En esta publicación aprendemos sobre un sensor de corriente de batería simple con circuito indicador que detecta la cantidad de corriente consumida por la batería mientras se carga. Los diseños presentados también tienen un corte automático cuando la batería deja de consumir corriente a su nivel de carga completo.
Por qué la corriente cae cuando se carga la batería
Ya sabemos que mientras una batería se carga inicialmente consume una mayor cantidad de corriente y, a medida que alcanza el nivel de carga completa, este consumo comienza a disminuir, hasta llegar casi a cero.
Esto sucede porque inicialmente la batería está descargada y su voltaje es menor que el voltaje de la fuente. Esto provoca una diferencia de potencial relativamente mayor entre las dos fuentes.
Debido a esta amplia diferencia, el potencial de la fuente más alta, que es la salida del cargador, comienza a apresurarse hacia la batería con una intensidad mucho mayor, lo que provoca que una mayor cantidad de corriente ingrese a la batería.
A medida que la batería se carga al nivel máximo, la diferencia de potencial entre las dos fuentes comienza a cerrarse, hasta que las dos fuentes tienen niveles de voltaje idénticos.
Cuando esto sucede, el voltaje de la fuente de suministro no puede empujar más corriente hacia la batería, lo que resulta en un consumo de corriente reducido.
Esto explica por qué una batería descargada consume más corriente inicialmente y corriente mínima cuando está completamente cargada.
Comúnmente, la mayoría de los indicadores de carga de la batería utilizan el nivel de voltaje de la batería para indicar su estado de carga; aquí, en lugar del voltaje, se usa la magnitud de la corriente (amperios) para medir el estado de carga.
El uso de corriente como parámetro de medición permite una evaluación más precisa de la Bateria cargando estado. El circuito también es capaz de indicar la salud instantánea de una batería conectada traduciendo su capacidad de consumo de corriente mientras se carga.
Uso de LM338 Diseño simple
Se podría construir un circuito de cargador de batería con corte de corriente simple modificando adecuadamente un circuito regulador estándar LM338 Como se muestra abajo:
Olvidé agregar un diodo en la línea positiva de la batería, así que asegúrese de agregarlo como se muestra en el siguiente diagrama corregido.
Cómo funciona
El funcionamiento del circuito anterior es bastante simple.
Sabemos que cuando el pin ADJ del IC LM338 o LM317 está en corto con la línea de tierra, el IC apaga el voltaje de salida. Usamos esta función de apagado de ADJ para implementar el apagado detectado actual.
Cuando se aplica la potencia de entrada, el condensador de 10uF desactiva el primer BC547 para que el LM338 pueda funcionar normalmente y producir el voltaje requerido para la batería conectada.
Esto conecta la batería y comienza a cargar extrayendo la cantidad de corriente especificada según su clasificación de Ah.
Esto desarrolla una diferencia de potencial en resistencia de detección de corriente Rx que enciende el segundo transistor BC547.
Esto asegura que el primer BC547 conectado con el pin ADJ del IC permanece desactivado mientras se permite que la batería se cargue normalmente.
A medida que se carga la batería, la diferencia de potencial entre Rx comienza a disminuir. En última instancia, cuando la batería está casi completamente cargada, este potencial cae a un nivel en el que se vuelve demasiado bajo para el segundo sesgo de base BC547, apagándolo.
Cuando el segundo BC547 se apaga, el primer BC547 se enciende y conecta a tierra el pin ADJ del IC.
El LM338 ahora se apaga completamente desconectando la batería del suministro de carga.
Rx se puede calcular usando la fórmula de la ley de Ohm:
Rx = 0.6 / Corriente de carga mínima
Este circuito LM338 admitirá una batería de hasta 50 Ah con el IC montado en un gran disipador de calor. Para baterías con una clasificación de Ah más alta, es posible que el IC deba actualizarse con un transistor externo como discutido en este artículo .
Utilizando IC LM324
El segundo diseño es un circuito más elaborado que utiliza un LM324 IC que proporciona una detección precisa del estado de la batería por pasos y también un apagado completo de la batería cuando el consumo de corriente alcanza el valor mínimo.
Cómo los LED indican el estado de la batería
Cuando la batería esté consumiendo la corriente máxima, el LED ROJO estará ENCENDIDO.
A medida que la batería se carga y la corriente a través de Rx cae proporcionalmente, el LED ROJO se APAGARÁ y el LED VERDE se encenderá.
A medida que la batería se cargue más, el LED verde se apagará y el amarillo se encenderá.
Luego, cuando la batería esté cerca del nivel de carga completa, el LED amarillo se apagará y el blanco se encenderá.
