センサーから特定の電圧に達したときに電源を切る方法は？

いくつかの1300mAhセル用にシンプルなNi-Cd充電器（基本的には0.1C電流源）を構築しました。これは、セルで特定の電圧に達したときに停止する必要があります。オペアンプを使用してスイッチを設計しようとしましたが、電流源がセルに印加している電圧を、カットオフをトリガーするはずだった電圧に制限するだけです。オペアンプによって駆動されるリレーを使用できることはわかっていますが、実際には使用しません。

それでは、特定の電圧に達したときにどのように電源を遮断できますか？

ここに私があなたにアイデアを与えるためにしたことの概略図があります。

NiCdバッテリーに固定電圧充電終端を使用したくない場合。安全のために電圧の上限を設定する必要はありますが、充電の終了は電圧勾配または温度、あるいはその両方で行われます。

NiCdsは、妥当な電流でほぼ完全に充電されると、電圧「バンプ」を示します。電圧が実際に少し下がる。したがって、電圧微分のゼロ交差を探し、少しの低電流充電を一定時間追加して、バッテリーを充電します。たとえば、3セルNiCdバッテリーパックの完全な放電および充電サイクルは次のとおりです。

バッテリーは、3.4時間で効果的に空になるまで放電されます。約4.2hまでは、セルが「完全な」充電電流を受け取ることができるほど十分に高い電圧になるまで、低い充電電流が使用されます。電圧が上昇し、隆起を示し、その後約6.4時間で再び下降することに注意してください。充電アルゴリズムは、青い線のゼロ交差によってそれを検出し、一定の2時間、低電流のトップオフモードに切り替えます。

非常に低いレート（0.1C）で充電しているため、この一部が適用されない場合があります。充電曲線を測定して、現在の位置を確認することをお勧めします。セルが完全に充電されていることを確認し、電圧と電圧の導関数の両方がどのように見えるかを確認するのに十分な時間実行します。そのような遅い充電レートでは、固定の終了電圧が唯一の選択かもしれませんが、それを決定する前にデータを見ることは良いでしょう。

これを測定および検出する方法は、マイクロコントローラー内にあります。各測定にはノイズが含まれますが、信号が非常に遅いため、多くのローパスフィルタリングを適用できます。信号は非常に遅いため、信号を実現するために必要なインピーダンスが非常に高く、リーク電流によってエラーが発生するため、アナログでの意味のあるフィルタリングは困難です。デジタル値は時間の経過による劣化の影響を受けないので、上のグラフの青い線に対して行ったように、ボルト/時間で勾配を計算するようなことを行うことができます。

あなたの回路はそれがあなたが望むものを正確に行うはずであるように見え
ます、そしてあなたはそれがあなたが意図したものをカットオフ電圧とヒステリシスに関して意図したことをすることをChintalagirlへの応答で言うので
私はあなたがまだ持っていないあなたが望むものを理解できません。

私は最近、この回路に似た回路を使用して、大量生産用の商用回路を実装しました。これは、ダイオードを使用して、ヒステリシスフィードバック下の低レベル電圧をトリップ電圧を変更せずに設定できるようにし、TL431を使用して、より安定した基準電圧を提供します。

V_USBは、確実に5Vであるとは保証されておらず、上下する可能性があり、変動する可能性があるため、適切なリファレンスが必要です。たとえば、R8を2つの部分に分割し、たとえばTL431「プログラマブルツェナー」/シャントレギュレーターを使用して、中間点を約4Vに設定できます。これらはこの役割において安価で効果的です。TLV431を使用すると、1.25Vのアップ基準設定が可能になります。

優れています-U1A pin3をTL431で希望のトリップ電圧に設定できますが、ヒステリシスフィードバックが機能しないため、たとえば、2つの抵抗器を備えたTL * V * 431を使用して、希望のVtripに設定します。
T_431に約1kをV_USBからカソードに供給します。
たとえば10kを介してTLV431をオペアンプの非反転入力に供給します。
直列ダイオードの場合と同様に、100kまたはその他のヒステリシス抵抗を使用します。下記参照。

