РЕДАКТИРОВАТЬ1: См. Ниже для получения дополнительной информации о вашей реализации и текущее путешествие, чтобы положить внутрь или плотно прикреплен к батарейному блоку, чтобы предотвратить пожары или взрывы. Только сейчас увидел, что вы предоставили ссылки.
200 Вт светодиодов ... вы будете ярче, чем костры. В любом случае, будьте осторожны и наслаждайтесь. (о, и часто допускаемая ошибка: убедитесь, что к каждому компоненту в оболочке подключен какой-то очень гибкий провод, нормальный одножильный тестовый провод отсоединится. Может быть доступен провод для наушников, мне это нравится)
Что вы должны сделать, это защитить батареи с помощью платы управления ячейкой или чипа. Многие аккумуляторные батареи более высокого класса, предназначенные для конкретного автомобиля / самолета / вертолета, на самом деле уже имеют их внутри, потому что это очень важно всегда и везде.
У дешевых пакетов eBay / Alibaba их не будет, часто даже если говорят, что они есть.
Затем добавьте любой тип защиты с жестким переключением в 1,5 раза выше предела блока защиты.
То, что делает такая система, является мерой:
- Ток, поступающий при зарядке
- Ток, выходящий при разрядке
- Напряжение ячейки каждой батареи
И иногда, а может, даже часто, они также уравновешивают элементы в конце зарядки.
Вы можете сделать свое собственное отключение по току с помощью Mosfet, резистора с низким значением и операционного усилителя от шины к железной дороге. Или двойной операционный усилитель, если расчеты должны быть немного проще. Просто убедитесь, что вы используете балансировочное зарядное устройство, если хотите использовать его как можно чаще. К сожалению, мне нужно бежать сейчас, иначе я мог бы добавить полную схему в качестве бонуса.
РЕДАКТИРОВАТЬ1, Содержание: Сначала немного поболтать о батареях и преобразователях постоянного тока (переходите к следующему заголовку, если вам это надоедает, но это может оказаться полезным).
Чтобы взглянуть на некоторые вещи в перспективе, вы должны понимать, что заряд батареи составляет всего 4,8 Ач, и часто, если не всегда, это энергосодержание измеряется при относительно низком токе разряда, возможно, в этом случае около 2,4 А. Если вы вытянете в десять раз больше, полезная емкость заметно снизится.
Но давайте будем оптимистичны и скажем, что вы получите ничью 20А и сохраните полезную емкость 4,5Ач. Это будет означать, что это будет длиться только 4,5 Ач / 20 А = 0,225 часов = 13,5 минут. Я не могу сказать, будете ли вы довольны этим, но я просто хотел убедиться, что вы видели цифры. И помните, что 4.5Ah, вероятно, будет довольно оптимистичным.
Что касается преобразователя DC-DC, я был совершенно не в состоянии получить фактические графические данные или данные с ошибками в табличной форме о требованиях или спецификациях входного и выходного диапазонов, поэтому я приму заявленную «минимальную эффективность», хотя у меня нет информации, является ли это при 0,2 В между входом и выходом или минимум 2 В в последнем случае преобразователь может работать хуже, когда батарея начинает разряжаться.
Итак, исходя из кривой средней литий-полимерной батареи, я собираюсь очень грубо обобщить ее до среднего напряжения 7,1 В в течение срока службы батареи, чтобы облегчить вычисления. Для справки: элемент заряжается от 2,5 В до 4,25 В в течение своего цикла зарядки и в обратном направлении по сравнению с разрядом, точные кривые и плотности снова зависят от общего тока, поэтому это быстро становится сложным набором различий, и, поскольку это только информация ", я собираюсь обобщить это" скажем, 7,1 В в среднем при постоянном токе ".
Учитывая все, если DC-DC выдает 20 A при 5 В, это выходная мощность 100 Вт. То, что 100 Вт, при самой низкой указанной эффективности составляет 82% от входной мощности. Таким образом, входная мощность должна быть: 100 Вт * (100/82) = 122 Вт. Имейте в виду, это означает, что 22W придерживается конвертера = Hawtness! Держите его на внешней стороне одежды и в достаточной степени проветривайте. 122 Вт означает: 122 Вт / 7,1 В = 17,2 А. С 4,5 Ач (слегка сниженный, как указано выше), это 4,5 Ач / 17,2 А = 0,262 часа = 15,72 минуты = 15 минут и 43,2 секунды.
