Circuito del cargador de batería con resistencias fijas

Este circuito cargador de batería automático universal es extremadamente versátil con su funcionamiento y se puede adaptar para todo tipo de carga de batería e incluso para aplicaciones de controlador de carga solar.

Características principales del cargador de batería universal

Un circuito de cargador de batería universal debe tener las siguientes características principales incluidas:

1) Corte automático de carga completa de la batería y automático batería baja inicialización de la carga, con los correspondientes indicadores LED de advertencia.

2) Adaptable a todo tipo de carga de baterías

3) Adaptable a cualquier voltaje dado y batería nominal AH.

4) Salida controlada por corriente

5) Carga escalonada 3 o 4 pasos (opcional)

De las 5 características anteriores, las 3 primeras son cruciales y se convierten en las características obligatorias de cualquier circuito cargador de batería universal.

Sin embargo, junto con estas características, un cargador de batería automático también debe ser extremadamente compacto, económico y fácil de operar; de lo contrario, el diseño podría ser bastante inútil para personas con menos conocimientos técnicos, lo que anularía la etiqueta 'universal'.

Ya he hablado de muchos circuitos de cargadores de batería diversificados en este sitio web, que incluye la mayoría de las características destacadas que pueden ser esencialmente necesarias para cargar una batería de manera óptima y segura.

Muchos de estos circuitos de carga de batería usaban un solo amplificador operacional para simplificar y empleaban una opción de histéresis para implementar un proceso automático de restauración de carga de batería baja.

Sin embargo, con un cargador de batería automático que usa histéresis en opamp, ajustar el preajuste de retroalimentación o la resistencia variable se convierte en un procedimiento crucial y un poco complicado, especialmente para los recién llegados, ya que requiere un proceso de prueba y error implacable hasta que se finaliza la configuración correcta.

Además, la configuración del límite de sobrecarga también se convierte en un proceso tedioso para cualquier recién llegado que pueda estar tratando de lograr los resultados rápidamente con su circuito cargador de batería.

Uso de resistencias fijas en lugar de potenciómetros o preajustes

El presente artículo se centra específicamente en el tema anterior y reemplaza las ollas y presets con resistencias fijas para eliminar los ajustes que consumen mucho tiempo y garantizar un diseño sin complicaciones para el usuario final o el constructor.

Ya he discutido un artículo anterior que explicaba detalladamente la histéresis en amplificadores operacionales, vamos a utilizar el mismo concepto y fórmulas para diseñar el circuito de cargador de batería universal propuesto que, con suerte, resolverá todas las confusiones relacionadas con la construcción de un circuito de cargador de batería personalizado para cualquier batería única.

Antes de continuar con una explicación de circuito de ejemplo, sería importante comprender por qué se requiere histéresis para nuestro circuito cargador de batería?

Es porque estamos interesados ​​en usar un solo opamp y usarlo para detectar tanto el umbral de descarga inferior de la batería como el umbral de carga completa superior.

Importancia de agregar una histéresis

Normalmente, sin histéresis, un opamp no se puede configurar para que se dispare en dos umbrales diferentes que pueden estar bastante separados, por lo tanto, empleamos la histéresis para tener la posibilidad de usar un solo opamp con una función de detección dual.

Volviendo a nuestro tema principal sobre el diseño de un circuito cargador de batería universal con histéresis, aprendamos cómo podemos calcular las resistencias fijas, de modo que se puedan eliminar los complejos procedimientos de configuración de corte Hi / Lo que utilizan resistencias variables o preajustes.

Para comprender las operaciones básicas de histéresis y su fórmula relacionada, primero debemos referirnos a la siguiente ilustración:

En las ilustraciones de ejemplo anteriores, podemos ver claramente cómo la resistencia de histéresis Rh se calcula con respecto a las otras dos resistencias de referencia Rx y Ry.

Ahora intentemos implementar el concepto anterior en un circuito cargador de batería real y veamos cómo se pueden calcular los parámetros relevantes para obtener la salida optimizada final. Tomamos el siguiente ejemplo de un Circuito cargador de batería 6V

En este diagrama de cargador de estado sólido, tan pronto como el voltaje de la clavija # 2 aumenta el voltaje de referencia de la clavija # 3, la clavija de salida # 6 baja, apagando el TIP122 y la carga de la batería. A la inversa, mientras el potencial del pin n. ° 2 permanezca por debajo del pin n. ° 3, la salida del amplificador operacional mantiene el TIP122 encendido y la batería continúa cargándose.

