Diagrama de circuito del indicador y cargador de batería de automóvil simple

Una batería de automóvil es una batería de plomo ácido típica con aproximadamente 6 celdas, cada una de 2 V, de modo que el voltaje total de la batería es de aproximadamente 12 V. Los valores típicos de las capacidades de la batería oscilan entre 20 AH y 100 AH. Aquí estamos considerando una batería de automóvil con una clasificación de 40 AH, de modo que la corriente de carga requerida sería de alrededor de 4 A. Este artículo tiene como objetivo describir el principio de operación, diseño y funcionamiento de un cargador de batería de automóvil simple alimentado por red eléctrica de CA y una sección de control de retroalimentación para controlar la carga de la batería.

Principio de funcionamiento del circuito del cargador de batería de automóvil:

Este es un circuito simple de cargador de batería de automóvil con indicación. La batería se carga desde una fuente de alimentación de CA de 230 V, 50 Hz. Este voltaje CA se rectifica y filtra para obtener un voltaje CC no regulado que se utiliza para cargar la batería a través de un relé. Este voltaje de la batería es monitoreado constantemente por un circuito de retroalimentación compuesto por un divisor de potencial, un diodo y un transistor. El relé y el circuito de retroalimentación se alimentan mediante un voltaje CC regulado (obtenido mediante un regulador de voltaje). A medida que el voltaje de la batería aumenta más allá del máximo, el circuito de retroalimentación está diseñado de manera que el relé se apaga y cesa la carga de la batería.

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Diagrama del circuito del cargador de batería de automóvil:

Diagrama del circuito del cargador de batería de automóvil
Diagrama del circuito del cargador de batería de automóvil

Diseño del circuito del cargador de batería de automóvil:

Para diseñar el circuito completo, primero diseñamos tres módulos diferentes: la sección de fuente de alimentación, la sección de retroalimentación y la sección de carga.

Pasos de diseño de la fuente de alimentación:

  1. En este caso, la carga deseada es una batería de automóvil con una capacidad nominal de aproximadamente 40 AH. Dado que la corriente de carga de una batería debe ser el 10% de la potencia nominal de la batería, la corriente de carga requerida sería de alrededor de 4 A.
  2. Ahora la corriente secundaria del transformador requerida sería de alrededor de 1,8*4, es decir, aproximadamente 8 A de corriente. Dado que el voltaje de carga requerido es de 12 V, podemos conformarnos con un transformador con clasificación de 12 V/8 A. Ahora el valor RMS requerido del voltaje de CA es de alrededor de 12 V, el voltaje máximo sería de alrededor de 14,4 V, es decir, 15 V.
  3. Dado que aquí estamos usando un puente rectificador, el PIV de cada diodo debe ser más de cuatro veces el voltaje CA máximo, es decir, más de 90 V. Aquí seleccionamos diodos 1N4001 con clasificaciones PIV de aproximadamente 100 V.
  4. Dado que aquí también estamos diseñando una fuente de alimentación regulada, la ondulación máxima permitida sería igual al voltaje máximo del capacitor menos el voltaje de entrada mínimo requerido para el regulador. Aquí estamos utilizando un regulador de voltaje LM7812 para proporcionar un suministro regulado de 5 V al relé y al temporizador 555. Por lo tanto, la ondulación sería de alrededor de 4 V (voltaje máximo de aproximadamente 15 V y voltaje del regulador de entrada de alrededor de 8 V). Por tanto, el valor del condensador del filtro se calcularía en alrededor de 10 mF.

Diseño de sección de carga y retroalimentación:

El diseño de la sección de retroalimentación y carga implica la selección de resistencias para la sección del divisor de voltaje. Dado que el diodo conducirá sólo cuando el voltaje de la batería alcance los 14,4 V, los valores de las resistencias deben ser tales que el voltaje positivo alimentado al diodo sea de al menos 3 V cuando el voltaje de la batería esté alrededor de su máximo.

Teniendo esto en cuenta y con los cálculos necesarios seleccionamos un potenciómetro de 100 Ohms y otras resistencias de 100Ohms y 820 Ohms cada una.

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Operación del circuito del cargador de batería de automóvil:

La operación del circuito comienza una vez que el suministro de energía está disponible. La potencia de CA de 230 V RMS se reduce a un voltaje de 15 V RMS mediante el transformador reductor. Este voltaje CA de bajo voltaje es luego rectificado por el puente rectificador para producir un voltaje CC no regulado con ondulaciones de CA. El condensador de filtro permite que las ondas de CA lo atraviesen, produciendo así un voltaje de CC filtrado y no regulado a través de él. Aquí tienen lugar dos operaciones: – 1. Esta tensión CC no regulada se alimenta directamente a la carga CC (la batería en este caso) a través de un relé. 2. Este voltaje CC no regulado también se alimenta al regulador de voltaje para producir un suministro regulado de 12 V CC.

Aquí el relé es un relé 1C y el punto común está conectado a la posición normalmente cerrada de modo que la corriente fluye a través del relé hasta la batería y se carga. A medida que la corriente pasa a través del LED, comienza a conducir, lo que indica que la batería se está cargando. Una parte de la corriente también fluye a través de las resistencias en serie, de modo que el voltaje de la batería se divide mediante la disposición del divisor de potencial. Inicialmente, la caída de voltaje a través del divisor de potencial no es suficiente para polarizar el diodo. Este voltaje es igual al voltaje de la batería y por lo tanto determina la carga y descarga de la batería. Inicialmente el potenciómetro se ajusta hasta su punto medio. A medida que el voltaje de la batería aumenta gradualmente, llega a un punto en el que el voltaje a través del divisor de potencial es suficiente para polarizar directamente el diodo. A medida que el diodo comienza a conducir, la unión base-emisor del transistor Q2 se satura y el transistor se enciende.

Cuando el colector del transistor está conectado a un extremo de la bobina del relé, esta última se energiza y el punto de contacto común se mueve a la posición normalmente abierta. De este modo, la fuente de alimentación se aísla de la batería y se detiene la carga de la batería. Después de un tiempo, cuando la batería comienza a descargarse y el voltaje en el divisor de potencial vuelve a llegar a una posición tal que el diodo tiene polarización inversa o está apagado, el transistor se ve obligado a cortarse y el temporizador ahora está en posición apagada, de modo que no no hay salida. El punto común del relé regresa a su posición original, es decir, a la posición normalmente cerrada. Nuevamente la batería comienza a cargarse y se repite todo el proceso.

Aplicaciones del circuito de cargador de batería de automóvil:

  1. Este circuito es portátil y se puede utilizar en lugares donde esté disponible el suministro de voltaje de CA.
  2. Se puede utilizar para cargar baterías de automóviles de juguete.

Limitaciones de este Circuito:

  1. Es un circuito teórico y puede requerir algunos cambios prácticos.
  2. La carga y descarga de la batería puede tardar más tiempo.