Bagaimana cara mematikan daya ketika tegangan tertentu dari sensor tercapai?

Saya telah membangun pengisi daya Ni-Cd sederhana (pada dasarnya sumber arus 0,1C) untuk beberapa sel 1300mAh, yang ingin saya hentikan ketika tegangan tertentu tercapai pada sel. Saya mencoba mendesain sakelar dengan Op Amp, tetapi yang dilakukannya hanyalah membatasi voltase yang diterapkan sumber arus pada sel, ke voltase yang seharusnya memicu pemutusan. Saya tahu saya bisa menggunakan relay, yang akan digerakkan oleh Op Amp, tapi saya lebih suka tidak menggunakannya.

Jadi, bagaimana cara memutus daya ketika tegangan tertentu tercapai?

Berikut adalah skema dari apa yang saya lakukan, untuk memberi Anda ide.

Anda tidak ingin menggunakan terminasi biaya tegangan tetap untuk baterai NiCd. Anda memang perlu memiliki batas tegangan atas sebagai pengaman, tetapi pemutusan muatan dilakukan dengan kemiringan tegangan dan / atau suhu.

NiCds menunjukkan tegangan "bump" ketika hampir terisi penuh dengan arus yang masuk akal. Tegangan sebenarnya turun sedikit saja. Oleh karena itu, cari zero crossing dari turunan tegangan, kemudian tambahkan sedikit muatan arus rendah untuk waktu yang tetap untuk menambah daya baterai. Misalnya, berikut adalah siklus pengisian dan pengisian penuh baterai NiCd 3-sel:

Baterai habis untuk mengosongkan secara efektif pada 3,4 jam. Sampai sekitar 4.2 jam, arus muatan rendah digunakan sampai sel-sel mencapai tegangan yang cukup tinggi untuk dapat mengambil arus muatan "penuh". Perhatikan bagaimana tegangan naik, menunjukkan benjolan, dan kemudian turun lagi sekitar 6,4 jam. Algoritma pengisian mendeteksi bahwa dengan penyilangan nol garis biru dan beralih ke mode top-off rendah saat ini selama 2 jam tetap.

Anda menagih pada tingkat yang sangat rendah (.1C), jadi bagian dari ini mungkin tidak berlaku. Ini akan menjadi ide yang baik untuk mengukur kurva biaya untuk melihat di mana Anda berada. Biarkan cukup lama untuk mengetahui bahwa Anda telah mengisi penuh sel dan melihat seperti apa tegangan dan turunan dari tegangan itu. Pada tingkat pengisian yang lambat, tegangan akhir tetap mungkin satu-satunya pilihan, tetapi akan lebih baik untuk melihat data sebelum memutuskan itu.

Cara untuk mengukur dan mendeteksi ini adalah dalam mikrokontroler. Setiap pengukuran akan memiliki beberapa noise di dalamnya, tetapi sinyalnya sangat lambat sehingga Anda dapat menerapkan banyak filter low pass. Sinyal sangat lambat sehingga penyaringan bermakna dalam analog akan sulit karena impedansi yang sangat tinggi yang diperlukan untuk mewujudkannya, dan kesalahan hasil yang disebabkan oleh arus bocor. Nilai digital tidak mengalami degradasi dari waktu ke waktu, sehingga Anda dapat melakukan hal-hal seperti menghitung kemiringan dalam volt / jam seperti yang saya lakukan untuk garis biru pada grafik di atas.

Rangkaian Anda sepertinya harus melakukan apa yang Anda inginkan
DAN Anda katakan dalam respons Anda terhadap Chintalagirl bahwa ia melakukan apa yang ingin Anda ulang tegangan dan histeresisnya.
SANGAT saya tidak mengerti apa yang Anda inginkan yang belum Anda miliki.

