Conception d'un circuit de chargeur de batterie personnalisé

Essayez Notre Instrument Pour Éliminer Les Problèmes





J'ai conçu et publié une variété de circuits de chargeur de batterie sur ce site Web, mais les lecteurs sont souvent confus lorsqu'ils sélectionnent le bon circuit de chargeur de batterie pour leurs applications individuelles. Et je dois expliquer explicitement à chacun des lecteurs comment personnaliser le circuit de chargeur de batterie donné pour leurs besoins spécifiques.

Cela prend beaucoup de temps, car c'est la même chose que je dois expliquer à chacun des lecteurs de temps en temps.



Cela m'a obligé à publier ce post où j'ai essayé d'expliquer un chargeur de batterie standard conception et comment le personnaliser de plusieurs manières en fonction des préférences individuelles en termes de tension, de courant, de coupure automatique ou d'opérations semi-automatiques.

Charger correctement la batterie est crucial

Les trois paramètres fondamentaux dont toutes les batteries ont besoin pour se recharger de manière optimale et en toute sécurité sont:



  1. Courant continu.
  2. Courant constant.
  3. Coupure automatique.

Donc, fondamentalement, ce sont les trois choses fondamentales à appliquer pour charger avec succès une batterie et également s'assurer que la durée de vie de la batterie n'est pas affectée dans le processus.

Quelques conditions améliorées et facultatives sont:

Gestion de la chaleur.

et Étape de charge .

Les deux critères ci-dessus sont particulièrement recommandés pour Batteries Li-ion , alors que ceux-ci peuvent ne pas être si cruciaux pour les batteries au plomb (bien qu'il n'y ait `` aucun mal à le mettre en œuvre pour la même chose)

Voyons les conditions ci-dessus par étape et voyons comment on peut personnaliser les exigences selon les instructions suivantes:

Importance de la tension constante:

Il est recommandé de charger toutes les batteries à une tension qui peut être environ 17 à 18% supérieure à la tension de batterie imprimée, et ce niveau ne doit pas être augmenté ou fluctué de beaucoup.

Par conséquent pour un Batterie 12V , la valeur se situe autour de 14,2V, ce qui ne devrait pas être augmenté de beaucoup.

Cette exigence est appelée exigence de tension constante.

Avec la disponibilité d'un certain nombre de circuits intégrés régulateurs de tension aujourd'hui, fabriquer un chargeur à tension constante est une question de minutes.

Les plus populaires parmi ces circuits intégrés sont les LM317 (1,5 ampères), LM338 (5 ampères), LM396 (10 ampères). Tous ces circuits sont des circuits intégrés de régulation de tension variable et permettent à l'utilisateur de définir n'importe quelle tension constante souhaitée entre 1,25 et 32 ​​V (pas pour LM396).

Vous pouvez utiliser l'IC LM338 qui convient à la plupart des batteries pour obtenir une tension constante.

Voici un exemple de circuit qui peut être utilisé pour charger n'importe quelle batterie entre 1,25 et 32V avec une tension constante.

Schéma du chargeur de batterie à tension constante

La variation du potentiomètre 5k permet le réglage de toute tension constante souhaitée à travers le condensateur C2 (Vout) qui peut être utilisé pour charger une batterie connectée à travers ces points.

Pour une tension fixe, vous pouvez remplacer R2 par une résistance fixe, en utilisant cette formule:

VOU= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Où VREFest = 1,25

Depuis que jeADJest trop petit, il peut être ignoré

Bien qu'une tension constante puisse être nécessaire, dans les endroits où la tension d'un réseau CA d'entrée ne varie pas trop (un haut / bas de 5% est tout à fait acceptable), on peut entièrement éliminer le circuit ci-dessus et oublier le facteur de tension constant.

Cela implique que nous pouvons simplement utiliser un transformateur correctement évalué pour charger une batterie sans tenir compte d'une condition de tension constante, à condition que l'entrée secteur soit assez fiable en termes de fluctuations.

Aujourd'hui, avec l'avènement des appareils SMPS, le problème ci-dessus devient complètement sans importance puisque les SMPS sont tous des alimentations à tension constante et sont très fiables avec leurs spécifications, donc si un SMPS est disponible, le circuit LM338 ci-dessus peut être définitivement éliminé.

Mais généralement, un SMPS est livré avec une tension fixe, donc dans ce cas, le personnaliser pour une batterie particulière peut devenir un problème et vous devrez peut-être opter pour le circuit polyvalent LM338 comme expliqué ci-dessus .... ou si vous souhaitez toujours éviter cela. , vous pouvez simplement modifier le SMPS circuit lui-même pour acquérir la tension de charge souhaitée.

La section suivante explique la conception d'un circuit de commande de courant personnalisé pour une unité de chargeur de batterie spécifique et sélectionnée.

