Mạch chỉ báo dòng điện của pin - Cắt sạc hiện tại được kích hoạt

Trong bài đăng này, chúng ta sẽ tìm hiểu về một cảm biến dòng pin đơn giản với mạch chỉ báo phát hiện lượng dòng điện được tiêu thụ bởi pin trong khi sạc. Các thiết kế được trình bày cũng có tính năng tự động ngắt khi pin ngừng tiêu thụ dòng điện ở mức sạc đầy ..

Tại sao dòng điện giảm khi pin được sạc

Chúng ta đã biết rằng trong khi pin sạc ban đầu, nó hút lượng dòng điện cao hơn và khi đạt đến mức sạc đầy, mức tiêu thụ này bắt đầu giảm xuống, cho đến khi gần bằng không.

Điều này xảy ra bởi vì ban đầu pin ở trạng thái phóng điện và điện áp của nó thấp hơn điện áp nguồn. Điều này gây ra sự khác biệt tiềm năng tương đối lớn hơn giữa hai nguồn.

Do sự khác biệt rộng rãi này, điện thế từ nguồn cao hơn là đầu ra của bộ sạc, bắt đầu lao về phía pin với cường độ cao hơn nhiều gây ra lượng dòng điện đi vào pin cao hơn.

Khi pin sạc đến mức đầy, hiệu điện thế giữa hai nguồn bắt đầu đóng lại, cho đến khi hai nguồn có mức điện áp giống nhau.

Khi điều này xảy ra, điện áp từ nguồn cung cấp không thể đẩy thêm dòng điện về phía pin, dẫn đến tiêu thụ dòng điện giảm.

Điều này giải thích lý do tại sao pin đã xả tạo ra nhiều dòng điện hơn ban đầu và dòng điện tối thiểu khi nó được sạc đầy.

Thông thường hầu hết các chỉ báo sạc pin sử dụng mức điện áp của pin để chỉ ra tình trạng sạc của nó, ở đây thay vì điện áp, cường độ dòng điện (amps) được sử dụng để đo trạng thái sạc.

Sử dụng dòng điện làm thông số đo cho phép đánh giá chính xác hơn sạc pin trạng thái. Mạch cũng có khả năng chỉ ra tình trạng tức thời của pin được kết nối bằng cách dịch khả năng tiêu thụ dòng điện của nó trong khi được sạc.

Sử dụng thiết kế đơn giản LM338

Một mạch sạc pin cắt dòng điện đơn giản có thể được tạo ra bằng cách sửa đổi một cách thích hợp mạch điều chỉnh chuẩn LM338 như hình bên dưới:

Tôi quên thêm một diode ở dòng dương của pin, vì vậy hãy đảm bảo thêm nó như thể hiện trong sơ đồ đã sửa sau đây.

Làm thế nào nó hoạt động

Hoạt động của mạch trên là khá đơn giản.

Chúng ta biết rằng khi chân ADJ của IC LM338 hoặc LM317 bị ngắn mạch với đường nối đất, IC sẽ đóng điện áp đầu ra. Chúng tôi sử dụng tính năng tắt ADJ này để triển khai chế độ tắt được phát hiện hiện tại.

Khi cấp nguồn vào, tụ điện 10uF sẽ vô hiệu hóa BC547 đầu tiên để LM338 có thể hoạt động bình thường và tạo ra điện áp cần thiết cho pin được kết nối.

Điều này kết nối pin và nó bắt đầu sạc bằng cách vẽ lượng dòng điện được chỉ định theo xếp hạng Ah của nó.

Điều này tạo ra một sự khác biệt tiềm năng trên điện trở cảm nhận hiện tại Rx chuyển đổi BẬT bóng bán dẫn BC547 thứ hai.

Điều này đảm bảo rằng BC547 đầu tiên được kết nối với chân ADJ của IC vẫn bị vô hiệu hóa trong khi pin được phép sạc bình thường.

Khi pin sạc, sự khác biệt tiềm năng trên Rx bắt đầu giảm xuống. Cuối cùng khi pin gần như được sạc đầy, tiềm năng này giảm xuống mức quá thấp so với độ lệch cơ sở BC547 thứ hai, và tắt nguồn.