Как примечание: Вы можете повысить эффективность в нескольких точках, получив 3S элемент на 11,1 В, чтобы дать батарейному блоку более низкое потребление тока и преобразователю DC-DC больше места для эффективной работы. (Или другой DC / DC с блоком 22,2 В, который действительно снимет вес с потребляемого тока в блоке, но, по-видимому, они не такие доступные, если вы не покупаете 200 одновременно).
Теперь некоторые текущие вычисления Trippy! Ура!
Теперь, если вы хотите быть в безопасности, вы берете ток отключения 25 А на батарейный блок. Это может уже согреть их, даже если они могут потреблять 140 А, поэтому приготовьтесь решить небольшой легкий дискомфорт. На самом деле, если вы сделаете это правильно, вы ожидаете худшего: сбой защиты и взрыва и носить батареи снаружи с двумя или тремя слоями прочной джинсовой ткани между вами и ими, возможно, тонким слоем более мягкой ткани между двумя слои, чтобы распространить давление. Просто предосторожность, не повредит, верно?
Я буду идти по расчетам после принципиальной схемы, используя 25А. Если вы хотите 40А или выше, на свой страх и риск вы можете заменить этот ток на 25А и пройти через вычисления и поиск, чтобы найти новые компоненты. (Или, если вам когда-нибудь понадобится отключение 4А от батареи, это возможно и по тем же инструкциям).
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
Теперь, как будто это не достаточно многословно, есть еще!
OP-AMPS:
Первое: поиск подходящего операционного усилителя. Это немного сложный вопрос, потому что либо у поставщика нет интересного параметра, такого как указание стоимости (заставляющего вас переходить назад и назад между сайтами поставщика), либо нет широкого поиска, заставляющего вас погрузиться в небольшую подпункт. -cathergories. Я немного произвольно выбрал Texas Instruments. С помощью стратегии «Кликни на самый большой номер, пока не доберешься до поиска по параметрам». Как я уже сказал, эти люди должны еще немного узнать о поиске.
Итак, я вышел здесь: TI OpAmp предварительно настроен Parametric
Я вставил:
- Общее напряжение питания не менее 4,5 В (очень низкий заряд батареи)
- Суммарное напряжение питания max> = 10 В (пиковые скачки зарядки, допускается на несколько вольт выше Vmax батареи
- GBW (МГц)> = 0,152 (Gain BandWidth - это, если немного упростить, точка, в которой усилитель прекращает усиление, 152 кГц по-прежнему допускает реакцию ниже 1 мс, 1 мс должно быть в порядке, поэтому нам не требуется много МГц GBW.
- Iq (perChannel) <= 0,45 мА (это ток питания на ампер. 1 / 10000th емкости батареи, вероятно, будет значительно ниже саморазряда батареи, поэтому это максимальное значение должно быть в порядке.
- Vos <= 3 мВ (Это довольно консервативный / ограничительный характер, но он дает много результатов. Чем ниже, тем лучше, но 3 мВ уже достаточно приличный. Vos, для упрощения, напряжение, ниже которого усилитель может не «заметить» разница входного напряжения. Я выбрал цель срабатывания 125 мВ, так что 3 мВ будет 2% -ным%. См. выбор резистора для получения дополнительной информации.)
Затем я отсортировал его по стоимости за единицу (сначала самый низкий) и прокручивал вниз, пока не нашел двухканальную модель «железная дорога к железной дороге». Рельс к шине означает, что выходы и / или входы могут идти до напряжения питания. Нормальные операционные усилители не всегда позволяют полностью продвигаться к любому напряжению питания с надежной выходной характеристикой. Rail to rail значительно экономит на тестировании, пробовании и чтении, всего за 1 доллар. Я говорю: стоит этого приложения! Тем более, что вы хотите как можно сильнее толкнуть ворота мосфета (подробнее об этом далее).
