Как отключить питание при достижении определенного напряжения с датчика?

Вы не хотите использовать терминацию заряда с фиксированным напряжением для NiCd аккумуляторов. Вам нужно иметь некоторый верхний предел напряжения в качестве безопасности, но завершение заряда выполняется с наклоном напряжения и / или температурой.

NiCd демонстрируют скачки напряжения, когда они почти полностью заряжены разумным током. Напряжение действительно немного падает. Поэтому ищите пересечение нуля производной напряжения, а затем добавляйте небольшой заряд слабым током в течение фиксированного времени, чтобы зарядить батарею. Например, вот полный цикл разрядки и зарядки 3-элементного NiCd аккумулятора:

Аккумулятор разряжается до полной разрядки за 3,4 часа. Приблизительно до 4,2 ч используется низкий зарядный ток, пока элементы не достигнут достаточно высокого напряжения, чтобы иметь возможность выдерживать «полный» зарядный ток. Обратите внимание, как напряжение поднимается, демонстрирует скачок, а затем снова падает примерно через 6,4 часа. Алгоритм заряда определяет это по пересечению нуля синей линии и переключается в режим пополнения слабого тока на фиксированные 2 часа.

Вы взимаете очень низкую плату (0,1 цента), поэтому часть этого может не применяться. Было бы неплохо измерить кривую заряда, чтобы увидеть, где вы находитесь. Дайте ему поработать достаточно долго, чтобы узнать, что вы полностью зарядили элемент, и посмотреть, как выглядят напряжение и производная напряжения. При такой низкой скорости зарядки фиксированное конечное напряжение может быть единственным выбором, но было бы неплохо увидеть данные, прежде чем принимать такое решение.

Способ измерения и обнаружения этого находится в микроконтроллере. Каждое измерение будет иметь некоторый шум, но сигналы настолько медленные, что вы можете применить фильтр нижних частот. Сигналы настолько медленные, что осмысленная аналоговая фильтрация будет затруднена из-за очень высоких импедансов, необходимых для их реализации, и ошибки результата, вызванной токами утечки. Цифровые значения не ухудшаются со временем, поэтому вы можете делать такие вещи, как вычисление наклона в вольтах в час, как я сделал для синей линии на графике выше.

Ваша схема выглядит так, как будто она должна делать именно то, что вы хотите,
И вы говорите в своем ответе Chintalagirl, что она делает то, что вы намереваетесь, в отношении напряжения отсечки и гистерезиса
, ТАК Я не могу понять, чего вы хотите, чего у вас еще нет.

Недавно я реализовал коммерческую схему для крупносерийного производства, используя схему, подобную этой. В нем использовался диод, позволяющий устанавливать низкоуровневое напряжение при обратной связи с гистерезисом без изменения напряжения срабатывания, и использовался TL431 для обеспечения более стабильного опорного напряжения — как указано ниже.

V_USB не может быть надежно гарантировано равным 5 В, может быть выше или ниже и может варьироваться, поэтому требуется надлежащее эталонное значение. Вы можете, например, разделить R8 на две части и установить среднюю точку, скажем, на 4 В, используя, например, «программируемый стабилитрон» / шунтирующий регулятор TL431. Они дешевы и эффективны в этой роли. Использование TLV431 допускает 1,25 В при установке опорного значения вверх.

Лучше - вы можете установить U1A pin3 AT на желаемое напряжение срабатывания с помощью TL431, НО тогда гистерезисная обратная связь не работает, поэтому вы можете, например. Используйте TL* V *431 с двумя резисторами, чтобы установить желаемое значение Vtrip.
Подайте на TLV431 около 1 кОм на катод от V_USB.
Подайте TLV431, скажем, через 10 кОм на неинвертирующий вход операционного усилителя.
Используйте гистерезисный резистор 100k или любой другой, как и раньше с последовательным диодом. Смотри ниже.

