¿Cómo funciona este circuito? (cargador de plomo-ácido de 24 V)

Puede simular el circuito a continuación para tener una idea de cómo funciona :)

D31 protege a Q11 de averías inversas. Q11 es un controlador PWM con limitación de corriente (alrededor de 1A) establecida por Q10+R8.

MCU_ADC toma muestras del voltaje de la batería reducido por el divisor R14+R17.

Cuando Q12 está encendido, Q11 puede conducir; de lo contrario, se corta. R12 drena la carga base de Q11 al apagarse.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Como puede observar fácilmente, este circuito no desarrollará un control total de corriente a través de Q10 a menos que Q11 sea del tipo Darlington. En el circuito que está copiando, es de esperar que Q11 sea un Darlington, o alguien despistó un poco el diseño.

Supongamos que Q11 no es un Darlington, sino solo un dispositivo PNP de potencia media con beta de, digamos 30 en IC = 1A, la base debería funcionar con 33 mA. Sin embargo, 44V/10kOhm(R13)=4.4mA. Eso no será suficiente para encender la mayoría de los dispositivos que no son de Darlington. Por lo tanto, es probable que R13 sea demasiado grande.

Disminuiría R13 a 1kOhm y configuraría Q12 como un sumidero de corriente constante encendido/apagado por la MCU. El R100 recién agregado establecería la corriente base de Q11, lo suficientemente grande como para garantizar que Q11 pueda entregar la corriente de carga completa de aproximadamente 1.4A, incluso si tiene una versión beta mínima (según la hoja de datos).

En este caso, también se deben cambiar R15 y R16. R15 debe ser 4k7, y R16 es un menú desplegable de 100 kOhm para mantener Q12 apagado cuando la MCU se está inicializando y su pin PWM está en circuito abierto.

^{simular este circuito}

Cuando la batería se descarga a, digamos, 20 V, Q11 se disipará entre 20 y 35 W al comienzo de la carga. Debe estar clasificado para disipar 50W-75W como mínimo, y debe tener un disipador de calor adecuado. El factor adicional de seguridad es necesario para no exceder el área de operación segura (SOA) de Q11: después de todo, funciona con un voltaje colector-emisor bastante grande de 20-25 V, según el estado de carga de la batería.

Para proteger Q11 de daños cuando la batería se descarga demasiado, la MCU debe hacer aproximadamente lo siguiente:

1. Cuando el voltaje de la batería esté entre 0-20 V, ejecute el PWM al 1%-100%, proporcionalmente. Esto limitará la disipación en Q11.

2. Cuando el voltaje de la batería esté entre 20 y 26 V, mantenga el PWM al 100 % (encendido constante).

3. Cuando el voltaje de la batería alcance los 26 V por primera vez, cambie al modo de carga en espera, a continuación.

4. Verifique el voltaje de la batería cada 100 ms, y si está por debajo de 26 V, emita un solo pulso de 100 ms, apague PWM, espere 100 ms, vaya a 4.

Parece un buen diseño de un cargador de flotador de pulso con CV y ​​limitador de corriente R8 = 0,7 V/0,5 ohmios = 1,4 A usando una abrazadera de base con Q10. (Limitador de corriente BJT estándar).

Como la batería tiene una C muy grande y una ESR baja en relación con la corriente, dV/dt=Ic/C producirá una ondulación baja hasta que la batería envejezca con una ESR alta.

El algoritmo de software para PWM y error de voltaje de referencia de 26 V para baterías SLA parece adecuado. La carga por pulsos es un mejor enfoque, ya que también se desulfana para mantener la ESR hasta cierto punto en lugar de sobrevoltaje como se hace en las celdas abiertas de plomo ácido.

El ciclo de trabajo del 23 % a 10 Hz de 1,4 A máx. es 0,32 A o 8,3 W de potencia. Depende de que la corriente real sea limitada o menor que esto, pero probar la caída de la resistencia de 0,5 ohmios del sentido actual con 2 sondas verificará mi suposición.

La eficiencia de carga es de alrededor del 70 % para Ah de salida/entrada cuando es nuevo. Si esto cae significativamente, podría indicar una falla de una sola celda con ~ 2 V / celda, lo que significa que podría tener una batería de 22 V con poca capacidad en lugar de una batería de 24 V. La capacidad está limitada por la celda más débil en serie.

Retirar el cargador y trazar los Ah consumidos y compararlos con la calificación será la mejor manera de determinar el estado de la batería sin un probador. Pero el 24 % de carga constante en espera sin carga parece un poco alto para una buena batería. Esperaría <5%. en relación 26/24V.

opinión

La carga de 15 A reducirá el voltaje de la batería con 15-1,4 A suministrados por la batería a la carga. Vdrop debe ser < 5%.

La medición de la caída de voltaje de Vbat indicará la ESR de Vbat y esto se correlaciona bien con el envejecimiento inversamente con la clasificación de Wh de las baterías. por ejemplo, 24 V 10 Ah o 240 Wh debe tener una ESR <= 0,1 ohm, lo que significa que la carga de 13,6 A debe caer << 1,36 V. antes del final de su vida útil y mucho menos cuando es nuevo.