Итак, я пришел к TLC2262 со смещением 1 мВ, низким входным током смещения, полосой приличного усиления и т. Д. И в техническом описании (всегда проверяйте это!) Ясно сказано, что «синфазное входное напряжение» включает в себя отрицательную шину. Это означает, что операционный усилитель позволит нам измерять очень и очень низкие напряжения на резисторе.
РЕЗИСТОР R1:
Далее идет измерительный резистор R1. Я выбрал выходное напряжение 125 мВ. Чем ниже вы идете, тем меньше энергии вы тратите. Но если вы пойдете слишком низко, вы получите безумные значения резисторов. Я думаю, что, возможно, 5 мОм уже очень мало для дизайна «своими руками», но, скорее всего, некоторые будут иметь место с надежными соединениями. Что вам понадобится, так это резистор, который каким-то образом соединит путь тока с двумя главными контактами и соединит ваши измерения в двух точках, где начинается резистор. Потому что провода резистора быстро искажают ваши измерения. Представьте себе силовой резистор вот так:
смоделировать эту схему
Если вы измеряете на концах проводов, вы измеряете более 9 мОм, где вы ожидаете 5 мОм, это почти вдвое! Таким образом, вы подключаете операционный усилитель как можно ближе к действующему резистору, с минимальным токопроводящим проводом между ним.
Теперь мы выбрали 5 мОм. При пиковом токе 25 А мы можем рассчитать рассеиваемую мощность резистора следующим образом: P = I ^ 2 * R = 25 А * 25 А * 0,005 Ом = 3,125 Вт. Схема показывает 5W для уверенности.
В следующих расчетах я предполагаю, что вы можете получить надежные соединения. Если нет, вы можете провести тестирование с помощью сильноточного лабораторного источника питания (например, 10 А) и приличного мультиметра, чтобы увидеть, какое будет напряжение на 25 А (в 2,5 раза больше, чем при 10 А).
Таким образом, при R = 0,005 Ом (5 мОм) мы можем рассчитать падение напряжения следующим образом: V = I * R = 25 А * 0,005 Ом = 0,125 В = 125 мВ. Мы назовем это V (r1) позже.
ДИОД
Тогда нам нужно посмотреть на D1. Если мы оцениваем напряжение на D1 примерно равным 0,5 В, мы можем рассчитать ток через него, используя расчетное среднее напряжение батареи 7,1 В и резистор R4 120 кОм: V (r4) = Vbat - Vdiode = 7,1 - 0,5 = 6.6V. Ирод = I (r4) = 6,6 В / 120 кОм = 55 мкА. (приятно и низко). Теперь, чтобы правильно завершить вычисления, нам нужно взглянуть на таблицу данных 1N4148. 1N4148 от Vishay - это дешево, легко получить и очень подходит для этой цели, поэтому мы смотрим на: 1N4148
На странице 2, на рисунке 2, мы можем видеть, что прямое напряжение (Vdiode) для прямого тока. К сожалению, график идет только до 100 мкА, но так как диод хорошо и плавно реагирует в нижней области, приближаясь к некоторой асимптоте при 0,00001 мкА, мы можем экстраполировать примерно Vf (диод) = 0,45 В при 55 мкА. Кажется, мы были около 50 мВ. Мы можем продолжать его, но резистор довольно большой, так же как и напряжение на нем, так что в итоге мы будем «достаточно близки» для окна отключения от 24 А до 27 А, так сказать. На рисунке 1 мы можем видеть, что Vf (диод) уменьшается с более высокой температурой, поэтому, если батареи нагреваются, текущий монитор выключится раньше, звучит как хорошая функция.
OP-AMP Функция и математика
Теперь в качестве компаратора используется операционный усилитель OA1-B (вторая часть двойного операционного усилителя TLC). Там нет обратной связи от выхода на входы. Это означает, что если отрицательный (-) вход поднимется выше положительного (+) входа, усилитель установит низкий уровень на выходе. Когда + выше, усилитель будет качаться высоко. Таким образом, если напряжение, поступающее от OA1-A, несколько выше (подключено к входу -), чем напряжение на диоде 0,45 В (подключено к входу +), операционный усилитель отключит МОП-транзистор.
