Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας 12V με χρήση lm317 (τροφοδοσία 12v)

Τα περισσότερα από τα ηλεκτρονικά μας έργα τροφοδοτούνται από μια μπαταρία μολύβδου οξέος, σε αυτό το έργο ας συζητήσουμε πώς να επαναφορτίσουμε αυτήν την μπαταρία μολύβδου οξέος με τη βοήθεια ενός απλού κυκλώματος που μπορεί εύκολα να κατανοηθεί και να κατασκευαστεί από το σπίτι. Αυτό το έργο θα σας σώσει από την επένδυση σε φορτιστή μπαταρίας και θα σας βοηθήσει να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας σας. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν !!!!

Ας ξεκινήσουμε κατανοώντας λίγα βασικά πράγματα για μια μπαταρία μολύβδου οξέος, ώστε να μπορούμε να κατασκευάσουμε τον φορτιστή μας πιο αποτελεσματικά. Οι περισσότερες μπαταρίες μολύβδου οξέος στην αγορά είναι μπαταρίες 12V. Οι Ah (ώρες Ampere) κάθε μπαταρίας ενδέχεται να διαφέρουν ανάλογα με την απαιτούμενη χωρητικότητα, μια μπαταρία 7 Ah για παράδειγμα θα μπορεί να παρέχει 1 Amps για διάρκεια 7 ωρών (1 Amps * 7 ώρες = 7 Ah). Τώρα, μετά την πλήρη εκφόρτιση, το ποσοστό της μπαταρίας θα πρέπει να είναι περίπου 10,5, αυτή είναι η ώρα να φορτίσουμε τις μπαταρίες μας. Το ρεύμα φόρτισης μιας μπαταρίας συνιστάται να είναι το 1/10 της βαθμολογίας Ah της μπαταρίας. Έτσι, για μια μπαταρία 7 Ah, το ρεύμα φόρτισης πρέπει να είναι περίπου 0,7 Amps. Ρεύμα μεγαλύτερο από αυτό μπορεί να βλάψει την μπαταρία με αποτέλεσμα μειωμένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, μικρό σπιτικόο φορτιστής θα μπορεί να σας παρέχει μεταβλητή τάση και μεταβλητό ρεύμα. Το ρεύμα μπορεί να ρυθμιστεί με βάση την παρούσα βαθμολογία Ah της μπαταρίας.

Αυτό το κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας μολύβδου οξέος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση των κινητών τηλεφώνων σας, αφού ρυθμίσετε την τάση και το ρεύμα σύμφωνα με το κινητό τηλέφωνο, χρησιμοποιώντας το POT. Αυτό το κύκλωμα θα παρέχει Ρυθμιζόμενο Τροφοδοτικό DC από το δίκτυο AC και θα λειτουργεί ως Προσαρμογέας AC-DC. Έχω δημιουργήσει προηγουμένως ένα μεταβλητό τροφοδοτικό με έξοδο υψηλού ρεύματος και τάσης.

Απαιτούμενα στοιχεία:

• Μετασχηματιστής 12V 1Amp
• IC LM317 (2)
• Diode Bridge W005
• Μπλοκ ακροδεκτών σύνδεσης (2)
• Πυκνωτής 1000uF, 1uF
• Πυκνωτής 0.1uF (5)
• Μεταβλητή αντίσταση 100R
• Αντίσταση 1k (5)
• Αντίσταση 10k
• Δίοδος- Nn007 (3)
• LM358 - Opamp
• 0,05R - Αντίσταση Shunt / καλώδιο
• LCD-16 * 2 (προαιρετικό)
• Arduino Nano (προαιρετικό)

Επεξήγηση κυκλώματος:

Τα πλήρη σχήματα αυτού του κυκλώματος φορτιστή μπαταρίας φαίνονται παρακάτω:

Ο κύριος στόχος του κυκλώματος τροφοδοσίας 12V είναι ο έλεγχος της τάσης και του ρεύματος της μπαταρίας, ώστε να μπορεί να φορτιστεί με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε δύο LM317 IC, το ένα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της τάσης και το άλλο χρησιμοποιείται για τον περιορισμό του ρεύματος. Εδώ, στο κύκλωμα μας το IC U1 χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ρεύματος και το IC U3 χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της τάσης. Θα σας συνιστούσα ανεπιφύλακτα να διαβάσετε το φύλλο δεδομένων του LM317 και να το κατανοήσετε, ώστε να είναι χρήσιμο ενώ δοκιμάζετε παρόμοια έργα, καθώς το LM317 είναι ένας πιο χρησιμοποιημένος ρυθμιστής μεταβλητών.

Κύκλωμα ρυθμιστή τάσης:

Ένα απλό κύκλωμα ρυθμιστή τάσης, που έχει ληφθεί από το φύλλο δεδομένων του LM317, φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Εδώ η τάση εξόδου αποφασίζεται από τις τιμές αντίστασης R1 και R2, στην περίπτωσή μας η αντίσταση R2 χρησιμοποιείται ως μεταβλητή αντίσταση για τον έλεγχο της τάσης εξόδου. Οι τύποι για τον υπολογισμό της τάσης εξόδου είναι Vout = 1,25 (1 + R2 / R1). Χρησιμοποιώντας αυτούς τους τύπους, επιλέγεται η τιμή αντίστασης 1K (R8) και 10K - pot (RV2). Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αυτήν την αριθμομηχανή LM317 για να υπολογίσετε την τιμή του R2.