Ajout d'un courant constant

Tout comme le paramètre 'tension constante' , le courant de charge recommandé pour une batterie particulière ne doit pas être augmenté ou fluctué de beaucoup.

Pour les batteries au plomb-acide, le taux de charge doit être d'environ 1 / 10e ou 2 / 10e de la valeur Ah (ampère-heure) imprimée de la batterie. ce qui signifie que si la batterie est évaluée à 100 Ah, par exemple, il est recommandé que son taux de courant de charge (ampère) soit à 100/10 = 10 ampères minimum ou (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 ampères maximum, ce chiffre devrait ne pas être augmenté de préférence pour maintenir des conditions saines pour la batterie.

Cependant pour Li-ion ou Batteries Lipo le critère est entièrement différent, pour ces batteries, le taux de charge peut être aussi élevé que leur taux Ah, ce qui signifie que si la spécification AH d'une batterie Li-ion est de 2,2 Ah, il est alors possible de la charger au même niveau qui est de 2,2 ampères taux Ici, vous n'avez rien à diviser ni à vous livrer à des calculs.

Pour mettre en œuvre un courant constant caractéristique, encore une fois un LM338 devient utile et peut être configuré pour atteindre le paramètre avec un degré élevé de précision.

Les circuits donnés ci-dessous montrent comment le CI peut être configuré pour mettre en œuvre un chargeur de batterie à courant contrôlé.


Assurez-vous de consultez cet article qui fournit un circuit de chargeur de batterie excellent et hautement personnalisable.


Schéma du chargeur de batterie contrôlé CC et CV

Comme indiqué dans la section précédente, au cas où votre secteur d'entrée serait assez constant, vous pouvez ignorer la section LM338 du côté droit et utiliser simplement le circuit limiteur de courant du côté gauche avec un transformateur ou un SMPS, comme indiqué ci-dessous:

Dans la conception ci-dessus, la tension du transformateur peut être évaluée au niveau de tension de la batterie, mais après rectification, elle peut produire un peu au-dessus de la tension de charge de la batterie spécifiée.

Ce problème peut être négligé car la fonction de contrôle de courant connectée forcera la tension à faire baisser automatiquement l'excès de tension au niveau de tension de charge de batterie sécurisé.

R1 peut être personnalisé selon les besoins, en suivant les instructions fournies ICI

Les diodes doivent avoir une valeur nominale appropriée en fonction du courant de charge et doivent de préférence être beaucoup plus élevées que le niveau de courant de charge spécifié.

Personnalisation du courant pour charger une batterie

Dans les circuits ci-dessus, l'IC LM338 référencé est conçu pour gérer au plus 5 ampères, ce qui le rend approprié uniquement pour les batteries jusqu'à 50 AH, mais vous pouvez avoir des batteries beaucoup plus élevées de l'ordre de 100 AH, 200 AH ou même 500 AH .

Ceux-ci pourraient nécessiter une charge aux taux de courant respectifs plus élevés qu'un seul LM338 pourrait ne pas suffire.

Pour remédier à cela, on peut mettre à niveau ou améliorer le CI avec plus de CI en parallèle, comme indiqué dans l'exemple d'article suivant:

Circuit de chargeur de 25 ampères

Dans l'exemple ci-dessus, la configuration semble peu compliquée en raison de l'inclusion d'un amplificateur opérationnel, mais un peu de bricolage montre qu'en fait les circuits intégrés peuvent être directement ajoutés en parallèle pour multiplier la sortie de courant, à condition que tous les circuits intégrés soient montés sur un dissipateur thermique commun , voir le diagramme ci-dessous:

N'importe quel nombre de circuits intégrés peut être ajouté dans le format indiqué pour atteindre toute limite de courant souhaitée, mais deux choses doivent être garanties afin d'obtenir une réponse optimale de la conception:

Tous les circuits intégrés doivent être montés sur un dissipateur thermique commun et toutes les résistances de limitation de courant (R1) doivent être fixées avec une valeur correspondant précisément, les deux paramètres sont nécessaires pour permettre un partage uniforme de la chaleur entre les circuits intégrés et donc une distribution de courant égale à travers le sortie pour la batterie connectée.

Jusqu'à présent, nous avons appris comment personnaliser la tension constante et le courant constant pour une application de chargeur de batterie spécifique.

Cependant, sans coupure automatique, un circuit de chargeur de batterie peut être tout simplement incomplet et assez dangereux.

Jusqu'à présent dans notre charge de batterie tutoriels nous avons appris à personnaliser le paramètre de tension constante lors de la construction d'un chargeur de batterie.Dans les sections suivantes, nous allons essayer de comprendre comment mettre en œuvre une coupure automatique de charge complète pour assurer une charge sûre de la batterie connectée.

