He construido un cargador simple de Ni-Cd (básicamente una fuente de corriente de 0.1C) para algunas celdas de 1300mAh, que quiero detener cuando se alcanza un cierto voltaje en la celda. Intenté diseñar el interruptor con un amplificador operacional, pero todo lo que hace es limitar el voltaje que la fuente de corriente está aplicando en la celda, al voltaje que se suponía que desencadenaría el corte. Sé que podría usar un relé, que sería impulsado por el amplificador operacional, pero prefiero no usarlos.
Entonces, ¿cómo se puede cortar la energía cuando se alcanza un cierto voltaje?
Aquí hay un esquema de lo que hice, para darle una idea.
Respuestas:
No desea utilizar la terminación de carga de voltaje fijo para baterías de NiCd. Es necesario tener un límite de voltaje superior como seguridad, pero la terminación de la carga se realiza con una pendiente de voltaje y / o temperatura.
Los NiCds exhiben un "golpe" de voltaje cuando se cargan casi por completo con una corriente razonable. El voltaje en realidad baja solo un poco. Por lo tanto, busque el cruce por cero de la derivada de voltaje, luego agregue una pequeña carga de corriente baja durante un tiempo fijo para completar la batería. Por ejemplo, aquí hay un ciclo completo de descarga y carga de una batería de NiCd de 3 celdas:
La batería se descarga para vaciarse efectivamente a las 3,4 horas. Hasta aproximadamente las 4.2h, se usa una corriente de carga baja hasta que las celdas alcanzan un voltaje suficientemente alto para poder tomar corriente de carga "completa". Observe cómo sube el voltaje, muestra una protuberancia y luego vuelve a bajar aproximadamente a las 6.4 h. El algoritmo de carga detecta eso mediante el cruce por cero de la línea azul y cambia al modo de recarga de baja corriente durante 2 horas fijas.
Está cargando a una tasa muy baja (.1C), por lo que parte de esto puede no aplicarse. Sería una buena idea medir una curva de carga para ver dónde se encuentra. Deje que funcione lo suficiente como para saber que ha cargado completamente la celda y ver cómo se ven tanto el voltaje como la derivada del voltaje. A una velocidad de carga tan lenta, un voltaje final fijo puede ser la única opción, pero sería bueno ver los datos antes de decidir eso.
La forma de medir y detectar esto es en un microcontrolador. Cada medición tendrá algo de ruido, pero las señales son tan lentas que puede aplicar mucho filtrado de paso bajo. Las señales son tan lentas que el filtrado significativo en analógico será difícil debido a las impedancias muy altas requeridas para realizarlas y al error de resultado causado por las corrientes de fuga. Los valores digitales no sufren degradación con el tiempo, por lo que puede hacer cosas como calcular la pendiente en voltios / hora como lo hice para la línea azul en el gráfico anterior.
fuente
Parece que tu circuito debería hacer exactamente lo que quieres que haga
Y usted dice en su respuesta a Chintalagirl que hace lo que pretende re corte de tensión e histéresis
que no puedo entender lo que quiere que todavía no tiene.
Recientemente implementé un circuito comercial para producción de gran volumen utilizando un circuito similar a este. Utilizó un diodo para permitir que se establezca un voltaje de bajo nivel bajo retroalimentación de histéresis sin alterar el voltaje de disparo y utilizó un TL431 para proporcionar un voltaje de referencia más estable, ambos como se menciona a continuación.
No se puede garantizar que V_USB sea confiablemente 5V y puede ser mayor o menor y puede variar, por lo que se necesita una referencia adecuada. Puede, por ejemplo, dividir R8 en dos partes y establecer el punto medio a, por ejemplo, 4 V utilizando, por ejemplo, un regulador de derivación / "zener programable" TL431. Estos son baratos y efectivos en este papel. El uso de un TLV431 permite 1,25 V en la configuración de referencia ascendente.
Mejor: puede configurar U1A pin3 EN el voltaje de disparo deseado con el TL431 PERO, entonces la retroalimentación de histéresis no funciona, por lo que puede, por ejemplo. Use un TL * V * 431 con dos resistencias para configurarlo en el Vtrip deseado.
Alimente el TLV431 con aproximadamente 1k al cátodo desde V_USB.
Alimente TLV431 a través de digamos 10k para opampizar la entrada no inversora.
Use 100k o cualquier resistencia de histéresis como antes con diodos en serie. Vea abajo.
