Op kullanarak basit pil seviyesi göstergesi

Modern dünyada, el tipi cep telefonunuzdan, dijital termometrenizden, akıllı saatinizden Elektrikli Araçlara, uçaklardan uydulara ve hatta pili yaklaşık 700 sol (Mars günü) süren Mars'ta kullanılan Robotic Rovers'a kadar hemen hemen her elektronik cihazda pil kullanıyoruz. Bu elektrokimyasal depolama cihazlarının, yani Bataryaların icadı olmadan, bildiğimiz dünyanın var olmayacağını söylemek güvenlidir. Kurşun-Asit, Ni-Cd, Lityum-İyon, vb. Gibi birçok farklı pil türü vardır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, Li-hava Pilleri, Katı Hal Lityum piller gibi daha yüksek özelliklere sahip yeni pillerin icat edildiğini görüyoruz. enerji depolama kapasitesi ve yüksek çalışma sıcaklığı aralığı. Önceki makalelerimizde piller ve nasıl çalıştıkları hakkında daha fazla tartışmıştık. Bu yazıda, basit bir tasarımın nasıl tasarlanacağını öğreneceğiz. Op-Amp kullanarak 12V pil şarj seviyesi göstergesi.

Pil seviyesi belirsiz bir terim olsa da, bir Pil Yönetim Sistemi kullanarak karmaşık hesaplamalar ve ölçümler yapmazsak, pilde kalan şarjı gerçekten ölçemeyiz. Ancak basit uygulamalarda, bu yöntemin lüksüne sahip değiliz, bu nedenle deşarj eğrisi 13,8V ile 10,1V arasında neredeyse doğrusal olduğu için Kurşun Asit 12V piller için gerçekten iyi çalışan basit bir Açık Devre Voltajına dayalı Pil Seviyesi Tahmin yöntemini kullanırız., genellikle üst ve alt uç sınırları olarak kabul edilir. Daha önce ayrıca Arduino tabanlı bir pil seviyesi göstergesi ve Çoklu Hücreli Voltaj izleme devresi de inşa etmiştik, ilgileniyorsanız bunları da kontrol edebilirsiniz.

Bu projede, tek bir yonga üzerinde 4 OPAMP tabanlı karşılaştırıcı kullanmamızı sağlayan dörtlü karşılaştırıcı OPAMP tabanlı IC LM324 yardımıyla 12V pil seviyesi göstergesi tasarlayıp oluşturacağız. Pilin voltajını ölçeceğiz ve LM324 IC'yi kullanarak önceden belirlenmiş voltajla karşılaştıracağız ve aldığımız çıkışı görüntülemek için LED'leri çalıştıracağız. Hemen içine atlayalım, olur mu?

Gerekli Bileşenler

• LM324 Dörtlü OPAMP IC
• 4 × LED Işıklar (Kırmızı)
• 1 × 2.5kΩ Direnç
• 5 × 1kΩ Direnç
• 1 × 1.6kΩ Direnç
• 4 × 0.5kΩ Direnç
• 14 Pin IC Tutucu
• PCB Vidalı Terminal
• Perfboard
• Lehimleme Kiti

LM324 Dörtlü OPAMP IC

LM324, ortak bir güç kaynağı tarafından desteklenen dört op-amp ile entegre bir Quad op-amp IC'dir. Diferansiyel giriş voltajı aralığı, güç kaynağı voltajınınkine eşit olabilir. Varsayılan giriş ofset voltajı, 2mV büyüklüğünde çok düşüktür. Çalışma sıcaklığı ortam sıcaklığında 0˚C ile 70˚C arasında değişirken, maksimum bağlantı sıcaklığı 150˚C'ye kadar çıkabilir. Genel olarak, op-amp'ler matematiksel işlemleri gerçekleştirebilir ve Amplifikatör, voltaj izleyici, karşılaştırıcı vb. Gibi çeşitli konfigürasyonlarda kullanılabilir. Bu nedenle, tek bir IC'de dört OPAMP kullanarak devrenin alanından ve karmaşıklığından tasarruf edersiniz. Bu devrede 24V'a kadar pil seviyesi testi için fazlasıyla yeterli olan -3V ila 32V geniş bir voltaj aralığında tek bir güç kaynağı ile çalıştırılabilir.

