Caricatore PWM serie

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Si tratta di un caricabatterie praticamente universale, con uscita dai 5V ai 16V e corrente fino ai 20A (diodo, generatore, mos e carico permettendo) quindi perfetto per batterie a 12V al piombo che ricordiamo vanno da un range di 12V scariche fino ai 13,8V in mantenimento, altrimenti per carica ciclica come le batterie d’automobile o moto dai 12V fino ai 14,4V, sotto i 12V la batteria tende a solfatarsi se lasciata scarica per molto tempo e a danneggiarsi (Questo vale per le batterie al Piombo) volendo è anche utile come alimentatore stabilizzato (aggiungendo un condensatore tra uscita e massa), per limitare la corrente è sufficiente limitarla al generatore magari con una resistenza.

Vediamo come funziona, c’è uno stabilizzatore di tensione integrato in questo caso un classico 78L05 per dare un riferimento di 5V ma nulla vieta di usare zener o altri riferimenti, l’uscita di questo stabilizzatore va all’ingresso – di un operazionale per esempio un lm258 o tl062 o lm224 o simili, al riferimento + invece troviamo una tensione variabile proveniente della batteria ridotta e regolabile tramite un trimmer da 50k, quando questa tensione al + è minore del riferimento fisso imposto al – (cioè la batteria è sotto i 13,8V impostati), l’uscita dell’operazionale si porta a livello basso, il gate del p mos collegato direttamente a questa uscita è quindi anche lui a livello di tensione basso a questo punto un p mos col gate “basso” satura e conduce corrente che passerà per il diodo e poi per la batteria caricandola, la corrente dipende dal generatore compatibilmente con la corrente del diodo scelto cioè se prevedete di far passare 2,5A sceglierete un diodo da 3A(per esempio il 1n5820), con 8A uno da 10A per esempio e così via, come mosfet oltre 1 Ampere è consigliato il IRF4905 oltre 5A è consigliato il Si4459ADY o simili che hanno una Rds-on molto più bassa e quindi più performanti.

Quando succede il contrario cioè la tensione della batteria cresce al punto che il + ha una tensione maggiore di quella al – (cioè la batteria ha raggiunto il limite impostato), l’uscita passa a livello alto e quindi il p mos non è in grado di chiudere in questa condizione e quindi apre il circuito e non passa più corrente e la batteria carica viene “scollegata elettronicamente” dal generatore.

Ipotizzando di voler caricare una batteria al piombo a 12V scarica per una classica carica di mantenimento impostiamo il trimmer finchè non leggiamo con un tester circa 13,8V ai cavi della batteria, magari collegando non la batteria ma un condensatore e una resistenza in parallelo per scaricarlo, giusto per collaudare il circuito, con il tester leggete la tensione ai capi del condensatore, dopodichè una volta certi di aver impostato e misurato correttamente la tensione voluta sul condensatore, scolleghiamo il condensatore e colleghiamo la batteria.

La resistenza da 3M (ma che potrebbe essere anche da 1M) serve per dare una piccola isteresi al circuito cioè in pratica sposta leggermente le soglie di intervento ad ogni ciclo per poter fare avvenire una commutazione “secca” cioè on-off facendo lavorare il dispositivo di potenza sempre in saturazione, con basse perdite, dovute ad una resistenza interna molto bassa, invece nei regolatori lineari viene dissipata la differenza di tensione per la corrente direttamente sul dispositivo di potenza fino alla distruzione di questo in caso di non adeguata dissipazione di calore, se vogliamo questa è una versione di regolatore di carica serie a PWM.

Con tensioni al generatore minori della batteria+0,5V(perdita del diodo) il circuito non carica, e il diodo blocca qualsiasi flusso in uscita dalla batteria per qualsiasi motivo, superati questi Vbatteria+0,5V il circuito comincia a caricare e staccherà quando raggiungerà il limite impostato dei 13,8V sulla batteria appunto ciò significa che il vostro generatore deve avere almeno 14,3V circa per la carica tradizionale di 13,8V altrimenti circa 15V per batterie in carica ciclica, ricordiamo che il generatore può essere qualsiasi cosa: una dinamo, un generatore eolico, un pannello solare, un alimentatore, un’altra batteria con tensione maggiore, insomma qualsiasi cosa in grado di generare tensione e corrente, il circuito è adattabile a qualsiasi valore di tensione compreso tra Vriferimento (5V) e circa 16V (massimo 20V) che è il limite del P mos.

Chi volesse come nei caricabatteria commerciali può dotare il dispositivo di una segnalazione della fase di chiusura del mos con un led alimentato al + appena prima del diodo (tra mos e diodo) e al – mediante una resistenza per limitare corrente e luminosità (per esempio 1k), siccome la potenza sul mos saturo è quasi nulla si ha un mos “freddo”. Inoltre la resistenza da 3M di isteresi può essere abbassata a piacere anche fino a 100k, trovando un compromesso fra numero di commutazione e precisione della tensione voluta, con 100k la regolazione di tensione sarà più grossolana ma meno frequente in quanto la tensione della batteria dovrà scendere sotto una determinata soglia di qualche millivolt prima di essere caricata e superare una soglia maggiore prima di interrompere la carica.

Non conviene invece aumentare eccessivamente la resistenza di isteresi e con essa le soglie in quanto non solo il dispositivo interverrebbe più frequentemente sul filo della tensione impostata ma con resistenze troppo alte l’operazionale un po’ scadente potrebbe interpretarlo come un’assenza di resistenza passando da un pwm ad un quasi lineare con una R-on che non è proprio nulla, anzi si rischia si arrostire il mos, per esperienza bastano anche solo dai 200k ai 500k per una buon compromesso fra precisione e numero delle commutazioni, sopratutto nel caso di un relè al posto del mos, come dispositivo di chiusura, che non durerebbe molto e ronzerebbe parecchio causando anche grosse interferenze elettromagnetiche.

Se usato come alimentatore, è indispensabile l’uso di un condensatore in uscita, meglio più grande possibile.

Ecco una versione speculare con la possibilità di usare un N mos più comune e performante, un saluto e alla prossima.

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