מחוון מפלס סוללה פשוט באמצעות אופ

בעולם המודרני אנו משתמשים בסוללות כמעט בכל גאדג'ט אלקטרוני מהטלפון הנייד הכף יד שלך, מדחום דיגיטלי, שעון חכם ועד כלי רכב חשמליים, מטוסים, לוויינים ואפילו רובוטים רובוטים המשמשים במאדים שהסוללה שלהם ארכה כ- 700 סוליות (ימי מאדים). אפשר לומר ללא המצאתם של מכשירי האחסון האלקטרוכימיים הללו, המכונים סוללות, העולם כפי שאנו מכירים אותו לא היה קיים. ישנם סוגים רבים ושונים של סוללות כמו עופרת-חומצה, Ni-Cd, ליתיום-יון וכו 'עם כניסת הטכנולוגיה אנו רואים סוללות חדשות שהומצאו כמו סוללות Li-air, סוללות ליתיום במצב מוצק וכו' בעלות גבוהה יותר יכולת אחסון אנרגיה וטווח טמפרטורות פעולה גבוהות. כבר דנו יותר בנושא סוללות וכיצד הן פועלות במאמרים הקודמים שלנו. במאמר זה נלמד כיצד לעצב פשוט מחוון רמת טעינה של סוללה 12V באמצעות Op-Amp.

למרות שרמת הסוללה היא מונח דו משמעי מכיוון שאיננו יכולים באמת למדוד את המטען שנותר בסוללה אלא אם אנו משתמשים בחישובים ומדידות מורכבים באמצעות מערכת ניהול סוללות. אך ביישומים פשוטים, אין לנו את המותרות של שיטה זו ולכן אנו משתמשים בדרך כלל בשיטת הערכת רמת סוללה במעגל פתוח פשוט שעובדת ממש טוב עבור סוללות עופרת חומצות 12 וולט שכן עקומת הפריקה שלהן כמעט לינארית מ 13.8 וולט ל 10.1 וולט., הנחשבים בדרך כלל לגבולותיו הקיצוניים העליונים והתחתונים. בעבר בנינו גם מחוון רמת סוללה מבוסס Arduino ומעגל ניטור מתח מרובה תאים, אתה יכול גם לבדוק אותם אם אתה מעוניין.

בפרויקט זה נתכנן ונבנה מחוון רמת סוללה 12V בעזרת משווה מרובע OPAMP מבוסס IC LM324 המאפשר לנו להשתמש בארבעה משווים מבוססי OPAMP על שבב יחיד. אנו נמדוד את המתח של הסוללה ונשווה אותה מול המתח שצוין מראש באמצעות ה- IC LM324 ונניע את נוריות ה- LED כדי להציג את הפלט שאנו מקבלים. הבה נקפוץ לתוכו, נכון?

רכיבים נדרשים

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × נורות LED (אדום)
• נגד 1 × 2.5kΩ
• נגד 5 × 1kΩ
• נגד 1 × 1.6kΩ
• נגד 4 × 0.5kΩ
• 14 פינים מחזיק IC
• מסוף בורג PCB
• לוח
• ערכת הלחמה

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 הוא Quad-amp IC משולב עם ארבעה מגברי-על המופעלים באמצעות ספק כוח משותף. טווח מתח הקלט הדיפרנציאלי יכול להיות שווה לזה של מתח אספקת החשמל. מתח ברירת המחדל של קיזוז הקלט נמוך מאוד שהוא בסדר גודל 2mV. טמפרטורת ההפעלה נעה בין 0 ° C ל- 70 ° C בסביבה ואילו טמפרטורת הצומת המרבית יכולה להיות עד 150 ° C. באופן כללי, מגברי אופ יכולים לבצע פעולות מתמטיות וניתן להשתמש בהם בתצורות שונות כמו מגבר, מתח מתח, משווה וכו '. על ידי שימוש בארבעה OPAMPs ב- IC יחיד, תחסוך מקום ומורכבות המעגל. זה יכול להיות מופעל על ידי ספק כוח יחיד בטווח מתח רחב של -3V עד 32V וזה יותר ממספיק לבדיקת רמת סוללה עד 24V במעגל זה.

