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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.