Saya baru-baru ini menerapkan sirkuit komersial untuk produksi volume tinggi menggunakan sirkuit yang serupa ini. Ini menggunakan dioda untuk memungkinkan tegangan tingkat rendah di bawah umpan balik histeresis diatur tanpa mengubah tegangan perjalanan dan menggunakan TL431 untuk memberikan tegangan referensi yang lebih stabil - keduanya seperti yang disebutkan di bawah ini.

V_USB tidak dapat dijamin andal menjadi 5V dan mungkin lebih tinggi atau lebih rendah dan dapat bervariasi sehingga diperlukan referensi yang tepat. Anda dapat misalnya membagi R8 menjadi dua bagian dan mengatur titik tengah di katakanlah 4V menggunakan misalnya TL431 "programmable zener" / regulator shunt. Ini murah dan efektif dalam peran ini. Menggunakan TLV431 memungkinkan 1,25V pada pengaturan referensi ke atas.

Lebih baik - Anda dapat mengatur U1A pin3 AT pada tegangan trip yang diinginkan dengan TL431 NAMUN maka umpan balik histeresis tidak berfungsi sehingga Anda dapat mis. Gunakan TL * V * 431 dengan dua resistor untuk mengaturnya ke Vtrip yang diinginkan.
Beri makan TLV431 dengan sekitar 1k untuk katode dari V_USB.
Feed TLV431 via say 10k untuk opamp input non-inverting.
Gunakan 100k atau resistor histeresis apa pun seperti sebelumnya dengan seri dioda. Lihat di bawah.

Menggunakan R1 seperti yang ditunjukkan membuat sulit untuk menetapkan ambang tinggi dan rendah seperti yang diinginkan secara efektif R1 adalah paralel dengan R8 sebelum baterai mencapai titik pemicu dan paralel dengan R9 setelah titik pemicu tercapai sehingga titik setel tinggi dan rendah dipengaruhi. Juga, jika op amp tidak berayun ke rel tinggi sepenuhnya akan mempengaruhi perhitungan titik perjalanan. Lebih mudah dan sama efektifnya adalah menempatkan dioda secara seri dengan R1 sehingga ia hanya bekerja dengan satu polaritas opamp sehingga ambang batas tinggi atau rendah hanya ditetapkan oleh R8 & R9. Yang terbaik mungkin adalah menghubungkan katoda dioda ke keluaran U1A sehingga diode melakukan ketika ambang telah tercapai dan dengan demikian menurunkan ambang ketika keluaran U1A menjadi rendah. Dengan begitu Anda dapat secara akurat mengatur titik perjalanan yang diinginkan dengan R8 & R9 (yang paling Anda pedulikan) dan kemudian R1 akan menurunkannya sedikit dengan jumlah yang bisa Anda hitung. Dioda menambahkan sedikit kerumitan pada perhitungan ambang yang diturunkan tetapi tidak terlalu penting karena objek utamanya adalah untuk menghentikan pengisian.

Jika R1 terlalu besar ambang tidak akan cukup diturunkan dan tegangan baterai mungkin "melorot" cukup setelah muatan dilepas untuk menyebabkan pengisian ulang. Jika Anda mengamati ini dengan meter dan bukan dengan ruang lingkup Anda mungkin berpikir bahwa Anda melihat tegangan DC yang stabil tetapi sirkuit benar-benar berosilasi. (Tanya saya bagaimana saya tahu :-)).

Inspeksi dengan osiloskop selalu merupakan ide yang sangat bagus dengan rangkaian seperti ini karena osilasi dapat dengan mudah terjadi.

Seharusnya tidak masalah di sini, tetapi perhatikan bahwa kisaran mode input umum untuk LM358 adalah 1,5V di bawah Vdd jadi di sini Vin max ~ = 3,5.

