Circuito de carga de corriente constante LiFePO4 con microcontrolador

Si su panel solar limita la corriente a menos de la corriente de carga máxima segura, entonces no necesita un limitador de corriente, ¡porque el panel ya lo es!

Lo que necesitas es un limitador de voltaje. El voltaje de carga máximo para una batería LiFePO4 de 4 celdas es de 14,6 V (3,65 V/celda). Por encima de este voltaje, la batería se sobrecargará o se apagará si tiene un módulo de circuito de protección (PCM) incorporado.

Una forma de limitar el voltaje de carga es simplemente apagar la corriente de carga cuando el voltaje de la batería alcanza el voltaje máximo permitido y luego volver a encenderla cuando el voltaje de la batería vuelve a caer. Suponiendo que está utilizando una MCU para medir el voltaje a través de una entrada analógica (con un divisor de voltaje adecuado), debe cambiar el lado alto para que el negativo de la batería siempre esté conectado a tierra común.

El interruptor del lado alto puede ser un MOSFET de potencia de canal P clasificado para al menos 30 V. El FET se enciende con un voltaje negativo en relación con el terminal positivo del panel solar, por lo que necesita un cambiador de nivel (Q1 en el circuito a continuación) para traducir el voltaje más bajo (por ejemplo, 3,3 V o 5 V) de la salida de su MCU. Este controlador también invierte la señal para que el FET se encienda cuando el pin de salida de la MCU esté alto. La mayoría de los MOSFET solo pueden recibir un máximo de 20 V en la puerta, por lo que, por seguridad, el voltaje de la fuente de la puerta debe limitarse con un divisor de resistencia y/o un diodo Zener.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si desea controlar la corriente de carga y descarga, puede instalar un sensor de corriente en cualquiera de los cables de la batería. Debe tener baja resistencia para mantener baja la pérdida de voltaje, y para cargar y descargar necesita medir el flujo de corriente en ambas direcciones. El ACS712 es una buena opción porque tiene una resistencia de inserción muy baja, está aislado, mide corrientes positivas y negativas y su salida está polarizada a la mitad del voltaje de suministro para usar con un ADC unipolar.

Con una sensibilidad de 185 mV/A, solo obtendrá alrededor de 37 niveles por amperio con un ADC de 10 bits, por lo que probablemente sea deseable cierta amplificación. Cuánto depende del rango de entrada del ADC y qué corrientes desea medir. Por ejemplo, si quiere 0~5V desde +-2A, la ganancia requerida es 2,5V/(0,185V/A*2A) = 6,76. Usando un circuito opamp no inversor estándar, las resistencias de retroalimentación deben tener una relación de (6.76-1) = 5.76: 1. Los valores reales deben ser lo suficientemente altos para evitar cargar la salida del amplificador operacional, pero no lo suficientemente altos como para verse afectados por la corriente de polarización o el ruido.

Más importante aún, debe elegir un amplificador operacional con salidas de riel a riel y un buen rango de entrada (preferiblemente también de riel a riel), p. MCP6021 . El TL081 no es una buena opción para aplicaciones como esta porque no tiene salidas de riel a riel y sus entradas deben estar al menos 3 V por encima del suministro -ve.

Las entradas CMOS tienen una corriente de polarización insignificante, por lo que podemos elegir resistencias de retroalimentación de valor relativamente alto, p. 10k y 57,6k. Dado que el punto de referencia de cero amperios es 2,5 V, también debemos establecer la referencia de entrada de "tierra" del amplificador en 2,5 V. Podemos usar un divisor de resistencia para derivar esto del suministro de +5 V, y al usar 2 x 20k también forman el equivalente de Thevenin de 10k (esto ahorra una resistencia y reduce el consumo de corriente). Agregar un capacitor a través de la resistencia de retroalimentación de 57.6k reduce la ganancia a 1 en frecuencias altas para evitar amplificar el ruido.

^{simular este circuito}

Para obtener un valor exacto de cero amperios, probablemente tendrá que calibrarlo (ya que cualquier compensación de cero del ACS712 se amplificará en 6,76). Esto podría hacerse colocando un potenciómetro de valor pequeño en el centro del divisor de voltaje para ajustar el voltaje de referencia (y reduciendo los valores de R2 y R3 para mantener la resistencia total), o leyendo la corriente en algún momento cuando el amperaje real se conoce el consumo (por ejemplo, en el arranque con el cargador y la carga apagados).