Как отключить питание при достижении определенного напряжения от датчика?

Я построил простое зарядное устройство Ni-Cd (в основном источник тока 0,1 С) для некоторых элементов емкостью 1300 мАч, которые я хочу остановить, когда на элементе будет достигнуто определенное напряжение. Я попытался сконструировать переключатель с операционным усилителем, но все, что он делает, это ограничивает напряжение, которое источник тока подает на элемент, до напряжения, которое должно было вызвать отключение. Я знаю, что могу использовать реле, которое будет управляться операционным усилителем, но я бы предпочел не использовать их.

Итак, как можно отключить питание при достижении определенного напряжения?

Вот схема того, что я сделал, чтобы дать вам идею.

Вы не хотите использовать фиксированное напряжение зарядки для никель-кадмиевых батарей. Вам необходимо иметь некоторый верхний предел напряжения в качестве безопасности, но прекращение заряда выполняется при наклоне напряжения и / или температуре.

NiCds демонстрируют «скачок» напряжения, когда он почти полностью заряжен с достаточным током. Напряжение на самом деле немного падает. Поэтому ищите пересечение нуля производной напряжения, затем добавьте небольшой заряд низкого тока в течение фиксированного времени, чтобы зарядить аккумулятор. Например, вот полный цикл разрядки и зарядки 3-элементного никель-кадмиевого аккумулятора:

Батарея разряжается для эффективной разрядки за 3,4 часа. Примерно до 4,2 ч низкий зарядный ток используется до тех пор, пока элементы не достигнут достаточно высокого напряжения, чтобы выдерживать «полный» зарядный ток. Обратите внимание, как напряжение повышается, имеет удар, а затем снова падает примерно через 6,4 часа. Алгоритм зарядки обнаруживает это путем пересечения нуля синей линии и переключается в режим слабого тока пополнения на фиксированные 2 часа.

Вы заряжаете по очень низкому тарифу (.1C), поэтому некоторые его части могут не применяться. Было бы неплохо измерить кривую заряда, чтобы увидеть, где вы находитесь. Дайте ему поработать достаточно долго, чтобы знать, что вы полностью зарядили элемент, и посмотреть, как выглядит напряжение и производная от напряжения. При такой низкой скорости зарядки фиксированное конечное напряжение может быть единственным выбором, но было бы хорошо увидеть данные до того, как принять решение.

Способ измерить и обнаружить это в микроконтроллере. Каждое измерение будет иметь некоторый шум, но сигналы настолько медленные, что вы можете применить много фильтрации нижних частот. Сигналы настолько медленные, что значимая фильтрация в аналоговом режиме будет затруднена из-за очень высоких импедансов, необходимых для их реализации, и ошибки результата, вызванной токами утечки. Цифровые значения не страдают от ухудшения во времени, поэтому вы можете делать такие вещи, как вычисление наклона в вольт / час, как я делал для синей линии на графике выше.

Ваша схема выглядит так, как будто она должна делать именно то, что вам нужно,
и вы в ответе Chintalagirl говорите, что она делает то, что вы намереваетесь, относительно напряжения отсечки и гистерезиса,
поэтому я не могу понять, чего вы хотите, чего у вас еще нет.

Недавно я реализовал коммерческую схему для производства больших объемов, используя схему, аналогичную этой. Он используется диодом для обеспечения низкого уровня напряжения обратной связи в соответствии с гистерезисной быть установлено без напряжения изменяющего отключения и использовало TL431, чтобы обеспечить более стабильное опорное напряжение - и, как указано ниже.

V_USB не может быть надежно гарантированно равным 5 В и может быть выше или ниже и может варьироваться, поэтому необходима правильная ссылка. Например, вы можете разделить R8 на две части и установить среднюю точку, скажем, 4 В, используя, например, TL431 «программируемый стабилитрон» / шунтирующий регулятор. Это дешево и эффективно в этой роли. Использование TLV431 позволяет 1.25V на до исходного положения.

Лучше - вы можете установить U1A pin3 AT на требуемое напряжение отключения с НО TL431, тогда обратная связь по гистерезису не будет работать, например, вы можете. Используйте TL * V * 431 с двумя резисторами, чтобы установить желаемый Vtrip.
Подайте на TLV431 примерно 1 кОм на катод от V_USB.
Подайте TLV431, скажем, через 10 кОм на неинвертирующий вход операционного усилителя.
Используйте резистор 100 кОм или любой другой резистор гистерезиса, как это было ранее с последовательным диодом. См. ниже.

