Circuito del cargador de batería del amplificador operacional con corte automático

Circuito del cargador de batería del amplificador operacional con corte automático

La publicación analiza dos circuitos de cargador de batería de corte automático basados ​​en opamp IC 741 y LM358 que no solo son precisos con sus características, sino que también permiten una configuración rápida y sin problemas de sus límites de umbral de corte alto / bajo.

La idea fue solicitada por el Sr. Mamdouh.

Objetivos y requisitos del circuito



  1. Tan pronto como conecte la alimentación externa automáticamente, desconectará la batería y alimentará el sistema, mientras tanto, cargará la batería.
  2. Protección de sobrecarga (que se incluye en el diseño anterior).
  3. Indicaciones de batería baja y carga completa (que se incluyen en el diseño anterior).
  4. Además, no sé cuál es la fórmula para ayudar a determinar el voltaje requerido en mi batería para cargarla (la batería se extraerá de las computadoras portátiles viejas, el total será de 22 V con 6 apms sin carga)
  5. Además, no conozco la fórmula para indicar cuánto durará mi batería y cómo calcular el tiempo si quiero que una batería me dure dos horas.
  6. Además, el ventilador de la CPU también lo suministrará el sistema. Sería genial también agregar la opción de un atenuador, mi plan original era variar entre 26-30 v, no necesito mucho más que eso.

Diagrama de circuito

circuito de corte de batería de relé de amplificador operacional

Nota: reemplace el 10K en serie con el 1N4148, con un 1K

El diseño

En todos mis circuitos anteriores del controlador del cargador de batería, he usado un solo amplificador operacional para ejecutar el corte automático de carga completa y he empleado una resistencia de histéresis para habilitar el interruptor de carga de bajo nivel en ON para la batería conectada.

sin embargo calcular esta resistencia de histéresis correctamente para lograr la restauración precisa de bajo nivel se vuelve un poco difícil y requiere un esfuerzo de prueba y error que puede llevar mucho tiempo.

En el circuito controlador del cargador de batería opamp bajo alto propuesto anteriormente se incorporan dos comparadores opamp en lugar de uno que simplifica los procedimientos de configuración y libera al usuario de los largos procedimientos.

Con referencia a la figura, podemos ver dos amplificadores operacionales configurados como comparadores para detectar el voltaje de la batería y para las operaciones de corte requeridas.

Suponiendo que la batería es de 12V, el preajuste de 10K del opamp inferior A2 se establece de manera que su pin de salida # 7 se vuelve lógico alto cuando el voltaje de la batería cruza la marca de 11V (umbral de descarga inferior), mientras que el preajuste del opamp superior A1 se ajusta de tal manera que su salida aumenta cuando el voltaje de la batería toca el umbral de corte más alto, digamos en 14.3V.

Por lo tanto, a 11 V, la salida A1 se vuelve positiva, pero debido a la presencia del diodo 1N4148, este positivo permanece ineficaz y se bloquea para que no se mueva más hacia la base del transistor.

La batería continúa cargándose, hasta que alcanza los 14.3V cuando el amplificador operacional superior activa el relé y detiene el suministro de carga a la batería.

La situación se bloquea instantáneamente debido a la inclusión de las resistencias de retroalimentación en el pin n. ° 1 y en el pin n. ° 3 de A1. El relé se bloquea en esta posición con el suministro completamente cortado para la batería.

La batería ahora comienza a descargarse lentamente a través de la carga conectada hasta que alcanza su nivel de umbral de descarga inferior a 11 V cuando la salida A2 se ve obligada a volverse negativa o cero. Ahora, el diodo en su salida se polariza hacia adelante y rompe rápidamente el pestillo conectando a tierra la señal de retroalimentación del pestillo entre los pines indicados de A1.

Con esta acción, el relé se desactiva instantáneamente y se restablece a su posición inicial N / C y la corriente de carga comienza a fluir nuevamente hacia la batería.

Este circuito cargador de batería opamp de bajo nivel alto se puede usar como un circuito de UPS de CC también para garantizar un suministro continuo de la carga independientemente de la presencia o ausencia de la red y para obtener un suministro ininterrumpido durante su uso.

La fuente de carga de entrada podría adquirirse de una fuente de alimentación regulada como un circuito de voltaje constante variable de corriente constante LM338 externamente.

Cómo configurar los preajustes

  • Inicialmente, mantenga la retroalimentación 1k / 1N4148 desconectada del amplificador operacional A1.
  • Mueva el control deslizante de preajuste A1 al nivel del suelo y mueva el control deslizante de preajuste A2 al nivel positivo.
  • A través de una fuente de alimentación variable, aplique 14,2 V, que es el nivel de carga completo para una batería de 12 V en los puntos de 'Batería'.
  • Encontrará que el relé se activa.
  • Ahora mueva lentamente el preajuste A1 hacia el lado positivo hasta que el relé se desactive.
  • Esto establece el corte de carga completa.
  • Ahora, conecte el 1k / 1N4148 hacia atrás para que el A1 bloquee el relé en esa posición.
  • Ahora ajuste lentamente el suministro variable hacia el límite inferior de descarga de la batería, encontrará que el relé continúa apagado debido a la respuesta de retroalimentación mencionada anteriormente.
  • Ajuste la fuente de alimentación hasta el nivel inferior del umbral de descarga de la batería.
  • Después de esto, comience a mover el preajuste A2 hacia el lado del suelo, hasta que esto cambie la salida A2 a cero, lo que rompe el pestillo A1 y enciende el relé de nuevo al modo de carga.
  • Eso es todo, el circuito está completamente configurado ahora, selle los presets en esta posición.