Setelah menambahkan dioda yang disarankan di atas, Anda dapat menguji titik perjalanan dengan mengukur pada pin U1A 3. Anda dapat mengatur R8 atau R9 untuk mengatur titik perjalanan. Anda dapat memeriksa operasi yang benar dengan menggunakan kapasitor kebocoran rendah sebagai pengganti baterai. Ini harus mengisi ke Vtrip dan sirkuit kemudian harus mati dan Vcap harus sama dengan tegangan target. Jika tutup bocor Anda akan melihatnya mengisi ulang sesekali ketika Vcap jatuh di bawah ambang batas bawah.

Q1 / R5 adalah cara jahat untuk melakukan pengaturan saat ini karena referensi Vbe sangat tidak tepat - tetapi cukup baik dalam aplikasi ini. D3 mungkin tidak sepenuhnya diperlukan di sini tetapi seharusnya tidak membahayakan. Tanpa D3 Q1 dan Q2 berpotensi membalikkan bias oleh baterai ketika transistor dimatikan tetapi seharusnya tidak menjadi masalah di sini.

Histeresis R1 harus menghentikan rangkaian ini pada mode liner ketika setpoint tercapai, terutama dengan dioda yang ditambahkan, tetapi periksa osilasi. Biasanya menambahkan kapasitor di suatu tempat di drive atau loop umpan balik akan membantu. misal di sini pin U1A 3 mungkin memiliki penutup ke tanah tetapi tempat yang lebih baik adalah pin 2, dengan umpan ke pin 2 dari baterai melalui mis. resistor 10k. Anda dapat mengekspresikan ini dalam teori rangkaian formal kutub / nomenklatur nol atau dapat melihatnya sebagai penundaan dalam tingkat di mana tegangan baterai yang dirasakan dapat berubah.

Tanyakan sesuai kebutuhan ...

Salah satu solusi, meskipun mungkin tidak ideal, bisa dengan menggunakan komparator atau op amp yang dikonfigurasi sebagai komparator. Memiliki input negatif sebagai voltase yang ditetapkan dan positif sebagai PWRBAT +. Ketika tegangan sel melewati ambang itu, output komparator yang sebelumnya mengambang akan ditarik ke tanah. Menghubungkan output ini ke persimpangan R2 dan R4 harus mematikan transistor Q2 dan membuat Q1 tidak relevan dan karena itu menghentikan pengisian daya.

Tegangan yang ditetapkan dapat dihasilkan menggunakan pembagi resistor sederhana, karena input pembanding adalah impedansi tinggi.

Komparator harus dapat menenggelamkan arus sebanyak yang diperlukan untuk menjatuhkan opamp output ke 0 melalui resistor output, yang mungkin baik untuk komparator paling khas.

Metode ini akan memiliki keuntungan karena dapat bekerja dengan rangkaian yang sudah Anda miliki tanpa terlalu banyak modifikasi.

Saya akhirnya membuatnya bekerja. Russell, saya mencoba menambahkan dioda itu, tetapi itu tidak berhasil. Saya tidak mengerti mengapa Anda mengatakan bahwa menambahkan dioda akan membuat OA berayun dari Vcc ke GND. TL431, adalah saran yang sangat bagus. Setelah menambahkan relai itu (yang menarik 150mA), saya membutuhkan referensi tegangan yang lebih andal daripada pembagi tegangan suplai. Sorakan untuk itu! Ngomong-ngomong, saya menemukan di toko elektronik lokal sebuah relay 12V bersegel yang sangat kecil, yang harus saya rem terbuka, dan sesuaikan gelung untuk membuatnya bekerja dengan 5V. Itu adalah neraka .. Saya akhirnya memutar gulungan lubang dengan tangan. Tapi itu sepadan, sekarang melakukan persis apa yang saya inginkan:

   - initial battery level is somewhere bellow 1.3V
   - USB is plugged in
   - battery is charged at ~150mA until the voltage applied by the current source is 1.49V
   - 1.49V is reached, the relay goes off, and the battery voltage drops to ~1.44V
   - charger won't start again until cell goes bellow 1.38V

Berikut ini skema terakhir:

Terima kasih atas bantuannya!