Circuit de chargeur de batterie utilisant des résistances fixes

Ce circuit de chargeur de batterie automatique universel est extrêmement polyvalent avec son fonctionnement et peut être adapté à tous les types de charge de batterie et même à l'application de contrôleur de charge solaire.

Caractéristiques principales du chargeur de batterie universel

Un circuit de chargeur de batterie universel doit comporter les principales caractéristiques suivantes:

1) Coupure automatique de la charge complète de la batterie et automatique batterie faible initialisation de la charge, avec les avertissements correspondants à LED.

2) Adaptable à tous les types de charge de batterie

3) Adaptable à toute tension donnée et batterie nominale AH.

4) Sortie contrôlée en courant

5) Étape de charge 3 ou 4 étapes (facultatif)

Sur les 5 caractéristiques ci-dessus, les 3 premières sont cruciales et deviennent les caractéristiques obligatoires de tout circuit de chargeur de batterie universel.

Cependant, en plus de ces caractéristiques, un chargeur de batterie automatique doit également être extrêmement compact, bon marché et facile à utiliser, sinon la conception pourrait être tout à fait inutile pour les personnes ayant moins de connaissances techniques, ce qui annulera l'étiquette `` universelle ''.

J'ai déjà discuté de nombreux circuits de chargeur de batterie diversifiés sur ce site Web, qui comprend la plupart des caractéristiques essentielles qui peuvent être essentiellement nécessaires pour charger une batterie de manière optimale et en toute sécurité.

Beaucoup de ces circuits de chargeur de batterie utilisaient un seul ampli-op pour des raisons de simplicité et utilisaient une option d'hystérésis pour mettre en œuvre un processus de restauration automatique de charge de batterie faible.

Cependant, avec un chargeur de batterie automatique utilisant l'hystérésis dans l'amplificateur opérationnel, le réglage du préréglage de rétroaction ou de la résistance variable devient une procédure cruciale et une affaire un peu compliquée, en particulier pour les nouveaux arrivants, car cela nécessite un processus d'essai et d'erreur implacable jusqu'à ce que le réglage correct soit finalisé.

De plus, la mise en place de la coupure de surcharge devient également un processus fastidieux pour tout nouveau venu qui pourrait essayer d'obtenir rapidement des résultats avec son circuit de chargeur de batterie.

Utilisation de résistances fixes au lieu de pots ou de préréglages

Le présent article se concentre spécifiquement sur la question ci-dessus et remplace les potars et presets par des résistances fixes afin d'éliminer les ajustements chronophages et d'assurer une conception sans tracas pour l'utilisateur final ou le constructeur.

J'ai déjà discuté d'un article précédent qui expliquait de manière détaillée l'hystérésis dans les amplificateurs opérationnels, nous allons utiliser le même concept et les mêmes formules pour concevoir le circuit de chargeur de batterie universel proposé qui, espérons-le, résoudra toutes les confusions liées à la construction d'un circuit de chargeur de batterie personnalisé pour toute batterie unique.

Avant d'aller de l'avant avec un exemple d'explication de circuit, il serait important de comprendre pourquoi l'hystérésis est nécessaire pour notre circuit de chargeur de batterie?

C'est parce que nous sommes intéressés à utiliser un seul ampli-op et à l'utiliser pour détecter à la fois le seuil de décharge inférieur de la batterie ainsi que le seuil de charge complète supérieur.

Importance de l'ajout d'une hystérésis

Normalement, sans hystérésis, un opamp ne peut pas être réglé pour un déclenchement à deux seuils différents qui peuvent être assez éloignés, par conséquent, nous utilisons l'hystérésis pour obtenir la possibilité d'utiliser un seul opamp avec une fonction de détection double.

Pour en revenir à notre sujet principal concernant la conception d'un circuit de chargeur de batterie universel avec hystérésis, apprenons comment nous pouvons calculer les résistances fixes, de sorte que les procédures complexes de configuration de coupure Hi / Lo utilisant des résistances variables ou des préréglages puissent être éliminées.

Pour comprendre les opérations de base de l'hystérésis et sa formule associée, nous devons d'abord nous référer à l'illustration suivante:

Dans les exemples d'illustrations ci-dessus, nous pouvons clairement voir comment la résistance d'hystérésis Rh est calculé par rapport aux deux autres résistances de référence Rx et Ry.

Essayons maintenant d'implémenter le concept ci-dessus dans un circuit de chargeur de batterie réel et voyons comment les paramètres pertinents peuvent être calculés pour obtenir la sortie optimisée finale. Nous prenons l'exemple suivant d'un Circuit de chargeur de batterie 6V

Dans ce diagramme de chargeur à semi-conducteurs, dès que la tension de la broche n ° 2 devient plus élevée la tension de référence de la broche n ° 3, la broche de sortie n ° 6 devient faible, désactivant le TIP122 et la charge de la batterie. À l'inverse, tant que le potentiel de la broche n ° 2 reste en dessous de la broche n ° 3, la sortie de l'amplificateur opérationnel maintient le TIP122 allumé et la batterie continue de se charger.