Finalmente, cuando la batería esté completamente cargada, el LED blanco también se apagará, lo que significa que todos los LED se apagarán, lo que indica un consumo de corriente cero por parte de la batería debido a un estado de carga completa.
Operación del circuito
En referencia al circuito que se muestra, podemos ver cuatro amplificadores operacionales configurados como comparadores donde cada amplificador operacional tiene sus propias entradas de detección de corriente preestablecidas.
Una resistencia de alto vatio Rx forma el componente del convertidor de corriente a voltaje que detecta la corriente consumida por la batería o la carga y la traduce en un nivel de voltaje correspondiente y lo alimenta a las entradas del amplificador operacional.
Al principio, la batería consume la mayor cantidad de corriente, lo que produce la mayor cantidad correspondiente de caída de voltaje en la resistencia Rx.
Los preajustes se configuran de tal manera que cuando la batería está consumiendo la corriente máxima (nivel completamente descargado), el pin3 no inversor de los 4 amplificadores operacionales tiene un potencial más alto que el valor de referencia del pin2.
Dado que las salidas de todos los amplificadores operacionales son altas en este punto, solo se enciende el LED ROJO conectado con el A4 mientras que el LED restante permanece apagado.
Ahora, a medida que se carga la batería, el voltaje en Rx comienza a caer.
Según el ajuste secuencial de los ajustes preestablecidos, el voltaje del pin3 de A4 cae ligeramente por debajo del pin2, lo que hace que la salida de A4 baje y el LED ROJO se apague.
Con salida A4 baja, el LED de salida A3 se enciende.
Cuando la batería se carga un poco más, el potencial del pin3 del amplificador operacional A3 cae por debajo de su pin2, lo que hace que la salida de A3 sea baja, lo que apaga el LED VERDE.
Con salida A3 baja, el LED de salida A2 se enciende.
Cuando la batería se carga un poco más, el potencial del pin3 de A3 cae por debajo de su pin2, lo que hace que la salida de A2 se vuelva cero, apagando el LED amarillo.
Con salida A2 baja, el LED blanco ahora se enciende.
Finalmente, cuando la batería está casi cargada por completo, el potencial en el pin3 de A1 desciende por debajo de su pin2, lo que hace que la salida de A1 se vuelva cero y el LED blanco se apague.
Con todos los LED apagados, indica que la batería está completamente cargada y que la corriente a través del Rx ha llegado a cero.
Diagrama de circuito
Lista de piezas para el circuito indicador de corriente de la batería propuesto
- R1 ---- R5 = 1k
- P1 ----- P4 = 1k presets
- A1 ----- A4 = LM324 IC
- Diodo = 1N4007 o 1N4148
- Rx = como se explica a continuación
Configuración del rango de detección de corriente
Primero, tenemos que calcular el rango de voltaje máximo y mínimo desarrollado a través de Rx en respuesta al rango de corriente consumida por la batería.
Supongamos que la batería que se va a cargar es un Batería de 12 V 100 Ah , y el rango de corriente máximo previsto para esto es de 10 amperios. Y queremos que esta corriente se desarrolle alrededor de 3 V a través de Rx.
Usando la ley de Ohm podemos calcular el valor de Rx de la siguiente manera:
Rx = 3/10 = 0,3 ohmios
Potencia = 3 x 10 = 30 vatios.
Ahora, 3 V es el rango máximo disponible. Ahora, dado que el valor de referencia en el pin2 del amplificador operacional se establece mediante un diodo 1N4148, el potencial en el pin2 será de alrededor de 0,6 V.
Entonces, el rango mínimo puede ser 0,6 V. Por lo tanto, esto nos da el rango mínimo y máximo entre 0,6 V y 3 V.
Tenemos que configurar los ajustes preestablecidos de manera que a 3 V, todos los voltajes del pin 3 de A1 a A4 sean más altos que el pin 2.
A continuación, podemos asumir que los amplificadores operacionales se apagarán en la siguiente secuencia:
A 2,5 V en Rx, la salida A4 baja, a 2 V la salida A3 baja, a 1,5 V la salida A2 baja, a 0,5 V la salida A1 baja
Recuerde, aunque a 0.5 V a través de Rx, todos los LED se apagan, pero 0.5 V aún pueden corresponder a 1 amperio de corriente consumida por la batería. Podemos considerar esto como el nivel de carga flotante, y dejar que la batería permanezca conectada un tiempo, hasta que finalmente la retiremos.
Si desea que el último LED (blanco) permanezca iluminado hasta que se alcance casi cero voltios en Rx, en ese caso puede quitar el diodo de referencia del pin2 de los amplificadores operacionales y reemplazarlo con una resistencia tal que esta resistencia junto con R5 crea una caída de voltaje de alrededor de 0,2 V en el pin2.