Τρέχον κύκλωμα περιοριστή:

Το τρέχον κύκλωμα περιοριστή, που έχει ληφθεί από το φύλλο δεδομένων του LM317, φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Αυτό είναι ένα απλό κύκλωμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό του ρεύματος στο κύκλωμα μας με βάση την τιμή αντίστασης R1. Οι τύποι για τον υπολογισμό του ρεύματος εξόδου είναι Iout = 1.2 / R1. Με βάση αυτούς τους τύπους η τιμή του δοχείου RV1 επιλέγεται ως 100R.

Ως εκ τούτου, για τον έλεγχο του ρεύματος και της τάσης, δύο ποτενσιόμετρα RV1 και RV2 χρησιμοποιούνται αντίστοιχα, όπως φαίνεται στα παραπάνω σχήματα. Το LM317 τροφοδοτείται από μια γέφυρα διόδων. η ίδια η γέφυρα Diode συνδέεται με έναν μετασχηματιστή μέσω του συνδετήρα P1. Η βαθμολογία του μετασχηματιστή είναι 12V 1 Amps. Αυτό το κύκλωμα από μόνο του είναι αρκετό για να κάνουμε ένα απλό κύκλωμα, αλλά με τη βοήθεια λίγων πρόσθετων ρυθμίσεων μπορούμε να παρακολουθούμε το ρεύμα και την τάση του φορτιστή μας σε LCD, το οποίο εξηγείται παρακάτω.

Εμφάνιση τάσης και ρεύματος στην οθόνη LCD χρησιμοποιώντας το Arduino:

Με τη βοήθεια ενός Arduino Nano και μιας οθόνης LCD (16 * 2), μπορούμε να εμφανίσουμε τις τιμές τάσης και ρεύματος του φορτιστή μας. Αλλά, πώς μπορούμε να το κάνουμε αυτό !!

Το Arduino Nano είναι λειτουργικός μικροελεγκτής 5V, κάτι περισσότερο από 5V θα το σκοτώσει. Όμως, ο φορτιστής μας λειτουργεί σε 12V, επομένως με τη βοήθεια ενός κυκλώματος διαχωριστή τάσης η τιμή του (0-14) Volt αντιστοιχεί σε (0-5) V χρησιμοποιώντας την αντίσταση R1 (1k) και R2 (500R), όπως έχουν στο παρελθόν σε 0-24v 3A Regulated Power Supply Circuit, για να εμφανιστεί η τάση στην οθόνη LCD χρησιμοποιώντας το Arduino Nano.

Για να μετρήσουμε το ρεύμα χρησιμοποιούμε μια αντίσταση διακλάδωσης R4 πολύ χαμηλής τιμής για να δημιουργήσουμε πτώση τάσης στην αντίσταση, όπως μπορείτε να δείτε στο παρακάτω κύκλωμα. Τώρα χρησιμοποιώντας την αριθμομηχανή Ohms Law μπορούμε να υπολογίσουμε το ρεύμα που διέρχεται από την αντίσταση χρησιμοποιώντας τους τύπους I = V / R.

Στο κύκλωμα μας η τιμή του R4 είναι 0,05R και το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να περάσει από το κύκλωμα μας θα είναι 1,2 Amps επειδή ο μετασχηματιστής έχει βαθμολογία έτσι. Η ονομαστική ισχύς του αντιστάτη μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας P = I ^ 2 R. Στην περίπτωσή μας P = (1,2 * 1,2 * 0,05) => 0,07 που είναι μικρότερο από ένα τέταρτο watt. Αλλά αν δεν λάβετε 0,05R ή εάν η τρέχουσα βαθμολογία σας είναι υψηλότερη, τότε υπολογίστε την ισχύ ανάλογα. Τώρα αν είμαστε σε θέση να μετρήσουμε την πτώση τάσης στην αντίσταση R4, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε το ρεύμα μέσω του κυκλώματος χρησιμοποιώντας το Arduino μας. Ωστόσο, αυτή η πτώση τάσης είναι πολύ ελάχιστη για να το διαβάσει το Arduino. Ως εκ τούτου, ένα κύκλωμα ενισχυτή κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας το Op-amp LM358 όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η έξοδος αυτού του Op-Amp δίνεται στο Arduino μας μέσω ενός κυκλώματος RC για τη μέτρηση του ρεύματος και της εμφάνισης στην οθόνη LCD.