Использование R1, как показано, затрудняет установку высоких и низких порогов по желанию, поскольку R1 работает параллельно с R8 до того, как батарея достигнет точки срабатывания, и параллельно с R9 после того, как точка срабатывания достигнута, что влияет на высокие и низкие уставки. Кроме того, если операционный усилитель не полностью переключится на верхнюю шину, это повлияет на расчет точки отключения. Проще и столь же эффективно разместить диод последовательно с R1, чтобы он проводил только с одной полярностью операционного усилителя, чтобы верхний или нижний порог устанавливался только R8 и R9. Вероятно, лучше всего подключить диодный катод к выходу U1A, чтобы диод проводил при достижении порога, а затем понижал порог, когда выход U1A понижался. Таким образом, вы можете точно установить желаемую точку отключения с помощью R8 & R9 (что вас больше всего волнует), а затем R1 несколько снизит это значение на сумму, которую вы можете рассчитать. Диод добавляет небольшую сложность в расчет пониженного порога, но это не очень важно, так как основной задачей является прекращение зарядки.

Если значение R1 слишком велико, пороговое значение не будет достаточно снижено, а напряжение аккумулятора может достаточно «провисать» после снятия заряда, чтобы вызвать возобновление зарядки. Если вы наблюдаете это с помощью измерителя, а не с помощью прицела, вы можете подумать, что вы видите стабильное постоянное напряжение, но на самом деле цепь колеблется. (Спроси меня, откуда я знаю :-)).

Проверка с помощью осциллографа всегда очень хорошая идея для таких цепей, поскольку колебания могут легко возникнуть.

Здесь не должно иметь значения, но имейте в виду, что диапазон синфазного сигнала для LM358 на 1,5 В ниже Vdd, поэтому здесь Vin max ~ = 3,5.

После того, как вы добавили диод, предложенный выше, вы можете проверить точку срабатывания, измерив на выводе U1A. Вы можете настроить R8 или R9 для установки точки срабатывания. Вы можете проверить правильность работы, используя вместо батареи конденсатор с малой утечкой. Это должно зарядить до Vtrip, и цепь должна затем отключиться, и Vcap должен равняться целевому напряжению. Если крышка утечка, вы увидите, как она периодически перезаряжается, когда Vcap падает ниже нижнего порога.

Q1 / R5 - плохой способ сделать текущую настройку, так как ссылка на Vbe очень неточная, но в этом приложении она достаточно хороша. D3, вероятно, здесь не является строго необходимым, но не должно причинять вреда. Без D3 Q1 и Q2 потенциально смещены в обратном направлении от батареи, когда транзистор выключен, но это не должно быть проблемой здесь.

Гистерезис R1 должен остановить переход этой цепи в режим линейного режима при достижении заданного значения, особенно с добавленным диодом, но проверять наличие колебаний. Обычно добавление конденсатора где-либо в контуре привода или обратной связи поможет. например, здесь вывод 3 U1A может иметь заглушку на землю, НО лучше будет вывод 2, а подача на вывод 2 от батареи осуществляется, например, через резистор 10 кОм. Вы можете либо выразить это в формальной теории полюсов / нулевой номенклатуры, либо рассматривать это как задержку скорости, с которой может изменяться измеренное напряжение батареи.

Спросите по мере необходимости ...

Одним из решений, хотя и не идеальным, может быть использование компаратора или операционного усилителя, настроенного в качестве компаратора. Имейте отрицательный вход как ваше установленное напряжение и положительный как PWRBAT +. Когда напряжение элемента пересекает этот порог, выход компаратора, который был ранее плавающим, будет заземлен. Подключение этого выхода к соединению R2 и R4 должно отключить транзистор Q2 и сделать Q1 неактуальным и, следовательно, остановить зарядку.

Установленное напряжение может быть сгенерировано с помощью простого резисторного делителя, поскольку входы компаратора имеют высокий импеданс.

Компаратор должен иметь возможность потреблять столько тока, сколько необходимо для падения выходного операционного усилителя до 0 через выходной резистор, что, вероятно, хорошо для большинства типичных компараторов.

Преимущество этого метода заключается в возможности работать с уже имеющейся схемой без особых изменений.

Я наконец заставил это работать. Рассел, я попытался добавить этот диод, но это не помогло. Я не понимаю, почему вы говорите, что добавление этого диода заставит OA переместиться с Vcc на GND. TL431, тем не менее, был очень хорошим предложением. После добавления этого реле (что дро 150mA), я нуждался в более надежной, чем опорное напряжение делителя напряжения питания. Приветствия для этого! Во всяком случае, я нашел в местном магазине электроники очень маленькое герметичное реле 12 В, которое мне пришлось открыть, затормозив, и отрегулировать катушку, чтобы она работала с напряжением 5 В. Это был ад ... Я закончил перематывать катушку отверстия вручную. Но оно того стоило, теперь оно делает именно то, что я хотел:

   - 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

Вот окончательная схема:

Спасибо всем за помощь!