Пока игнорируем R8, R9, LED1 и Q1, на данный момент они не имеют достаточно значительного эффекта вообще.
Вот немного магии OpAmp для OA1-A. Операционный усилитель в своем простейшем определении (которое мы можем разумно допустить в данном конкретном случае OA1-A) пытается получить свой отрицательный (-) вход, чтобы получить то же напряжение, что и его положительный (+) вход, настраивая выход.
Таким образом, если активируется текущее отключение, напряжение резистора, V (r1), составляет 125 мВ, как мы рассчитывали перед использованием значения резистора и тока отключения. Предполагая, что эта точка, вход OpAmp + будет на 125 мВ выше, чем отрицательный вывод батареи. Теперь OpAmp пытается получить V- до того же напряжения. Предполагая, что это достигнет этого, напряжение на R2 также составляет 125 мВ. Теперь операционный усилитель не может подавать какой-либо значительный ток на свои входы или на его входы, поэтому ток должен поступать с выхода операционного усилителя через резистор обратной связи R3. Таким образом, ток через R2 и R3 (примерно) одинаков.
R2 и R3 (как продолжение OP-Amp Math)
Ток через R2 и R3:
I (r3) = I (r2) = V (r2) / R2 = V (r1) / R2 = 125 мВ / 7,5 кОм = 16,7 мкА. (V (r2) можно заменить на V (r1) из-за желания операционного усилителя получить свой - и + вход для того же напряжения).
Теперь мы хотим, чтобы выходной сигнал стал таким же, как напряжение на диоде в точной точке срабатывания, чтобы чуть-чуть больше отключить MOSFET. Итак, напряжение на R3 должно быть:
V (r3) = Vf (диод) - V (r2) = Vf (диод) - V (r1) = 0,45 В - 0,125 В = 0,325 В (опять же замена из-за поведения обратной связи операционного усилителя).
Что дает: R3 = V (r3) / I (r3) = 0,325 В / 16,7 мкА = 19,5 кОм.
Таким образом, отношение между R3 и R2 является R3 / R2 = 2,6
поэтому в приведенной выше схеме мы можем заменить данные значения любыми стандартными / обнаружимыми значениями, которые находятся на расстоянии 2,6, потому что это сохранит тот же баланс. Но старайтесь поддерживать R2 в диапазоне от 1 кОм до 10 кОм, чтобы вы оставались в зоне слабой утечки, но приемлемого сигнала (от 10 до 150 мкА). 1,5 кОм и 3,9 кОм будут в качестве опции, или 2,0 кОм и 5,2 кОм, или, возможно, 10 кОм и 26 кОм.
ПОЧЕМУ R5?
220 Ом R5 - это всего лишь предосторожность. Это позволяет избежать быстрой попытки ОАМ подавать большой ток в затвор, защищая как любой ОАМ, который вы используете, так и МОП-транзистор.
МОП-транзистор
МОП-транзистор: Это снова немного сложно. Он основан на многолетнем опыте разработки мощного MOSFET. 10–15 лет назад я мог бы сказать: «Взгляните на биполярные транзисторы, потому что они, вероятно, лучше подойдут», но в наши дни, для стабильной сильноточной проводимости: МОП-транзистор!
Теперь, что вы хотите в первую очередь: Низкое сопротивление (R (ds) -on) в ваших рабочих условиях. Чем выше сопротивление, тем больше энергии вы выбросите в MOSFET. Выбрасывать власть = не выгодно. Таким образом, если вы можете получить 0 в своем бюджете, получить 0. Конечно, получить 0 невозможно, и в вашем бюджете сжатие может подтолкнуть вас до 3 мОм R (ds) в оптимальном режиме или от 10 мОм до 20 мОм R ( ds) с максимальным достижимым напряжением на затворе около 7 В. Чем выше напряжение затвора (до предела: каждый лист данных скажет вам, при каком напряжении затвора он будет превышать «V (gs) Max»), тем лучше. Таким образом, с батареей 3S вместо батареи 2S вы также получите лучшую проводимость MOSFET.