12V Pil Seviye Göstergesi için Devre Şeması

12V akü göstergesinde kullanılan tam devre aşağıda bulunabilir. Aşağıdaki resimde örnekleme amacıyla 9V pil kullandım, ancak 12V pil olduğunu varsayıyorum.

Grafik devrelerden hoşlanmıyorsanız, şemalar için aşağıdaki resme bakabilirsiniz. Burada Vcc ve Ground, sırasıyla 12V aküye pozitif ve negatif bağlanması gereken terminallerdir.

Şimdi devrenin çalışmasını anlamaya devam edelim. Basitlik adına devreyi 2 farklı bölüme ayırabiliriz.

Referans Gerilimleri Bölümü:

Öncelikle devrede hangi gerilim seviyelerini ölçmek istediğimize karar vermemiz gerekiyor ve buna göre direnç bazlı potansiyel bölücü devrenizi tasarlayabilirsiniz. Bu devrede, D2, 5.1V 5W olarak derecelendirilmiş bir referans Zener Diyotudur, böylece çıkışı 5.1V olarak düzenleyecektir. GND'ye seri olarak bağlı 4 1k Direnç vardır, bu nedenle akü voltajıyla karşılaştırmalar yapmak için kullanacağımız her dirençte yaklaşık 1.25V düşüş olacaktır. Karşılaştırma için referans voltajları yaklaşık 5,1V, 3,75V, 2,5V ve 1,25V'dir.

Ayrıca, akü voltajlarını Zener'e bağlı voltaj bölücü tarafından verilen voltajlarla karşılaştırmak için kullanacağımız başka bir voltaj bölücü devre daha var. Bu voltaj bölücü önemlidir çünkü değerini yapılandırarak, karşılık gelen LED'leri yakmak istediğiniz voltaj noktalarına karar vereceksiniz. Bu devrede, 2.6'lık bir bölme faktörü sağlamak için seri olarak 1.6k Direnç ve 1.0k Direnç seçtik.

Dolayısıyla, Bataryanın üst sınırı 13,8V ise, potansiyel bölücü tarafından verilen karşılık gelen gerilim 13,8 / 2,6 = 5,3V olacaktır, bu da Zener diyodundan gelen ilk referans gerilim tarafından verilen 5,1V'den fazladır, dolayısıyla tüm LED'ler olacaktır. Pilin voltajı 12,5 V ise, yani ne tam şarjlı ne de tam deşarj değilse, bu durumda ilgili voltaj 12,5 / 2,6 = 4,8 V olacaktır, bu da 5,1V'den daha düşük ancak diğer üç referans voltajından daha büyük olduğu anlamına gelir, bu nedenle üç LED yanar ve biri yanmaz. Böylece, bu şekilde, ayrı bir LED'i aydınlatmak için voltaj aralıklarını belirleyebiliriz.

Karşılaştırıcı ve LED Bölümü:

Devrenin bu bölümünde, sadece farklı voltaj seviyeleri için Farklı LED'leri sürüyoruz. IC LM324, OPAMP tabanlı bir karşılaştırıcı olduğundan, belirli bir OPAMP'ın ters çevirmeyen terminali ters çevirme terminalinden daha yüksek bir potansiyelde olduğunda, OPAMP çıkışı, bizim durumumuzda pil voltajı olan yaklaşık VCC voltaj seviyesine çekilecektir.. Burada LED yanmaz çünkü LED'in hem Anot hem de Katotundaki voltajlar eşittir, dolayısıyla akım akmaz. Tersine çeviren terminalin voltajı, ters çevirmeyen terminalin voltajından daha yüksekse, OPAMP'ın çıkışı GND seviyesine çekilecektir, bu nedenle terminalleri arasında potansiyel bir fark olduğu için LED yanacaktır.