Khi BC547 thứ hai tắt, BC547 thứ nhất sẽ BẬT, và cắm vào chân ADJ của IC.

LM338 bây giờ tắt hoàn toàn ngắt kết nối pin khỏi nguồn cung cấp sạc.

Rx có thể được tính bằng công thức định luật Ohm:

Rx = 0,6 / Dòng sạc tối thiểu

Mạch LM338 này sẽ hỗ trợ pin lên đến 50 Ah với IC được gắn trên một tản nhiệt lớn. Đối với pin có xếp hạng Ah cao hơn, có thể cần phải nâng cấp IC bằng bóng bán dẫn bên ngoài như thảo luận trong bài viết này .

Sử dụng IC LM324

Thiết kế thứ hai là một mạch phức tạp hơn sử dụng IC LM324 cung cấp khả năng phát hiện tình trạng pin khôn ngoan theo từng bước chính xác và cũng có thể tắt hoàn toàn pin khi lượng hiện tại đạt đến giá trị nhỏ nhất.

Cách đèn LED cho biết trạng thái pin

Khi pin đang tiêu thụ dòng điện tối đa, đèn LED ĐỎ sẽ BẬT.

Khi thiết bị được sạc và dòng điện trên Rx giảm tương ứng, đèn LED ĐỎ sẽ TẮT và đèn LED XANH sẽ BẬT.

Khi battrey được sạc thêm, đèn LED Xanh lục sẽ TẮT và Đèn vàng sẽ BẬT.

Tiếp theo, khi pin gần được sạc đầy, đèn LED màu vàng sẽ TẮT và đèn màu trắng sẽ BẬT.

Cuối cùng khi pin được sạc đầy, đèn LED màu trắng cũng sẽ TẮT, có nghĩa là tất cả các đèn LED sẽ TẮT, cho biết mức tiêu thụ dòng điện bằng không của pin do trạng thái đã sạc đầy.

Hoạt động mạch

Đề cập đến mạch được hiển thị, chúng ta có thể thấy bốn opamps được cấu hình làm bộ so sánh trong đó mỗi op amp có đầu vào cảm biến dòng điện có thể đặt trước riêng.

Một điện trở watt cao Rx tạo thành thành phần chuyển đổi dòng điện sang điện áp cảm nhận dòng điện tiêu thụ của pin hoặc tải và chuyển nó thành mức điện áp tương ứng và cấp nó cho các đầu vào opamp.

Lúc đầu, pin tiêu thụ lượng dòng điện cao nhất tạo ra mức sụt áp cao nhất tương ứng trên điện trở Rx.

Các giá trị đặt trước được đặt theo cách sao cho khi pin tiêu thụ dòng điện tối đa (mức đã xả hoàn toàn), chân 3 không đảo ngược của tất cả 4 ampe op có điện thế cao hơn giá trị giới thiệu của pin2.

Vì tại thời điểm này đầu ra của tất cả các bộ khuếch đại hoạt động đều ở mức cao nên chỉ đèn LED ĐỎ được kết nối với A4 sáng lên trong khi đèn LED còn lại tắt.

Bây giờ, khi pin được sạc, điện áp trên Rx bắt đầu giảm.

Theo sự điều chỉnh tuần tự của các giá trị đặt trước, điện áp A4 pin3 giảm xuống một chút dưới chân pin2, khiến đầu ra A4 thấp và đèn led RED tắt.

Với đầu ra A4 thấp, đèn LED đầu ra A3 sẽ sáng.

Khi sạc pin cao hơn một chút, điện thế của amps pin3 của A3 giảm xuống dưới pin2 của nó, làm cho đầu ra của A3 xuống thấp, làm tắt đèn LED XANH.

Với đầu ra A3 thấp, đèn LED đầu ra A2 sáng lên.

Khi pin được sạc nhiều hơn một chút, điện thế pin3 của A3 giảm xuống dưới pin2 của nó, điều này làm cho đầu ra của A2 trở thành 0, làm tắt đèn LED màu vàng.

Với đầu ra A2 ở mức thấp, đèn LED màu trắng bây giờ sẽ sáng.