Затем вы хотите убедиться, что он действительно может проводить токи, которые вы хотите пропустить через него, и что у вас есть пакет, который вы чувствуете себя комфортно с охлаждением в случае необходимости. В этот момент я выбрал International Rectifier, потому что я никогда не покупал IR MOSFET, и мне стало грустно, когда я начал его использовать. По моим ощущениям, они действительно отражают спецификации и графики, которые они предоставляют, так что это хорошее качество, если вы хотите провести через что-то большие токи.
Итак, я пошел сюда: Международный выпрямитель "StrongIRFET" стол
Теперь у IR есть другие серии, и другая серия вполне может дать вам более доступные варианты, чем я, но я оставлю вам некоторые исследования (на данный момент у меня 3 часа) :-). Мне понравились мои шансы с именем «StrongIRFET», и результаты не разочаровали.
Итак, я отсортировал по R (ds) On, потому что вам нужно что-то выбрать, и в этом случае это так же хорошо, как и любое другое.
Затем я прокрутил страницу вниз, чтобы найти хороший пакет, с 20-летним опытом работы с fiddlin мои глаза почти сразу фильтруют имена пакетов на «Это SMD», «Это сквозное отверстие» и «Это чепуха» (и многие подкатегории) , Но, чтобы сделать небольшой, грубый, гид, если там написано "TO2 **?", Где * это числа и? либо отсутствует, либо буква, очень вероятно, что это будет сквозная упаковка с хорошим резьбовым отверстием для крепления ее к металлическому предмету, чтобы избавиться от тепла. Это для людей, начинающих с MOSFETS, вероятно, ваш лучший выбор. Выберите один из них, проверьте таблицу данных, проверьте цену на mouser, проверьте, достиг ли вы баланса счастья между $$$ и HAWT-HAWT-HAWT. Как? Легко! ...- иш.
Пример MOSFET: IRFP7430 . В листе данных (<- click ) на странице 2 говорится что-то совершенно потрясающее. Вторая таблица (для 25 градусов C), третья строка, R (ds) On составляет 1,2 мОм с Id = 50A и Vgs = 6V. Это звучит достижимо! Но в дизайне электроники вы вынуждены идти в пессимизм, поэтому мы смотрим на графики. Графики наши друзья.
На стр. 4 сравните рис. 3 и рис. 4. Если он более горячий, он отображает диаграммы переворачивания! Ну, там происходит кое-что, что я не буду вдаваться в подробности, но, в принципе, если мы будем использовать график для 25 градусов C, это, вероятно, хорошо.
Так. Мы предполагаем, что самое низкое напряжение батареи составляет 5 В, поэтому значение V (gs) будет около отметки 4,8 В. По сути, пессимизм снова заставляет нас использовать кривую 4,8 В (одна снизу вверх). Затем на рис. 3 показано, что при 20А, в худшем случае, мы будем «понижать» 0,25В. Это много! Но помните, что в этом случае батарея уже почти разряжена, так что в любом случае она не будет длинной.
Расчет потерянной мощности: P = I * V = 20 A * 0,25 В = 5 Вт. Таким образом, вам понадобится радиатор или другой кусок металла, чтобы избавиться от тепла.
Теперь, во время «средней работы», при 7.1 В, V (gs), вероятно, достигнет около 6.8 В. Поскольку 6,0 В и 7,0 В не так уж далеко друг от друга на графике, мы оценим примерно половину между ними. Проблема. Ток в зависимости от напряжения выходит за пределы нашего верхнего предела 25А.
Но мы можем сделать оценку, что при логарифмическом масштабе обеих осей и слегка сублинейном поведении при 25 А падение напряжения будет около 55 мВ. Я делаю это, используя линейку и чуть-чуть интерполяции между человеческим мозгом (художники называют это воображением, но я думаю, что это звучит беспорядочно). Таким образом, в его рабочей области среднего тока отключения он будет рассеиваться: P = V * I = 0,055 В * 25 А = 1,38 Вт. Это лучше, чем крошечный резистор Венси, который мы выбрали. Потрясающие!
