Projetos Eletrônicos

Carregador de Baterias Esperto

Veja o vídeo no YouTube com detalhes! https://youtu.be/qo7lKt8NLSA

Já dizia o velho deitado: A necessidade é mãe da criatividade.

Eu sofria com um problema constante na minha motinha. Passava uma semana inteira sem usá-la e quando ia ver, a bateria estava completamente descarregada. Culpa dos itens que ficam ligados o tempo todo, como o alarme.

Só que a descarga profunda diminui muito a vida útil desse componente e carregar indiscriminadamente sem nenhum controle também.

Foi assim que nasceu a ideia de fazer um carregador que monitore tensão e corrente de carga, que pare de injetar corrente sozinho e que fosse fácil de montar.

Com essas premissas na cabeça, bolei esse circuito que é quase PWM e não usa microcontrolador. Seu controle acontece por uma malha fechada.

Características gerais

Tensão de alimentação: 127/220Vca

Carrega baterias de 6/12V selecionável por chave

Corrente de carga regulável por potenciômetro de 0 a 5A.

Monitoramento da tensão

Controle por malha fechada e chaveado por TRIAC

O circuito

Primeiro vamos ver o diagrama em blocos:

O circuito começa com um TRIAC funcionando como se fosse um PWM, recebendo o comando de liberação da corrente vindo dos limitadores de corrente e tensão. Se ambos estiverem dentro dos limites, a chave vai fechar e liberar a passagem de corrente. Quando qualquer um dos circuitos atingir o valor máximo, a chave é inibida e não circula mais nenhuma corrente para a carga.

Um relé instalado estrategicamente na saída vai atuar caso a bateria seja colocada inadvertidamente com os polos invertidos.

Clique na imagem para ampliar.

Analisando:

Fonte de alimentação

A alimentação é simétrica para os amplificadores operacionais, regulada para garantir qualidade no valor devido à necessidade de comparar tensões. Nada de espetacular, D1 entrega o semiciclo positivo e D2 o negativo. Os capacitores não têm valor alto porque aqui a corrente é baixa.

Chave

U1 é o TRIAC que vai liberar ou não a corrente para a bateria. U2 é um acoplador óptico led-diac que dispara convenientemente o gatilho da chave. Recebe o comando dos circuitos que serão comentados abaixo.

Retificador e filtro principal

Como o TRIAC é um elemento que trabalha adequadamente apenas em corrente alternada, após ele há um retificador em onda completa e filtro capacitivo para entregar a tensão contínua para a bateria. Os capacitores facilitam também a monitoração das variáveis que serão controladas. D3, D4, D5, D6, C10 e C11 realizam essa tarefa.

Shunt

Esse resistor com 0,1 Ω tira uma pequena amostra da corrente para a monitoração. Vai gerar a diferença de potencial de 0,1V/A (100mV por Ampère) que será usado no comparador.

Amostra de tensão

R10 e R11 formam o divisor resistivo para amostrar a tensão da bateria.

Proteção contra bateria invertida

Esse circuito é formado por:

· relé RL1 que vai desacoplar o carregador,

· R5 e o led D8 indicam a situação errada,

· R4, D9 e o zener D7 formam o detector de inversão

Quando a bateria é instalada corretamente, D9 fica inversamente polarizado e o relé permanece desligado, permitindo a carga. Caso a ligação seja feita invertida, D9 conduz e faz o relé chavear, desconectando o carregador.

Amplificador de corrente

O amplificador U5:A está montado na configuração diferencial com ganho 10. Dessa forma consegue elevar convenientemente a pequena diferença de potencial do shunt para o comparador.

Comparador de corrente

U6:B realiza essa tarefa. Enquanto o valor vindo do amplificador de corrente for inferior ao ajustado no potenciômetro, sua saída é positiva, quando o contrário acontece, a saída fica negativa e o led indicador de limite de corrente atingida (D11) acenderá.

Amplificador de tensão

Assim como o amplificador de corrente, U5:B também está na configuração diferencial, mas com ganho 1, amostrando a tensão através do divisor R10 e R11, tendo assim 50% da tensão da bateria.

Comparador de tensão

A chave JP1 seleciona entre os dois divisores resistivos para as tensões de bateria. R18-R19 fazem a referência para 6V e R14-R17 para 12V.

U6:A realiza o mesmo trabalho que o comparador de corrente. Enquanto a bateria estiver com tensão inferior que o divisor escolhido por JP1, a saída é positiva e não altera a sequência do circuito. Quando a tensão subir o suficiente, a saída vai para nível baixo, acendendo o led indicador de tensão atingida.

Comando

O comando de disparo do TRIAC ocorre através de R23 que alimenta o led D14 que por sua vez está em série com o acoplador óptico. Enquanto nenhum dos dois limitadores estiverem atuados, a corrente flui normalmente pelos componentes e mantém o tiristor atuado fornecendo corrente.

Quando qualquer um dos limites for atingido, a corrente será desviada por D12 ou D13, desativando D14 e o acoplador. O TRIAC desliga.

Por que “quase” PWM?

Um PWM (Pulse Width Modulation) de verdade liga e desliga constantemente para manter a corrente média constante, quase sempre com o auxílio de microprocessador.

Já esse circuito monitora corrente e tensão e liga e desliga o tiristor à medida que os limiares forem atingidos.

No gráfico abaixo vemos o exemplo da monitoração de corrente que quando ultrapassa o valor ajustado, desliga o TRIAC, só religando quando o valor baixar. O mesmo ocorre no controle da tensão.

Lista de material

Semicondutores

Diodos

3	D1,D2,D9	1N4007
4	D3,D4,D5,D6	6A1
1	D7	1N5338BRL
4	D8,D9,D10,D11,D14	LED-RED
2	D12,D13	1N4148

Cis

1	U1	TRIAC 8A ou maior (TIC226, BTA16)
1	U2	MOC3051
1	U3	7812
1	U4	7912
2	U5,U6	LM358N

Capacitores secos – poliester ou cerâmica de 50V ou maior

1	C1	10n
6	C4,C5,C6,C7,C11,C12,C13	100n

Capacitores eletrolíticos de 50V ou maior

2	C2,C3	470u
1	C6	100u
3	C8,C9,C14	47u
1	C10	4700u

Indutores/transformatores

1 TR1 127/220V → 16V x 5A

Resistores 1/8W

1	R1	39R
1	R2	10R
2	R3,R18	12k
1	R4	18R
1	R5	820R
3	R6,R7,R14	10k
6	R8,R9,R12,R13,R15,R16	100k
2	R10,R11	10K
1	R17	15k
1	R19	4.7K
2	R20,R22	10M
1	R21	6.8K
1	R23	750R
2	R24,R25	680R

Potenciômetro

1 5K linear

Shunt – resistor de 5W – fio ou maior

1 0,1R

Outros

· Garras jacaré

· Fusível 5A para a entrrada e porta-fusível

· Bloco de terminais 2

· Bloco de terminais 3

· Chave 1 polo, 2 posições

· Relé 5V 1NA + 1NF

· Etc.

Em eterna construção