Cuối cùng khi pin gần như được sạc đầy, điện thế tại chân 3 của A1 giảm xuống dưới chân 2 của nó, khiến đầu ra của A1 trở thành 0 và đèn LED trắng tắt.

Khi tất cả các đèn LED tắt, cho biết pin đã được sạc đầy và dòng điện trên Rx đã về không.

Sơ đồ mạch

Danh sách bộ phận cho mạch chỉ báo dòng điện của pin được đề xuất

• R1 ---- R5 = 1k
• P1 ----- P4 = 1k cài đặt trước
• A1 ----- A4 = IC LM324
• Diode = 1N4007 hoặc 1N4148
• Rx = Như giải thích bên dưới

Đặt phạm vi cảm biến hiện tại

Đầu tiên, chúng ta phải tính toán phạm vi của điện áp tối đa và tối thiểu được phát triển trên Rx để đáp ứng với phạm vi dòng điện được tiêu thụ bởi pin.

Giả sử pin được sạc là Pin 12 V 100 Ah và phạm vi dòng điện tối đa dự kiến ​​cho điều này là 10 amps. Và chúng tôi muốn dòng điện này phát triển xung quanh 3 V trên Rx.

Sử dụng định luật Ohm, chúng ta có thể tính giá trị Rx theo cách sau:

Rx = 3/10 = 0,3 Ohms

Công suất = 3 x 10 = 30 watt.

Bây giờ, 3 V là phạm vi tối đa trong tay. Bây giờ, vì giá trị giới thiệu tại pin2 của amp op được đặt bằng cách sử dụng một diode 1N4148, điện thế tại pin2 sẽ vào khoảng 0,6 V.

Vì vậy, phạm vi tối thiểu có thể là 0,6 V. Do đó, điều này cho chúng ta phạm vi tối thiểu và tối đa giữa 0,6 V và 3 V.

Chúng ta phải thiết lập các giá trị đặt trước sao cho ở mức 3 V, tất cả các điện áp pin3 của A1 đến A4 đều cao hơn pin 2.

Tiếp theo, chúng ta có thể giả sử tắt op amps theo trình tự sau:

Tại 2,5 V trên Rx đầu ra A4 xuống thấp, ở mức 2 V đầu ra A3 xuống thấp, ở mức 1,5 V A2 đầu ra thấp, ở 0,5 V A1 đầu ra thấp

Hãy nhớ rằng, mặc dù ở mức 0,5 V trên Rx, tất cả các đèn LED đều tắt, nhưng 0,5 V vẫn có thể tương ứng với dòng điện 1 amp được rút ra bởi pin. Chúng tôi có thể coi đây là mức sạc phao và cho phép pin duy trì kết nối trong một thời gian cho đến khi chúng tôi cuối cùng tháo nó ra.

Nếu bạn muốn đèn LED cuối cùng (màu trắng) tiếp tục chiếu sáng cho đến khi đạt đến gần như không vôn trên Rx, trong trường hợp đó, bạn có thể tháo điốt tham chiếu khỏi chân 2 của amps op và thay thế nó bằng một điện trở sao cho điện trở này cùng với R5 tạo ra điện áp giảm khoảng 0,2 V tại pin2.

Điều này sẽ đảm bảo rằng đèn LED trắng ở A1 chỉ tắt khi điện thế trên Rx giảm xuống dưới 0,2 V, do đó sẽ tương ứng với pin gần như đã sạc đầy và có thể tháo rời.

Cách thiết lập các Presets.

Đối với điều này, bạn sẽ cần một bộ chia tiềm năng giả được xây dựng bằng cách sử dụng nồi 1K được kết nối qua các đầu cuối nguồn cung cấp như hình dưới đây.

Ban đầu, ngắt kết nối liên kết đặt trước P1 --- P4 khỏi Rx và kết nối nó với chân giữa của nồi 1 K, như đã chỉ ra ở trên.

Trượt cánh tay giữa của tất cả các cài đặt trước amp op về phía nồi 1K.

Bây giờ, điều chỉnh nồi 1K để 2,5V được phát triển trên cánh tay giữa của nó và cánh tay mặt đất. Bạn sẽ chỉ thấy đèn LED ĐỎ BẬT tại thời điểm này. Tiếp theo, điều chỉnh A4 P4 đặt trước để đèn LED ĐỎ chỉ tắt. Điều này sẽ ngay lập tức BẬT đèn LED xanh A3.