Implementar las fórmulas en un ejemplo práctico

De las fórmulas expresadas en la sección anterior, podemos ver un par de parámetros cruciales que deben tenerse en cuenta al implementarlo dentro de un circuito práctico, como se indica a continuación:

1) La tensión de referencia aplicada a Rx y la tensión de alimentación del amplificador operacional Vcc deben ser iguales y constantes.

2) El umbral de desconexión de carga completa de la batería superior seleccionado y el umbral de activación del interruptor de descarga de batería inferior deben ser inferiores al Vcc y los voltajes de referencia.

Esto parece un poco complicado porque la tensión de alimentación Vcc generalmente está conectada con la batería y, por lo tanto, no puede ser constante y tampoco puede ser inferior a la referencia.

De todos modos, para abordar el problema, nos aseguramos de que el Vcc esté sujeto con el nivel de referencia, y el voltaje de la batería que debe detectarse se reduzca a un valor 50% más bajo utilizando una red divisor de potencial para que sea menor que el Vcc. como se muestra en el diagrama anterior.

La resistencia Ra y Rb reducen el voltaje de la batería a un valor proporcional del 50% más bajo, mientras que el zener de 4.7V establece el voltaje de referencia fijo para Rx / Ry y el pin # 4 de Vcc del opamp. Ahora todo parece estar listo para los cálculos.

Entonces apliquemos la histéresis fórmulas a este cargador de 6V y vea cómo funciona para este circuito de ejemplo:

En el circuito de 6V mencionado anteriormente tenemos los siguientes datos en la mano:

La batería a cargar es de 6 V

El punto de corte superior es de 7 V

El punto de restauración inferior es de 5,5 V.

Vcc, y el voltaje de referencia se establece en 4.7V (usando un zener de 4.7V)

Seleccionamos Ra, Rb como resistencias de 100k para reducir el potencial de la batería de 6V a un valor 50% menor, por lo tanto, el punto de corte superior 7V ahora se convierte en 3.5V (VH) y el 5.5V inferior se convierte en 2.75V (VL)

Ahora, necesitamos averiguar los valores de la resistencia de histéresis Rh con respecto a Rx y Ry .

Según la fórmula:

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) tenemos Rh / Rx = 3.66

Rh = 3.66Rx

Echemos Rx = 100 K ,

Otros valores como 10K, 4k7 o cualquier cosa podrían funcionar, pero 100K es un valor estándar y lo suficientemente alto como para mantener el consumo reducido y se vuelve más adecuado.

∴ Rh = 3.66 x 100 = 366K

Sustituyendo este valor de Rx en 2), obtenemos

Ry / Rx = 2,29

Ry = 2.29Rx = 2.29 x 100 = 229K

∴ Ry = 229K

Los resultados anteriores también se pueden lograr utilizando un software de calculadora de histéresis, simplemente haciendo clic en algunos botones

Eso es todo, con los cálculos anteriores, hemos determinado con éxito los valores fijos precisos de las diversas resistencias que se asegurarán de que la batería de 6 V conectada se desconecte automáticamente a 7 V y reinicie la carga en el momento en que su voltaje caiga por debajo de 5,5 V.

Para baterías de mayor voltaje

Para voltajes más altos, como para lograr un circuito de batería universal de 12V, 24V, 48V, el diseño mencionado anteriormente puede modificarse simplemente como se indica a continuación, eliminando la etapa LM317.

Los procedimientos de cálculo serán exactamente los mismos que los expresados ​​en el párrafo anterior.

Para la carga de la batería de alta corriente, es posible que el TIP122 y el diodo 1N5408 deban actualizarse con dispositivos de corriente proporcionalmente más altos y cambiar el zener de 4.7V a un valor que puede ser superior al 50% del voltaje de la batería.

El LED verde indica el estado de carga de la batería mientras que el LED rojo nos permite saber cuando la batería está completamente cargada.

Esto concluye el artículo, que explica claramente cómo hacer un circuito de cargador de batería simple pero universalmente aplicable utilizando resistencias fijas para garantizar una precisión extrema y cortes infalibles en los puntos de umbral establecidos, lo que a su vez garantiza una carga perfecta y segura para la batería conectada.