Использование R1, как показано, затрудняет установку высоких и низких пороговых значений по желанию, поскольку эффективно R1 параллельно с R8 до того, как батарея достигнет точки срабатывания, и параллельно с R9 после достижения точки срабатывания, что влияет на высокие и низкие уставки. Кроме того, если операционный усилитель не полностью переключается на верхний уровень, это повлияет на расчет точки срабатывания. Проще и не менее эффективно включить диод последовательно с R1, чтобы он работал только с одной полярностью операционного усилителя, чтобы верхний или нижний порог устанавливался только резисторами R8 и R9. Лучше всего, вероятно, подключить катод диода к выходу U1A, чтобы диод открывался, когда порог был достигнут, и затем снижал порог, когда выход U1A становится низким. Таким образом, вы можете точно установить желаемую точку срабатывания с помощью R8 и R9 (это то, что вас больше всего волнует), а затем R1 несколько снизит это значение на сумму, которую вы можете рассчитать. Диод немного усложняет вычисление пониженного порога, но это не очень важно, так как основной задачей является прекращение зарядки.

Если R1 слишком велико, пороговое значение не будет снижено в достаточной степени, и напряжение батареи может достаточно «просесть» после снятия заряда, что приведет к перезапуску зарядки. Если вы наблюдаете это с помощью измерителя, а не с помощью осциллографа, вы можете подумать, что видите стабильное напряжение постоянного тока, но на самом деле цепь колеблется. (Спросите меня, откуда я знаю :-)).

Проверка с помощью осциллографа всегда является чрезвычайно хорошей идеей для таких схем, поскольку легко могут возникнуть колебания.

Здесь это не имеет значения, но имейте в виду, что входной синфазный диапазон 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 3 U1A. Вы можете настроить R8 или R9 для установки точки срабатывания. Вы можете проверить правильность работы, используя конденсатор с малой утечкой вместо батареи. Это должно зарядить до Vtrip, после чего цепь должна отключиться, а Vcap должно сравняться с заданным напряжением. Если крышка протекает, вы увидите, что время от времени она перезаряжается, когда Vcap падает ниже нижнего порога.

Q1 / R5 — это неприятный способ сделать текущую настройку, поскольку ссылка Vbe очень неточна, но этого достаточно для этого приложения. D3, вероятно, здесь не обязателен, но не должен причинять вреда. Без D3 Q1 и Q2 потенциально смещены в обратном направлении от батареи, когда транзистор выключен, но здесь это не должно быть проблемой.

Гистерезис R1 должен остановить переход этой схемы в линейный режим при достижении заданного значения, особенно при добавлении диода, но обязательно проверьте наличие колебаний. Обычно помогает добавление конденсатора где-нибудь в цепи возбуждения или обратной связи. например, здесь контакт 3 U1A может иметь колпачок для заземления, НО лучшим местом будет контакт 2, при этом подача на контакт 2 от батареи осуществляется, например, через резистор 10 кОм. Вы можете либо выразить это в терминах формальной теории цепей полюс/ноль, либо увидеть это как задержку скорости, с которой может изменяться измеренное напряжение батареи.

Спрашивайте по мере необходимости...

Одним из решений, хотя, возможно, и не идеальным, может быть использование компаратора или операционного усилителя, сконфигурированного как компаратор. Используйте отрицательный вход как установленное напряжение и положительный как PWRBAT+. Когда напряжение на ячейке пересекает этот порог, выход компаратора, который ранее был плавающим, замыкается на землю. Подключение этого выхода к соединению R2 и R4 должно отключить транзистор Q2 и вывести Q1 из строя и, следовательно, остановить зарядку.

Заданное напряжение может быть создано с помощью простого резисторного делителя, так как входы компаратора имеют высокое сопротивление.

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

Этот метод будет иметь то преимущество, что вы сможете работать с уже имеющейся схемой без особых изменений.

Я наконец заставил это работать. Рассел, я пытался добавить этот диод, но это не помогло. Я не понимаю, почему вы говорите, что добавление этого диода заставит OA переключаться с Vcc на GND. Однако TL431 был очень хорошим предложением. После добавления этого реле (которое потребляет 150 мА) мне понадобился более надежный источник опорного напряжения, чем делитель напряжения питания. Спасибо за это! Во всяком случае, я нашел в местном магазине электроники очень маленькое герметичное реле на 12 В, которое мне пришлось разомкнуть и отрегулировать катушку, чтобы оно работало с 5 В. Это был ад.. Я закончил тем, что перемотал дырочную катушку вручную. Но оно того стоило, теперь он 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 окончательные схемы:

Спасибо всем за помощь!