El uso de R1 como se muestra hace que sea difícil establecer umbrales altos y bajos como se desea, ya que efectivamente R1 está en paralelo con R8 antes de que la batería alcance el punto de activación y en paralelo con R9 después de alcanzar el punto de activación, de modo que los puntos de ajuste altos y bajos se ven afectados. Además, si el amplificador operacional no gira completamente hacia el riel alto, afectará el cálculo del punto de disparo. Más fácil e igual de efectivo es colocar un diodo en serie con R1 para que conduzca con una sola polaridad opaca de modo que R8 y R9 establezcan el umbral alto o bajo. Probablemente, lo mejor es conectar el cátodo de diodo a la salida U1A para que el diodo conduzca cuando se haya alcanzado el umbral y luego baje el umbral cuando la salida U1A sea baja. De esa manera, puede establecer con precisión el punto de disparo deseado con R8 y R9 (que es lo que más le importa) y luego R1 reducirá esto en una cantidad que puede calcular. El diodo agrega una pequeña cantidad de complejidad al cálculo del umbral reducido, pero no es muy importante ya que el objetivo principal es terminar la carga.
Si R1 es demasiado grande, el umbral no se reducirá lo suficiente y el voltaje de la batería puede "hundirse" lo suficiente después de quitar la carga para reiniciar la carga. Si observa esto con un medidor y no con un telescopio, puede pensar que está viendo un voltaje de CC estable, pero realmente el circuito está oscilando. (Pregúntame cómo lo sé :-)).
La inspección con un osciloscopio es siempre una muy buena idea con circuitos como este, ya que la oscilación puede ocurrir fácilmente.
No debería importar aquí, pero tenga en cuenta que el rango de modo común de entrada para el LM358 está 1.5V por debajo de Vdd, así que aquí Vin max ~ = 3.5.
Una vez que haya agregado el diodo sugerido anteriormente, puede probar el punto de disparo midiendo en el pin U1A 3. Puede hacer que R8 o R9 sean ajustables para establecer el punto de disparo. Puede verificar el funcionamiento correcto utilizando un condensador de baja fuga en lugar de la batería. Esto debería cargar a Vtrip y el circuito debería apagarse y Vcap debería igualar el voltaje objetivo. Si la tapa tiene fugas, verá que se recarga ocasionalmente cuando Vcap cae por debajo del umbral inferior.
Q1 / R5 es una forma desagradable de hacer la configuración actual, ya que la referencia Vbe es muy imprecisa, pero es lo suficientemente buena en esta aplicación. D3 probablemente no es estrictamente necesario aquí, pero no debería hacer daño. Sin D3, Q1 y Q2 son potencialmente polarizados inversamente por la batería cuando el transistor está apagado, pero no debería ser un problema aquí.
La histéresis R1 debería detener la instalación de este circuito en modo de línea cuando se alcanza el punto de ajuste, especialmente con el diodo agregado, pero verifique la oscilación. Por lo general, agregar un condensador en algún lugar del variador o de los circuitos de retroalimentación ayudará. por ejemplo, aquí el pin 3 de U1A podría tener una tapa a tierra PERO un lugar mejor sería el pin 2, con la alimentación al pin 2 desde la batería a través de, por ejemplo, una resistencia de 10k. Puede expresar esto en la nomenclatura formal del polo / cero de la teoría de circuitos o puede verlo como un retraso en la velocidad a la que puede cambiar el voltaje detectado de la batería.
Pregunte según sea necesario ...
fuente
Una solución, aunque posiblemente no sea la ideal, podría ser usar un comparador o un amplificador operacional configurado como comparador. Tenga la entrada negativa como su voltaje establecido y positivo como PWRBAT +. Cuando el voltaje de la celda cruza ese umbral, la salida del comparador que antes flotaba será arrastrada a tierra. Conectar esta salida a la unión de R2 y R4 debería apagar el transistor Q2 y hacer que Q1 sea irrelevante y, por lo tanto, detener la carga.
El voltaje establecido se puede generar utilizando un divisor de resistencia simple, ya que las entradas del comparador son de alta impedancia.
El comparador debería poder absorber tanta corriente como sea necesaria para la caída del opamp de salida a 0 a través de la resistencia de salida, lo que probablemente sea bueno para la mayoría de los comparadores típicos.
Este método tendrá la ventaja de poder trabajar con el circuito que ya tiene sin demasiadas modificaciones.
fuente
Finalmente lo hice funcionar. Russell, intenté agregar ese diodo, pero eso no funcionó. No entiendo por qué dices que agregar ese diodo haría que el OA cambie de Vcc a GND. Sin embargo, el TL431 fue una muy buena sugerencia. Después de agregar ese relé (que consume 150 mA), necesitaba una referencia de voltaje más confiable que un divisor de voltaje de suministro. Saludos por eso! De todos modos, encontré en la tienda de electrónica local un relé sellado de 12V muy pequeño, que tuve que abrirlo y ajustar la bobina para que funcione con 5V. Fue un infierno ... Terminé rebobinando la bobina del agujero a mano. Pero valió la pena, ahora hace exactamente lo que quería que hiciera:
Aquí están los esquemas finales:
¡Gracias a todos por la ayuda!
fuente