Ajout d'une coupure automatique 0ff dans le chargeur de batterie

Dans cette section, nous découvrirons comment une coupure automatique peut être ajoutée à une batterie chargeur qui est l'un des aspects les plus cruciaux de ces circuits.

Un simple étage de coupure automatique peut être inclus et personnalisé dans un circuit de chargeur de batterie sélectionné en incorporant un comparateur d'amplificateur opérationnel.

Un amplificateur opérationnel peut être positionné pour détecter une tension de batterie croissante pendant qu'il est en cours de charge et couper la tension de charge dès que la tension atteint le niveau de charge complète de la batterie.

Vous avez peut-être déjà vu cette implémentation dans la plupart des circuits de chargeur de batterie automatique publiés jusqu'à présent dans ce blog.

Le concept peut être parfaitement compris à l'aide de l'explication suivante et de la simulation GIF de circuit illustrée:

REMARQUE: veuillez utiliser le contact N / O du relais pour l'entrée de charge, au lieu du N / C indiqué. Cela garantira que le relais ne claquera pas en l'absence de batterie. Pour que cela fonctionne, assurez-vous également d'échanger les broches d'entrée (2 et 3) entre elles .

Dans l'effet de simulation ci-dessus, nous pouvons voir qu'un amplificateur opérationnel est configuré en tant que capteur de tension de batterie pour détecter le seuil de surcharge et couper l'alimentation de la batterie dès que cela est détecté.

Le préréglage sur la broche (+) du circuit intégré est ajusté de telle sorte qu'à la pleine tension de la batterie (14,2 V ici), la broche n ° 3 acquiert un potentiel d'ombre plus élevé que la broche (-) du circuit intégré qui est fixée avec une tension de référence de 4,7V avec une diode Zener.

L'alimentation en «tension constante» et en «courant constant» expliquée précédemment est connectée au circuit et la batterie via le contact N / C du relais.

Au départ, la tension d'alimentation et la batterie sont toutes deux coupées du circuit.

Tout d'abord, la batterie déchargée peut être connectée au circuit, dès que cela est fait, l'ampli-tuner détecte un potentiel inférieur (10,5 V comme supposé ici) au niveau de charge complète, et pour cette raison, la LED ROUGE s'allume. , indiquant que la batterie est en dessous du niveau de charge complète.

Ensuite, l'alimentation de charge d'entrée de 14,2 V est activée.

Dès que cela est fait, l'entrée descend instantanément à la tension de la batterie et atteint le niveau 10,5V.

La procédure de charge est maintenant lancée et la batterie commence à se charger.

Lorsque la tension aux bornes de la batterie augmente au cours de la charge, la tension de la broche (+) augmente également en conséquence.

Et au moment où la tension de la batterie atteint le niveau d'entrée complet qui est le niveau de 14,3 V, la broche (+) atteint également proportionnellement une tension de 4,8 V qui est juste supérieure à la tension de la broche (-).

Cela force instantanément la sortie opamp à monter haut.

La LED ROUGE s'éteint maintenant et la LED verte s'allume, indiquant l'action de changement et également que la batterie est complètement chargée.

Cependant, ce qui peut arriver après cela n'est pas montré dans la simulation ci-dessus. Nous l'apprendrons à travers l'explication suivante:

Dès que le relais se déclenche, la tension aux bornes de la batterie aura rapidement tendance à chuter et à revenir à un niveau inférieur car une batterie 12 V ne maintiendra jamais un niveau de 14 V de manière cohérente et essaiera d'atteindre une marque de 12,8 V environ.

Maintenant, en raison de cette condition, la tension de la broche (+) subira à nouveau une baisse en dessous du niveau de référence défini par la broche (-), ce qui incitera à nouveau le relais à s'éteindre, et le processus de charge sera à nouveau lancé.

Ce basculement MARCHE / ARRÊT du relais continuera à fonctionner en faisant un «clic» indésirable du relais.

Pour éviter cela, il devient impératif d'ajouter une hystérésis au circuit.

Cela se fait en introduisant une résistance de valeur élevée à travers la sortie et la broche (+) du circuit intégré comme indiqué ci-dessous:

Ajout d'hystérésis

L'ajout de ce qui précède indiqué hystérèse La résistance empêche le relais d'osciller ON / OFF aux niveaux de seuil et verrouille le relais jusqu'à un certain laps de temps (jusqu'à ce que la tension de la batterie tombe en dessous de la limite durable de cette valeur de résistance).

Les résistances de valeur plus élevée fournissent des périodes de verrouillage inférieures tandis que la résistance inférieure fournit une hystérésis plus élevée ou une période de verrouillage plus élevée.

Ainsi, à partir de la discussion ci-dessus, nous pouvons comprendre comment un circuit de coupure de batterie automatique correctement configuré peut être conçu et personnalisé par tout amateur pour ses spécifications de charge de batterie préférées.