Devremizde, her OPAMP'ın ters çevirmeyen terminalini, akü boyunca bağlanan potansiyel bölücü devrenin 1kΩ direncine bağladık ve Ters çevirme terminalleri, Zener boyunca bağlanan potansiyel bölücüden farklı voltaj seviyelerine bağlandı. Bu nedenle, pilin paylaştırılmış voltajı o OPAMP'ın karşılık gelen referans voltajından daha düşük olduğunda, daha önce açıklandığı gibi Çıkış yüksek çekilecek ve LED Yanmayacaktır.

Zorluklar ve İyileştirmeler:

Bu, pilin voltajına yaklaşmanın oldukça kaba ve basit bir yöntemidir ve 5.1 V Zener diyotuna bağlı potansiyel bölücü ile seri olarak ek bir direnç ekleyerek, seçtiğiniz voltaj aralığını okumak için daha da değiştirebilirsiniz. bu şekilde, kurşun-asit pil gibi gerçek dünya uygulamaları için daha küçük bir aralıkta daha fazla voltaj seviyesi tanımlayabilmek için daha küçük bir aralıkta daha fazla doğruluk elde edebilirsiniz.

Ayrıca, farklı voltaj seviyeleri için ve bir çubuk grafik istiyorsanız, farklı renkli LED'leri de arayüzleyebilirsiniz. Basit tutmak için bu devrede sadece tek bir LM324 kullandım, n sayıda Karşılaştırıcı IC kullanabilir ve n dirençli, Zener diyot referans voltajı ile seri olarak, istediğiniz kadar karşılaştırmak için referans voltajına sahip olabilirsiniz. bu, göstergenizin doğruluğunu daha da artıracaktır.

12V Pil Seviyesi Göstergemizi Oluşturma ve Test Etme

Şimdi devreyi tasarlamayı bitirdiğimizde, onu performans tahtasında üretmemiz gerekiyor. İsterseniz, çalıştığını görmek ve devrede görebileceğiniz hataları ayıklamak için önce bir breadboard üzerinde de test edebilirsiniz. Tüm bileşenleri birlikte lehimleme zahmetinden kurtulmak istiyorsanız, kendi PCB'nizi AutoCAD Eagle, EasyEDA veya Proteus ARES veya istediğiniz herhangi bir PCB Tasarım yazılımı üzerinde de tasarlayabilirsiniz.

LM324, -3V ile 32V arasında değişen geniş bir güç kaynağı yelpazesinde çalışabildiğinden, LM324 IC'ye ayrı bir güç kaynağı sağlama konusunda endişelenmenize gerek yoktur, bu nedenle yalnızca bir çift PCB Vidalı Terminal kullandık. doğrudan pil terminallerine bağlanır ve tüm PCB'ye güç sağlar. Bu Devreyi kullanarak Voltaj seviyelerini Min 5.5V'den maksimum 15V'a kadar kontrol edebilirsiniz. Zener boyunca potansiyel bölücüye seri olarak başka bir direnç eklemenizi ve her LED'in voltaj aralığını azaltmanızı şiddetle tavsiye ederim.

LM324, 24V aküye kadar test yapabildiğinden voltaj test aralığını 12V'den 24V'a çıkarmak istiyorsanız, aküye bağlı voltaj bölücünün voltaj bölme faktörünü verilen voltaj seviyeleriyle karşılaştırılabilir hale getirmek için değiştirmeniz yeterlidir. Zener referans devresi ile ve ayrıca LED'lere bağlı Dirençleri ikiye katlayarak LED'leri içlerinden geçen yüksek akım akışına karşı korur.

Bu eğiticinin tam çalışması, aşağıda bağlantısı verilen videoda da bulunabilir. Öğreticiden keyif aldığınızı ve herhangi bir sorunuz varsa faydalı bir şeyler öğrendiğinizi umuyoruz, bunları yorum bölümünde bırakın veya diğer teknik sorular için forumlarımızı kullanabilirsiniz.