תרשים מעגל למחוון רמת סוללה 12V

המעגל השלם המשמש במחוון הסוללה של 12 וולט נמצא למטה. השתמשתי בסוללה של 9 וולט להמחשה בתמונה למטה, אך מניח שהיא סוללת 12 וולט.

אם אינך אוהב מעגלים גרפיים, תוכל לבדוק את התרשימים בתמונה למטה. כאן Vcc ו- Ground הם המסופים שצריכים להיות מחוברים לסוללה 12V חיובית ושלילית בהתאמה.

עכשיו, בואו נמשיך בהבנת העבודה במעגל. לשם הפשטות, אנו יכולים לחלק את המעגל לשני חלקים שונים.

סעיף מתח התייחסות:

ראשית, עלינו להחליט אילו רמות מתח אנו רוצים למדוד במעגל, ותוכל לתכנן את מעגל החלוקה הפוטנציאלי מבוסס הנגד בהתאם. במעגל זה, D2 הוא דיודת זנר התייחסות אשר מדורגת 5.1 וולט 5 וואט ולכן היא תווסת את התפוקה ל -5 וולט על פניו. יש 4 התנגדות 1k המחוברת על פניו בסדרה לתמ"ג ולכן ירידה של 1.25 וולט תהיה שם בכל הנגד בו נשתמש להשוואה עם מתח הסוללה. מתח הייחוס להשוואה הוא כ -5.1 וולט, 3.75 וולט, 2.5 וולט ו -1.25 וולט.

כמו כן, קיים מעגל מחלק מתח נוסף בו נשתמש כדי להשוות את מתח הסוללה למתחים הניתנים על ידי מחלק המתח המחובר על פני זנר. מחלק מתח זה חשוב מכיוון שעל ידי הגדרת ערכו, תחליט את נקודות המתח שמעליהן ברצונך להדליק את נוריות ה- LED המתאימות. במעגל זה בחרנו נגד 1.6k ונגד 1.0k בסדרה כדי לספק גורם חלוקה של 2.6.

כך שאם הגבול העליון של הסוללה הוא 13.8 וולט, אז המתח המקביל הניתן על ידי המחלק הפוטנציאלי יהיה 13.8 / 2.6 = 5.3 וולט שהוא יותר מ- 5.1 וולט הניתן על ידי מתח הייחוס הראשון מדיודת זנר ומכאן שכל הנוריות יהיו מואר אם המתח של הסוללה הוא 12.5 וולט, כלומר לא טעון לגמרי ולא פרוק לחלוטין, אז המתח המתאים יהיה 12.5 / 2.6 = 4.8 וולט, כלומר הוא נמוך מ- 5.1 וולט אך גדול משלושת המתחים האחרים האחרים, כך ששלושה נוריות נוריות נדלק ואחד לא. לכן, בדרך זו, אנו יכולים לקבוע את טווחי המתח להדלקת נורית LED.

משווה וקטע LED:

בחלק זה של המעגל, אנחנו פשוט מפעילים את נוריות ה- LED השונות עבור רמות מתח שונות. מכיוון ש- IC LM324 הוא משווה מבוסס OPAMP ולכן בכל פעם שהמסוף הלא-הפוך של OPAMP מסוים נמצא בפוטנציאל גבוה יותר מהמסוף ההפוך, תפוקת ה- OPAMP תימשך גבוה לרמת המתח VCC בערך שהיא מתח הסוללה במקרה שלנו.. כאן הנורית לא תידלק מכיוון שהמתחים הן באנודה והן בקטודה של הנורית הם שווים ולכן שום זרם לא יזרום. אם המתח של המסוף ההפוך גבוה מזה של המסוף שאינו הופך, אז תפוקת ה- OPAMP תימשך כלפי מטה לרמת ה- GND ומכאן שהנורית תידלק מכיוון שיש לה הבדל פוטנציאלי על פני המסופים שלה.