Voyons maintenant à quoi peut ressembler l'ensemble de la conception du chargeur de batterie, y compris la tension / courant constant mis en place avec la configuration de coupure ci-dessus:

Voici donc le circuit de chargeur de batterie personnalisé complet qui peut être utilisé pour charger toute batterie souhaitée après l'avoir configurée, comme expliqué dans l'ensemble de notre tutoriel:

  • L'ampli op peut être un IC 741
  • Le préréglage = 10k préréglé
  • les deux diodes Zener peuvent être = 4,7 V, 1/2 watt
  • résistance zener = 10k
  • Les résistances LED et transistor peuvent également être = 10k
  • Transistor = BC547
  • diode de relais = 1N4007
  • relais = sélectionner correspond à la tension de la batterie.

Comment charger une batterie sans aucune des installations ci-dessus

Si vous vous demandez s'il est possible de charger une batterie sans associer l'un des circuits et pièces complexes mentionnés ci-dessus? La réponse est oui, vous pouvez charger n'importe quelle batterie en toute sécurité et de manière optimale, même si vous ne disposez d'aucun des circuits et pièces mentionnés ci-dessus.

Avant de continuer, il serait important de connaître les quelques éléments cruciaux dont une batterie a besoin pour se recharger en toute sécurité et les éléments qui rendent les paramètres de «coupure automatique» «tension constante» et «courant constant» si importants.

Ces fonctionnalités deviennent importantes lorsque vous souhaitez que votre batterie soit chargée avec une efficacité extrême et rapidement. Dans de tels cas, vous souhaiterez peut-être que votre chargeur soit équipé de nombreuses fonctionnalités avancées, comme suggéré ci-dessus.

Cependant, si vous êtes prêt à accepter le niveau de charge complète de votre batterie légèrement inférieur à l'optimum, et si vous êtes prêt à fournir quelques heures de plus pour que la charge se termine, vous n'auriez certainement pas besoin des fonctionnalités recommandées telles que constante courant, tension constante ou coupure automatique, vous pouvez oublier tout cela.

Fondamentalement, une batterie ne doit pas être chargée avec des fournitures ayant une valeur supérieure à celle imprimée de la batterie, c'est aussi simple que cela.

Cela signifie que votre batterie est évaluée à 12 V / 7 Ah, idéalement, vous ne devez jamais dépasser le taux de charge complet au-dessus de 14,4 V et un courant supérieur à 7/10 = 0,7 ampère. Si ces deux taux sont correctement maintenus, vous pouvez être assuré que votre batterie est entre de bonnes mains et ne sera jamais endommagée quelles que soient les circonstances.

Par conséquent, afin de garantir les critères mentionnés ci-dessus et de charger la batterie sans impliquer de circuits complexes, assurez-vous simplement que l'alimentation d'entrée que vous utilisez est évaluée en conséquence.

Par exemple, si vous chargez une batterie 12V / 7Ah, sélectionnez un transformateur qui produit environ 14V après rectification et filtration, et son courant est évalué à environ 0,7 ampère. La même règle peut également être appliquée pour d'autres batteries, proportionnellement.

L'idée de base ici est de maintenir les paramètres de charge légèrement inférieurs à la valeur maximale autorisée. Par exemple, il peut être recommandé de charger une batterie 12 V jusqu'à 20% de plus que sa valeur imprimée, c'est-à-dire 12 x 20% = 2,4 V supérieur à 12 V = 12 + 2,4 = 14,4 V.

Par conséquent, nous nous assurons de garder cela légèrement plus bas à 14V, ce qui peut ne pas charger la batterie à son point optimal, mais sera juste bon pour tout, en fait, garder la valeur légèrement inférieure améliorera la durée de vie de la batterie permettant beaucoup plus de cycles de charge / décharge. à long terme.

De même, le maintien du courant de charge à 1 / 10e de la valeur Ah imprimée garantit que la batterie est chargée avec un minimum de stress et de dissipation, ce qui prolonge la durée de vie de la batterie.

La configuration finale

circuit de base du chargeur de batterie utilisant un transformateur et un redresseur

Une configuration simple illustrée ci-dessus peut être utilisée universellement pour charger n'importe quelle batterie en toute sécurité et de manière tout à fait optimale, à condition que vous prévoyiez un temps de charge suffisant ou jusqu'à ce que vous trouviez l'aiguille de l'ampèremètre tombant presque à zéro.

Le condensateur de filtre de 1000 uf n'est en fait pas nécessaire, comme indiqué ci-dessus, et son élimination améliorerait en fait la durée de vie de la batterie.

Avez-vous d'autres doutes? N'hésitez pas à les exprimer à travers vos commentaires.

La source: Batterie en charge




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