Sau đó, điều chỉnh nồi 1K để giảm điện áp chân trung tâm của nó xuống 2V. Như trên, điều chỉnh P3 đặt trước A3 sao cho Màu xanh lá cây chỉ TẮT. Điều này sẽ BẬT đèn LED màu vàng.

Tiếp theo, điều chỉnh nồi 1K để tạo ra 1,5V tại chân trung tâm của nó và điều chỉnh P2 cài đặt trước A2 để đèn LED màu vàng chỉ tắt. Điều này sẽ BẬT đèn LED màu trắng.

Cuối cùng, điều chỉnh nồi 1K để giảm điện thế chân trung tâm của nó xuống 0,5V. Điều chỉnh P1 cài đặt trước A1 sao cho đèn LED trắng tắt.

Các điều chỉnh đặt trước hiện đã kết thúc và đã hoàn thành!

Tháo nồi 1K và kết nối lại liên kết đầu ra đặt trước trở lại Rx như trong sơ đồ đầu tiên.

Bạn có thể bắt đầu sạc pin được khuyến nghị và xem các đèn LED phản hồi tương ứng.

Thêm Tự động Cắt TẮT

Khi dòng điện giảm xuống gần như bằng không, một rơ le có thể được ngắt để đảm bảo tự động cắt mạch pin cảm biến dòng điện, như hình dưới đây:

Làm thế nào nó hoạt động

Khi nguồn được BẬT, tụ điện 10uF gây ra sự tiếp đất tạm thời cho điện thế pin2 của các ampe op, cho phép đầu ra của tất cả các amp op tăng cao.

Bóng bán dẫn trình điều khiển rơ le được kết nối ở đầu ra A1 sẽ BẬT rơ le, rơ le này kết nối pin với nguồn sạc thông qua các tiếp điểm N / O.

Pin bây giờ bắt đầu rút ra lượng dòng điện quy định gây ra điện thế cần thiết phát triển trên Rx, được cảm nhận bởi chân 3 của amp op thông qua các cài đặt trước tương ứng, P1 --- P4.

Trong khi chờ đợi, 10uF được sạc qua R5 sẽ khôi phục giá trị tham chiếu tại chân2 của ampe op trở lại 0,6V (diode giảm).

Khi pin sạc, các đầu ra op amp phản hồi tương ứng như đã giải thích trước đó, cho đến khi pin được sạc đầy, khiến đầu ra A1 ở mức thấp.

Với đầu ra A1 ở mức thấp, bóng bán dẫn TẮT rơ le và pin bị ngắt khỏi nguồn cung cấp.

Một thiết kế cắt pin cảm biến hiện tại hữu ích khác

Công việc của thiết kế này thực sự đơn giản. Điện áp tại đầu vào nghịch lưu được cố định bởi giá trị đặt trước P1 ở mức chỉ thấp hơn điện áp rơi trên dải điện trở R3 --- R13, tương ứng với dòng sạc được khuyến nghị của pin.

Khi nguồn được BẬT, C2 gây ra mức cao xuất hiện ở mức không đảo ngược của amp op, do đó làm cho đầu ra op amp tăng cao và BẬT MOSFET.

MOSFET dẫn và cho phép kết nối pin qua nguồn sạc, cho phép dòng sạc đi qua ngân hàng điện trở.

Điều này cho phép một điện áp phát triển ở đầu vào không đảo của IC, cao hơn chân không đảo của nó, chốt đầu ra của op amp ở mức cao vĩnh viễn.

MOSFET bây giờ tiếp tục hoạt động và pin được sạc, cho đến khi mức tiêu thụ hiện tại của pin giảm đáng kể ở mức sạc đầy của pin. Điện áp trên ngân hàng điện trở bây giờ giảm xuống, do đó, chân đảo ngược của op amp bây giờ cao hơn chân không đảo của op amp.

Do đó, đầu ra op amp ở mức thấp, MOSFET bị TẮT và quá trình sạc pin cuối cùng bị tạm dừng.