Μόλις αποφασίσουμε την αξία των εξαρτημάτων μας στο κύκλωμα μας, συνιστάται πάντα να χρησιμοποιείτε λογισμικό προσομοίωσης για να επαληθεύσετε τις τιμές μας προτού προχωρήσουμε με το πραγματικό μας υλικό. Εδώ, έχω χρησιμοποιήσει το Proteus 8 για να προσομοιώσω το κύκλωμα όπως φαίνεται παρακάτω. Μπορείτε να εκτελέσετε την προσομοίωση χρησιμοποιώντας το αρχείο (12V_charger.pdsprj) που δίνεται σε αυτό το αρχείο zip.

Δημιουργία φορτιστή μπαταρίας:

Μόλις είστε έτοιμοι με το κύκλωμα, μπορείτε να ξεκινήσετε τη δημιουργία του φορτιστή σας, μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε έναν πίνακα Perf για αυτό το έργο ή να δημιουργήσετε το δικό σας PCB. Έχω χρησιμοποιήσει ένα PCB, το PCB δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας το KICAD. Το KICAD είναι λογισμικό σχεδιασμού PCB ανοιχτού κώδικα και μπορείτε να το κατεβάσετε δωρεάν online. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με το σχεδιασμό PCB, μην ανησυχείτε !!!. Έχω επισυνάψει το Gerber και άλλα αρχεία εκτύπωσης (κατεβάστε εδώ), τα οποία μπορούν να παραδοθούν στον τοπικό κατασκευαστή PCB και η πλακέτα σας μπορεί να κατασκευαστεί. Μπορείτε επίσης να δείτε πώς θα φαίνεται το PCB σας μετά την κατασκευή, ανεβάζοντας αυτά τα αρχεία Gerber (αρχείο zip) σε οποιοδήποτε Gerber Viewer. Ο σχεδιασμός PCB του φορτιστή μας φαίνεται παρακάτω.

Μόλις κατασκευαστεί το PCB, συναρμολογήστε και συγκολλήστε τα εξαρτήματα με βάση τις τιμές που δίνονται στα σχήματα, για την εξυπηρέτησή σας, ένα BOM (Bill of material) είναι επίσης προσαρτημένο στο αρχείο zip που δίνεται παραπάνω, έτσι ώστε να μπορείτε να τα αγοράσετε και να τα συναρμολογήσετε άνετα. Μετά τη συναρμολόγηση ο Φορτιστής μας θα πρέπει να μοιάζει με αυτό….

Δοκιμή φορτιστή μπαταρίας:

Τώρα είναι καιρός να δοκιμάσετε το φορτιστή μας, το Arduino και το LCD δεν απαιτούνται για τη λειτουργία του φορτιστή. Χρησιμοποιούνται μόνο για σκοπούς παρακολούθησης. Μπορείτε να τα τοποθετήσετε χρησιμοποιώντας το Bergstick όπως φαίνεται παραπάνω, έτσι ώστε να μπορείτε να τα αφαιρέσετε όταν τα χρειάζεστε για άλλο έργο.

Για σκοπούς δοκιμής, αφαιρέστε το Arduino και συνδέστε τον μετασχηματιστή σας, τώρα ρυθμίστε την τάση εξόδου στην απαιτούμενη τάση χρησιμοποιώντας το POT RV2. Επαληθεύστε την τάση χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο και συνδέστε την με την μπαταρία όπως φαίνεται παρακάτω. Αυτό είναι ότι ο φορτιστής μας είναι πλέον σε λειτουργία.

Τώρα προτού συνδέσουμε τη δοκιμή Arduino μας την εισερχόμενη τάση στον ακροδέκτη Arduino Nano A0 και A1, δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 5V εάν το κύκλωμα εκτός λειτουργίας λειτουργεί σωστά. Εάν όλα είναι καλά, συνδέστε το Arduino και την οθόνη LCD. Χρησιμοποιήστε το παρακάτω πρόγραμμα για να ανεβάσετε στο Arduino σας. Αυτό το πρόγραμμα θα εμφανίζει απλώς την τάση και την τρέχουσα τιμή του φορτιστή μας, μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να ρυθμίσουμε την τάση και να παρακολουθούμε εάν η μπαταρία μας φορτίζεται σωστά. Δείτε το βίντεο που δίνεται παρακάτω.

Εάν όλα λειτουργούν όπως αναμένεται, θα πρέπει να εμφανιστεί μια οθόνη LCD όπως φαίνεται στα προηγούμενα σχήματα. Τώρα, όλα γίνονται, το μόνο που πρέπει να κάνουμε είναι να συνδέσουμε το φορτιστή μας με οποιαδήποτε μπαταρία 12V και να την φορτίσουμε χρησιμοποιώντας μια προτιμώμενη τάση και ρεύμα. Ο ίδιος φορτιστής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση του κινητού σας τηλεφώνου, αλλά ελέγξτε την τρέχουσα και την τάση που απαιτείται για τη φόρτιση του κινητού τηλεφώνου, πριν από τη σύνδεση. Πρέπει επίσης να συνδέσετε καλώδιο USB στο κύκλωμα μας για να φορτίσετε το κινητό σας τηλέφωνο.

Εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία, μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε την ενότητα σχολίων. Είμαστε πάντα έτοιμοι να σας βοηθήσουμε !!

ΚΑΛΗ ΜΑΘΗΣΗ !!!!