Implémentation des formules dans un exemple pratique

À partir des formules exprimées dans la section précédente, nous sommes en mesure de voir quelques paramètres cruciaux qui doivent être pris en compte lors de sa mise en œuvre dans un circuit pratique, comme indiqué ci-dessous:

1) La tension de référence appliquée à Rx et la tension d'alimentation opamp Vcc doivent être égales et constantes.

2) Le seuil de coupure de charge complète de batterie supérieur sélectionné et les tensions de seuil ON de l'interrupteur de décharge de batterie inférieur doivent être inférieurs à la Vcc et aux tensions de référence.

Cela semble un peu délicat car la tension d'alimentation Vcc est généralement connectée à la batterie et ne peut donc pas être constante, et elle ne peut pas non plus être inférieure à la référence.

Quoi qu'il en soit, pour résoudre le problème, nous nous assurons que le Vcc est serré avec le niveau de référence et que la tension de la batterie qui doit être détectée est abaissée à une valeur inférieure de 50% à l'aide d'un réseau de diviseurs de potentiel afin qu'elle devienne inférieure au Vcc, comme indiqué dans le diagramme ci-dessus.

Les résistances Ra et Rb chutent la tension de la batterie à une valeur proportionnellement inférieure de 50%, tandis que le zener de 4,7 V définit la tension de référence fixe pour Rx / Ry et la broche Vcc n ° 4 de l'amplificateur opérationnel. Maintenant, les choses semblent prêtes pour les calculs.

Alors appliquons l'hystérésis formules à ce chargeur 6V et voyez comment cela fonctionne pour cet exemple de circuit:

Dans le circuit 6V mentionné ci-dessus, nous avons les données suivantes en main:

La batterie à charger est de 6V

Le point de coupure supérieur est de 7 V

Le point de restauration inférieur est de 5,5 V.

Vcc et la tension de référence est réglée sur 4,7 V (en utilisant 4,7 V zener)

Nous sélectionnons Ra, Rb comme résistances de 100k pour réduire le potentiel de la batterie 6V à 50% moins de valeur, par conséquent, le point de coupure supérieur 7V devient maintenant 3,5V (VH) et le 5,5V inférieur devient 2,75V (VL)

Maintenant, nous devons connaître les valeurs de la résistance d'hystérésis Rh par rapport à Rx et Ry .

Selon la formule:

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

De 1) nous avons Rh / Rx = 3,66

Rh = 3,66 Rx

Prenons Rx = 100 K ,

D'autres valeurs comme 10K, 4k7 ou quoi que ce soit pourraient faire l'affaire, mais 100K étant une valeur standard et suffisamment élevée pour réduire la consommation, cela devient plus approprié.

∴ Rh = 3,66 x 100 = 366 K

En substituant cette valeur de Rx en 2), on obtient

Ry / Rx = 2,29

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

∴ Ry = 229 000

Les résultats ci-dessus peuvent également être obtenus à l'aide d'un logiciel de calcul d'hystérésis, simplement en cliquant sur quelques boutons

C'est tout, avec les calculs ci-dessus, nous avons déterminé avec succès les valeurs fixes précises des différentes résistances qui garantiront que la batterie 6V connectée se déconnecte automatiquement à 7V et redémarre la charge au moment où sa tension chute en dessous de 5,5V.

Pour les batteries à haute tension

Pour des tensions plus élevées telles que pour obtenir un circuit de batterie universel 12V, 24V, 48V, la conception décrite ci-dessus peut être simplement modifiée comme indiqué ci-dessous, en éliminant l'étage LM317.

Les procédures de calcul seront exactement les mêmes que celles exprimées dans le paragraphe précédent.

Pour la charge de batterie à courant élevé, le TIP122 et la diode 1N5408 peuvent avoir besoin d'être mis à niveau avec des appareils à courant proportionnellement plus élevé, et changer le zener de 4,7 V à une valeur qui peut être supérieure à 50% de la tension de la batterie.

La LED verte indique l'état de charge de la batterie tandis que la LED rouge nous permet de savoir quand la batterie est complètement chargée.

Cela conclut l'article, qui explique clairement comment créer un circuit de chargeur de batterie simple mais universellement applicable en utilisant des résistances fixes pour assurer une précision extrême et des coupures infaillibles entre les points de seuil définis, ce qui garantit une charge parfaite et sûre de la batterie connectée.