במעגל שלנו חיברנו את המסוף הלא-הפוך של כל OPAMP לנגד 1kΩ של מעגל המחלק הפוטנציאלי המחובר על פני הסוללה, ומסופי היפוך מחוברים לרמות המתח השונות ממחלק הפוטנציאל המחובר על פני הזנר. לכן, בכל פעם שהמתח המחולק של הסוללה נמוך ממתח הייחוס המתאים של אותו OPAMP, הפלט יושך גבוה והנורית לא תידלק כפי שהוסבר קודם.

אתגרים ושיפורים:

זוהי שיטה גסה ובסיסית למדי לקירוב המתח של הסוללה ואתה יכול לשנות אותה עוד כדי לקרוא את טווח המתח לבחירתך באמצעות הוספת נגד נוסף בסדרה עם מחלק הפוטנציאל המחובר על פני דיודת זנר 5.1V, בדרך זו, תוכל לקבל דיוק רב יותר בטווח קטן יותר, כך שתוכל לזהות רמות מתח רבות יותר בטווח קטן יותר ליישומים בעולם האמיתי כמו לסוללה עם חומצה עופרת.

אתה יכול גם לממשק נוריות LED בצבעים שונים עבור רמות מתח שונות ואם אתה רוצה תרשים עמודות. השתמשתי רק ב- LM324 יחיד במעגל זה כדי לשמור על הפשטות, אתה יכול להשתמש ב- n מספר ICs Comparator ועם נגדים n, בסדרה עם דיודת הזנר של מתח הייחוס, אתה יכול לקבל כמה שיותר מתח התייחסות להשוות כנדרש מה שיגביר עוד יותר את הדיוק של המחוון שלך.

בנייה ובדיקה של מחוון רמת הסוללה 12V שלנו

כעת, לאחר שסיימנו לעצב את המעגל, עלינו להמציא אותו על לוח ה- perf. אם תרצה, אתה יכול גם לבדוק את זה קודם על קרש לחם כדי לראות את פעולתו ולפתור באגים על הטעויות שאתה עשוי לראות במעגל. אם אתה רוצה לחסוך את הטרחה של הלחמת כל הרכיבים יחד, אתה יכול גם לעצב PCB משלך על AutoCAD Eagle, EasyEDA, או Proteus ARES או כל תוכנת עיצוב אחרת של PCB שאתה אוהב.

מכיוון שה- LM324 יכול לעבוד על מגוון רחב של ספקי כוח הנעים בין -3 וולט ל -32 וולט, אינך צריך לדאוג לספק אספקת חשמל נפרדת ל- LM324 IC ולכן השתמשנו רק בזוג אחד של מסופי בורג PCB אשר יהיו מחובר ישירות למסופי הסוללה ומפעיל את כל ה- PCB. אתה יכול לבדוק אם יש רמות מתח מ- 5.5V מינימלי למקסימום של 15V באמצעות מעגל זה. אני ממליץ לך בחום להוסיף נגד נוסף בסדרה במחלק הפוטנציאלי על פני הזנר ולהקטין את טווח המתח של כל נורית LED.

אם ברצונך להגדיל את טווח בדיקות המתח מ -12 וולט ל -24 וולט מכיוון שה- LM324 מסוגל לבדוק עד סוללת 24 וולט, אתה רק צריך לשנות את גורם חלוקת המתח של מחלק המתח המחובר על הסוללה כדי להפוך אותם להשווים לרמות המתח שניתנו. על ידי מעגל הייחוס של זנר וגם, הכפל את ההתנגדות המחוברת עם נוריות LED כדי להגן עליו מפני זרם הזרם הגבוה דרכם.

את העבודה המלאה של מדריך זה ניתן למצוא בסרטון המקושר למטה. מקווה שנהנית מההדרכה ולמדת משהו שימושי אם יש לך שאלות, השאיר אותן בסעיף ההערות או שתוכל להשתמש בפורומים שלנו לשאלות טכניות אחרות.