Итак, теперь к mouser (просто указание): IRFP7430PBF
Тьфу! $ 6,86? Может быть приемлемым, но все же, СЛЕДУЮЩИМ! (кстати, сначала вы можете сделать mouser, если у вас ограниченный бюджет, вы сохраняете много графиков, но для достойного примера я решил сделать это неправильно).
Следующий MOSFET: irfp7537
Выглядит красиво и нахально. Мы учились на своей ошибке, прежде всего.
Mouser: IRFP7537PBF
Хм, 3,22 доллара. Намного лучше.
Теперь графики, нажмите на ссылку выше для таблицы (после «Следующий MOSFET»). Сравнивая рисунок 1 этого с рисунком 1 предыдущего, уже понятно, почему это половина стоимости. Это двойное сопротивление! Но все же, несколько быстрых вычислений с использованием ранее отображенных методов:
Сверхнизкая батарея, V (gs) = 4,8 В, по оценкам на полпути между линией 4,5 В и 5,0 В, наихудший случай при 20 А: V (дс) = 0,25 В. Хей! Одни и те же! Таким образом, эти MOSFET имеют некоторые общие черты. Итак, еще раз, добавьте металл.
Средняя батарея: V (gs) = 6,8 В, график где-то между 6,0 В и 7,0 В. На этот раз фронт составляет 30 А с 0,1 В, поэтому 25 А, вероятно, составляет около 0,08 В вместо 0,055 В. Таким образом, при этом среднее рассеивание тока отключения: P = 0,08 В * 25 А = 2 Вт. Все еще меньше, чем резистор!
Таким образом, в действительности вы также можете выбрать второй, потому что преобразователь постоянного тока, провода, внутренний резистор аккумулятора и измерительный резистор, все вместе взятые, по-прежнему тратят гораздо больше энергии, чем ваш MOSFET.
R6, R7, R8, R9, Q1, SW1
Теперь есть одна проблема, которую нужно исправить: после отключения тока MOSFET выключается, это хорошо. Но тогда тока больше нет. Таким образом, операционный усилитель OA1-A снова переходит в режим «без измерения тока». Это будет означать, что операционный усилитель OA1-B снова включит MOSFET. Но очень быстро В промежутке долей миллисекунды. Таким образом, он начал бы колебаться и эффективно ограничивать ток непрерывно, но быстро увеличивал нагрев в MOSFET.
Чтобы решить эту проблему, Q1 и некоторые резисторы добавляются как «память». Если операционный усилитель OA1-B понижается, чтобы выключить MOSFET, включается транзистор Q1. Затем Q1 подает ток на отрицательный вывод операционного усилителя OA1-B и на светодиод через R9. R8 следит за тем, чтобы операционный усилитель OA1-A не беспокоился об этом (поскольку OA1-A хочет, чтобы его выходной сигнал был равен 0 В).
Эта ситуация означает, что операционный усилитель OA1-B продолжает видеть намного более высокое напряжение на своем входе, чем на входе +, поддерживая низкий уровень на выходе и отключая MOSFET. Кроме того, светодиод загорается, чтобы уведомить вас: «Я вызвал перегрузку по току!». (Используйте слаботочный светодиод или светодиод высокой яркости, хотя я выбрал небольшой ток).
Теперь, если вы нажмете SW1, вы жестко подключите базу Q1 к батарее +, тем самым отключив транзистор и вернув схему в ее нормальное состояние. Если перегрузка по-прежнему сохраняется, в этом случае нажатие переключателя вызовет колебания, описанные ранее. Так что это хорошая идея - не держать кнопку нажатой очень долго, на всякий случай.
ПРИМЕЧАНИЕ 1. Система может войти в Q1 при первом подключении батареи, быстрое нажатие кнопки должно исправить это.
ПРИМЕЧАНИЕ 2. В идеальных условиях вы также можете заряжать аккумулятор через MOSFET, но чтобы избежать странного поведения в операционных усилителях, лучше заряжать аккумулятор напрямую, без этой схемы переключения между ними.
НЕТ РЕЗЮМЕ ...... Я Утомлен СЕЙЧАС! Снова 6:10.
Я планировал подвести итог всех формул, но, поскольку сейчас я занимаюсь этим постом более 5 часов, думаю, я оставлю это читателю.