Как работает эта схема? (свинцово-кислотное зарядное устройство 24 В)

Вы можете смоделировать схему ниже, чтобы понять, как она работает :)

D31 защищает Q11 от обратного пробоя. Q11 — ШИМ-драйвер с ограничением тока (около 1 А), установленным Q10+R8.

MCU_ADC измеряет напряжение батареи, уменьшенное с помощью делителя R14+R17.

Когда Q12 включен, Q11 может проводить ток, в противном случае он отключается. R12 снимает базовый заряд с Q11 при выключении.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Как вы можете легко заметить, эта схема не будет развивать полное управление током через Q10, если Q11 не является типом Дарлингтона. Надеюсь, в схеме, которую вы копируете, Q11 — это Дарлингтон, или кто-то немного напортачил с дизайном.

Предположим, что Q11 - это не Дарлингтон, а просто PNP-устройство средней мощности с бета-версией, скажем, 30 при IC = 1 А, база должна будет питаться 33 мА. Тем не менее, 44 В / 10 кОм (R13) = 4,4 мА. Этого будет недостаточно, чтобы включить большинство устройств, отличных от Darlington. Таким образом, R13, вероятно, слишком велик.

Я бы уменьшил сопротивление R13 до 1 кОм и настроил Q12 как приемник постоянного тока, который включается/выключается микроконтроллером. Недавно добавленный R100 установит базовый ток Q11, достаточно большой, чтобы гарантировать, что Q11 может обеспечить полный зарядный ток около 1,4 А, даже если он имеет минимальную бета-версию (согласно техническому описанию).

В этом случае также необходимо заменить R15 и R16. R15 должен быть 4k7, а R16 — 100kOhm pull-down, чтобы держать Q12 выключенным, когда MCU инициализируется, а его вывод PWM разомкнут.

^{смоделируйте эту схему}

Когда батарея разряжена, скажем, до 20 В, Q11 будет рассеивать около 20-35 Вт в начале заряда. Он должен быть рассчитан на рассеивание не менее 50–75 Вт и должен иметь подходящий радиатор. Дополнительный запас прочности нужен, чтобы не выйти за пределы зоны безопасной работы (SOA) Q11: ведь он работает при довольно большом напряжении коллектор-эмиттер 20-25В, в зависимости от состояния заряда аккумулятора.

Чтобы защитить Q11 от повреждения при слишком глубоком разряде батареи, MCU должен действовать примерно следующим образом:

1. Когда напряжение батареи находится в диапазоне 0-20 В, запустите ШИМ на 1%-100%, пропорционально. Это ограничит рассеяние на Q11.

2. Когда напряжение батареи находится в пределах 20-26 В, оставьте ШИМ на 100% (постоянно включен).

3. Когда напряжение батареи в первый раз достигнет 26В, переключитесь в дежурный режим зарядки - ниже.

4. Проверяйте напряжение батареи каждые 100 мс, и если оно ниже 26 В, выдайте одиночный импульс длительностью 100 мс, отключите ШИМ, подождите 100 мс, перейдите к 4.

Похоже на хорошую конструкцию импульсного поплавкового зарядного устройства с CV и ограничителем тока R8 = 0,7 В / 0,5 Ом = 1,4 А с использованием базового зажима с Q10. (Стандартный ограничитель тока BJT.)

Поскольку батарея имеет очень большую C и низкое ESR относительно тока, dV/dt=Ic/C будет производить низкие пульсации до тех пор, пока батарея не состарится с высоким ESR.

Программный алгоритм для PWM и ошибки напряжения от эталонного напряжения 26 В для аккумуляторов SLA кажется подходящим. Импульсная зарядка является лучшим подходом, поскольку она также обеспечивает десульфанирование для поддержания ESR в некоторой степени, а не перенапряжения, как это делается в открытых свинцово-кислотных элементах.

Рабочий цикл 23% при 10 Гц при токе 1,4 А макс. составляет 0,32 А или 8,3 Вт мощности. Это зависит от того, что фактический ток ограничен или меньше этого, но измерение сопротивления резистора 0,5 Ом с помощью двух щупов подтвердит мое предположение.

Эффективность заряда составляет около 70% для Ач на входе/выходе, когда новый. Если это значительно упадет, это может указывать на отказ одной ячейки с ~ 2 В на ячейку, что означает, что у вас может быть батарея 22 В с малой емкостью вместо батареи 24 В. Емкость ограничена самой слабой ячейкой в ​​серии.

Снятие зарядного устройства и построение графика потребленных Ач и сравнение с рейтингом будет лучшим способом определить состояние батареи без тестера. Но 24% постоянного заряда в режиме ожидания без нагрузки кажутся немного высокими для хорошей батареи. Я бы ожидал < 5%. при соотношении 26/24В.

мнение

Нагрузка 15 А понизит напряжение батареи с 15-1,4 А, подаваемым от батареи к нагрузке. Vdrop должен быть < 5%.

Измерение падения напряжения Vbat покажет ESR Vbat, и это хорошо коррелирует со старением обратно пропорционально номинальной мощности батарей в Вт-ч. например, 24 В 10 Ач или 240 Втч должны иметь ESR <= 0,1 Ом, что означает, что нагрузка 13,6 А должна падать << 1,36 В до конца срока службы и намного меньше, когда новые.