Esto asegurará que el LED blanco en A1 se apague solo cuando el potencial a través de Rx caiga por debajo de 0.2 V, lo que a su vez corresponderá a una batería extraíble y casi completamente cargada.
Cómo configurar los preajustes.
Para esto, necesitará un divisor de potencial falso construido con una olla de 1K conectada a través de los terminales de suministro como se muestra a continuación.
Inicialmente, desconecte el enlace preestablecido P1 --- P4 del Rx y conéctelo con el pin central del potenciómetro 1 K, como se indica arriba.
Deslice el brazo central de todos los preajustes del amplificador operacional hacia el potenciómetro 1K.
Ahora, ajuste el potenciómetro de 1K para que se desarrollen 2.5V a través de su brazo central y el brazo de tierra. Verá que solo el LED ROJO está ENCENDIDO en este punto. A continuación, ajuste el preajuste de A4 P4 de modo que el LED ROJO simplemente se apague. Esto encenderá instantáneamente el LED verde A3.
Después de esto, ajuste el potenciómetro de 1K para reducir el voltaje del pin central a 2V. Como se indicó anteriormente, ajuste el preajuste A3 P3 de modo que el verde simplemente se apague. Esto encenderá el LED amarillo.
A continuación, ajuste el potenciómetro de 1K para producir 1,5 V en su pin central y ajuste el valor predeterminado P2 P2 para que el LED amarillo simplemente se apague. Esto encenderá el LED blanco.
Finalmente, ajuste la olla de 1K para reducir su potencial de pin central a 0.5V. Ajuste el preajuste de A1 P1 de manera que el LED blanco simplemente se apague.
¡Los ajustes preestablecidos ya terminaron y terminaron!
Retire la olla 1K y vuelva a conectar el enlace de salida preestablecido a Rx como se muestra en el primer diagrama.
Puede comenzar a cargar la batería recomendada y ver cómo los LED responden en consecuencia.
Agregar un corte automático OFF
Cuando la corriente se reduce a casi cero, se puede apagar un relé para garantizar un corte automático al circuito del circuito de la batería con detección de corriente, como se muestra a continuación:
Cómo funciona
Cuando se enciende la energía, el capacitor de 10uF provoca una conexión a tierra momentánea del potencial pin2 de los amplificadores operacionales, lo que permite que la salida de todos los amplificadores operacionales sea alta.
El transistor del controlador de relé conectado a la salida A1 enciende el relé, que conecta la batería con el suministro de carga a través de los contactos N / O.
La batería ahora comienza a extraer la cantidad estipulada de corriente, lo que hace que se desarrolle el potencial requerido a través de Rx, que es detectado por el pin3 de los amplificadores operacionales a través de los respectivos preajustes, P1 --- P4.
Mientras tanto, el 10uF se carga a través de R5, lo que restablece el valor de referencia en el pin 2 de los amplificadores operacionales a 0,6 V (caída del diodo).
A medida que la batería se carga, las salidas del amplificador operacional responden de manera correspondiente como se explicó anteriormente, hasta que la batería se carga por completo, lo que hace que la salida A1 baje.
Con la salida A1 baja, el transistor apaga el relé y la batería se desconecta de la alimentación.
Otro diseño útil de corte de batería con detección de corriente
El funcionamiento de este diseño es realmente sencillo. El voltaje en la entrada inversora está fijado por el preajuste P1 a un nivel que es un poco más bajo que la caída de voltaje en el banco de resistencias R3 --- R13, correspondiente a la corriente de carga recomendada de la batería.
Cuando se enciende la alimentación, C2 hace que aparezca un nivel alto en la no inversión del amplificador operacional, lo que a su vez hace que la salida del amplificador operacional suba y encienda el MOSFET.
El MOSFET conduce y permite que la batería se conecte a través del suministro de carga, lo que permite que la corriente de carga pase a través del banco de resistencias.
Esto permite que se desarrolle un voltaje en la entrada no inversora del IC, más alto que su pin inversor, que engancha la salida del amplificador operacional a un nivel alto permanente.
El MOSFET ahora continúa conduciendo y la batería está cargada, hasta que el consumo de corriente de la batería disminuye significativamente al nivel de carga completa de la batería. El voltaje en el banco de resistencias ahora cae, de modo que el pin inversor del amplificador operacional ahora va más alto que el pin no inversor del amplificador operacional.
Debido a esto, la salida del amplificador operacional se vuelve baja, el MOSFET se apaga y finalmente se detiene la carga de la batería.
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