Las respuestas a otras preguntas adicionales de la solicitud se indican a continuación:

La fórmula para calcular el límite de corte de carga completa es:

Valor nominal de voltaje de la batería + 20%, por ejemplo, el 20% de 12V es 2.4, por lo que 12 + 2.4 = 14.4V es el voltaje de corte de carga completa para una batería de 12V

Para conocer el tiempo de respaldo de la batería, se puede usar la siguiente fórmula, que le da el tiempo de respaldo de la batería aproximado.

Backup = 0,7 (Ah / Corriente de carga)

A continuación, se puede ver otro diseño alternativo para hacer un circuito de cargador de batería con corte automático de carga excesiva / insuficiente utilizando dos amplificadores operacionales:

Cómo funciona

Suponiendo que no hay batería conectada, el contacto del relé está en la posición N / C. Por lo tanto, cuando se enciende la energía, el circuito del amplificador operacional no puede recibir energía y permanece inactivo.

Ahora, supongamos que se conecta una batería descargada en el punto indicado, el circuito del amplificador operacional se alimenta a través de la batería. Dado que la batería está en un nivel descargado, crea un potencial bajo en la entrada (-) del amplificador operacional superior, que puede ser menor que el pin (+).

Debido a esto, la salida del amplificador operacional superior aumenta. El transistor y el relé se activan y los contactos del relé se mueven de N / C a N / O. Esto ahora conecta la batería con la fuente de alimentación de entrada y comienza a cargarse.

Una vez que la batería está completamente cargada, el potencial en el pin (-) del amplificador operacional superior se vuelve más alto que su entrada (+), lo que hace que el pin de salida del amplificador operacional superior baje. Esto apaga instantáneamente el transistor y el relé.

La batería ahora está desconectada del suministro de carga.

El diodo 1N4148 a través del (+) y la salida del amplificador operacional superior se engancha de modo que incluso si la batería comienza a caer, no tiene ningún efecto en la configuración del relé.

Sin embargo, suponga que la batería no se retira de los terminales del cargador y se le conecta una carga para que comience a descargarse.

Cuando la batería se descarga por debajo del nivel inferior deseado, el potencial en el pin (-) del amplificador operacional inferior desciende por debajo del pin de entrada (+). Esto hace que instantáneamente la salida del amplificador operacional inferior suba, lo que golpea el pin 3 del amplificador operacional superior. El instantáneamente rompe el pestillo y enciende el transistor y el relé para iniciar el proceso de carga una vez más.

Diseño de PCB

diseño de PCB de cargador de batería alto bajo opamp

Agregar una etapa de control actual

Los dos diseños anteriores se pueden actualizar con un control de corriente agregando un módulo de control de corriente basado en MOSFET, como se muestra a continuación:

R2 = 0,6 / corriente de carga

Agregar un protector de polaridad inversa

Se puede incluir una protección de polaridad inversa a los diseños anteriores agregando un diodo en serie con el terminal positivo de la batería. El cátodo irá al terminal positivo de la batería y el ánodo a la línea positiva del amplificador operacional.

Asegúrese de conectar una resistencia de 100 ohmios a través de este diodo; de lo contrario, el circuito no iniciará el proceso de carga.

Retirar el relé

En el primer diseño de cargador de batería basado en opamp, es posible eliminar el relé y operar el proceso de carga a través de transistores de estado sólido, como se muestra en el siguiente diagrama:

batería de estado sólido del transistor del amplificador operacional cortada

Cómo funciona el circuito

  • Supongamos que el valor predeterminado de A2 se ajusta a un umbral de 10 V y el valor predeterminado de A1 se ajusta a un umbral de 14 V.
  • Supongamos que conectamos una batería que se descarga en una etapa intermedia de 11 V.
  • A este voltaje, el pin2 de A1 estará por debajo de su potencial de referencia del pin3, según la configuración del preajuste del pin5.
  • Esto hará que el pin de salida 1 de A1 sea alto, activando el transistor BC547 y el TIP32.
  • La batería comenzará a cargarse a través de TIP32, hasta que el voltaje del terminal alcance los 14 V.
  • A 14 V, según la configuración del preajuste superior, el pin2 de A1 irá más alto que su pin3, lo que hará que la salida se vuelva baja.
  • Esto apagará instantáneamente los transistores y detendrá el proceso de carga.
  • La acción anterior también enganchará el amplificador operacional A1 a través del 1k / 1N4148 de modo que incluso si el voltaje de la batería cae al nivel de SoC de 13 V, el A1 continuará manteniendo baja la salida del pin1.
  • A continuación, cuando la batería comienza a descargarse a través de una carga de salida, su voltaje terminal comienza a caer, hasta que desciende a 9,9 V.
  • En este nivel, según la configuración del ajuste preestablecido inferior, el pin5 de A2 caerá por debajo de su pin6, haciendo que su pin7 de salida se vuelva bajo.
  • Este nivel bajo en el pin7 de A2 hará que el pin2 de A1 llegue a casi 0 V, de modo que ahora el pin3 de A1 se vuelve más alto que su pin2.
  • Esto romperá inmediatamente el pestillo de A1 y la salida de A1 volverá a ser alta, lo que permitirá que el transistor se encienda e inicie el proceso de carga.
  • Cuando la batería alcanza los 14 V, el proceso repetirá el ciclo una vez más



Anterior: Detector de picos simple para detectar y mantener niveles de voltaje pico Siguiente artículo: Circuito estabilizador de voltaje controlado por PWM