đủ cao để giảm mức tiêu thụ trở nên phù hợp hơn.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366K

Thay giá trị này của Rx bằng 2), chúng ta nhận được

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2,29Rx = 2,29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229 nghìn

Các kết quả trên cũng có thể đạt được khi sử dụng phần mềm tính toán độ trễ, chỉ bằng cách nhấp vào một vài nút

Vậy là xong, với các phép tính trên, chúng tôi đã xác định thành công các giá trị cố định chính xác của các điện trở khác nhau, điều này sẽ đảm bảo rằng pin 6V được kết nối sẽ tự động ngắt ở 7V và khởi động lại sạc khi điện áp của nó giảm xuống dưới 5,5V.

Đối với pin điện áp cao hơn

Đối với điện áp cao hơn như để đạt được mạch pin đa năng 12V, 24V, 48V, thiết kế được thảo luận ở trên có thể được sửa đổi đơn giản như được đưa ra bên dưới, bằng cách loại bỏ giai đoạn LM317.

Các thủ tục tính toán sẽ hoàn toàn giống như đã trình bày trong đoạn trước.

Để sạc pin dòng điện cao, TIP122 và diode 1N5408 có thể cần được nâng cấp với các thiết bị có dòng điện cao hơn tương ứng và thay đổi zener 4,7V thành giá trị có thể cao hơn 50% điện áp pin.

Đèn LED màu xanh lá cây cho biết trạng thái sạc của pin trong khi đèn LED màu đỏ cho phép chúng tôi biết khi nào pin đã được sạc đầy.

Phần này kết thúc bài viết, trong đó giải thích rõ ràng cách tạo một mạch sạc pin đơn giản nhưng có thể áp dụng phổ biến bằng cách sử dụng điện trở cố định để đảm bảo độ chính xác cực cao và cắt giảm tuyệt đối trên các điểm ngưỡng đã đặt, do đó đảm bảo sạc hoàn hảo và an toàn cho pin được kết nối.