図のようにR1を使用すると、バッテリーがトリガーポイントに到達する前はR1がR8と並列になり、トリガーポイントに到達した後はR9と並列になるため、高しきい値と低しきい値を希望どおりに設定することが難しくなります。また、オペアンプが完全にハイレールにスイングしない場合、トリップポイントの計算に影響します。より簡単で効果的なのは、ダイオードをR1と直列に配置して、オペアンプの極性が1つだけで導通するようにし、高しきい値または低しきい値のいずれかがR8とR9によってのみ設定されるようにすることです。おそらく、ダイオードのカソードをU1A出力に接続して、しきい値に達したときにダイオードが導通し、U1A出力が低くなったときにしきい値を下げるのがおそらく最善です。そうすれば、R8で目的のトリップポイントを正確に設定できます。R9（これはあなたが最も気にすることです）そしてR1はこれをあなたが計算できる量だけいくらか下げます。ダイオードは、低下したしきい値の計算に若干の複雑さを追加しますが、主な目的は充電を終了することであるため、それほど重要ではありません。

R1が大きすぎると、しきい値が十分に下がらず、充電が取り除かれた後、バッテリー電圧が十分に「低下」して、充電が再開されます。スコープではなくメーターでこれを観察すると、安定したDC電圧が表示されていると思うかもしれませんが、実際には回路が振動しています。（私にどのように知っているか尋ねてください:-)）。

オシロスコープを使用した検査は、発振が発生しやすいため、このような回路では常に非常に優れたアイデアです。

ここでは問題になりませんが、LM358の入力コモンモード範囲はVddより1.5V低いため、ここではVin max〜= 3.5であることに注意してください。

上記の推奨ダイオードを追加したら、U1Aピン3で測定してトリップポイントをテストできます。R8またはR9を調整して、トリップポイントを設定できます。バッテリーの代わりに低リークコンデンサを使用することで、正しい動作を確認できます。これによりVtripが充電され、回路がオフになり、Vcapがターゲット電圧に等しくなるはずです。キャップが漏れている場合、Vcapが下限しきい値を下回ると、時々充電されます。

Q1 / R5は、Vbeリファレンスが非常に不正確であるため、現在の設定を行うには厄介な方法ですが、このアプリケーションでは十分です。D3はおそらくここでは厳密には必要ありませんが、害はありません。D3がないと、トランジスタがオフのときにQ1とQ2がバッテリによって逆バイアスされる可能性がありますが、ここでは問題になりません。

R1ヒステリシスは、特にダイオードが追加された状態で、設定点に達したときにこの回路がライナーモードに落ち着くのを停止しますが、発振をチェックします。通常、ドライブループまたはフィードバックループのどこかにコンデンサを追加すると効果的です。たとえば、ここではU1Aピン3にグラウンドへのキャップがあるかもしれませんが、より良い場所はピン2です。たとえば、バッテリーからピン2への給電は、たとえば10k抵抗を介して行われます。これを正式な回路理論の極/ゼロ命名法で表現するか、または検出されたバッテリー電圧が変化する可能性があるレートの遅延としてそれを見ることができます。

必要に応じて尋ねる...

1つの解決策は、理想的ではないかもしれませんが、コンパレータまたはコンパレータとして構成されたオペアンプを使用することです。負の入力を設定電圧とし、正の入力をPWRBAT +とします。セル電圧がそのしきい値を超えると、以前にフローティングであったコンパレータ出力がグランドに引き下げられます。この出力をR2とR4の接合部に接続すると、トランジスタQ2がオフになり、Q1が無関係になるため、充電が停止します。

コンパレータ入力は高インピーダンスであるため、設定電圧は単純な抵抗分割器を使用して生成できます。

コンパレータは、出力オペアンプが出力抵抗を介して0に低下するのに必要なだけの電流をシンクできる必要があります。これは、ほとんどの一般的なコンパレータではおそらく問題ありません。

この方法には、あまり変更を加えずに、すでに持っている回路を操作できるという利点があります。

ようやくうまくいきました。ラッセル、私はそのダイオードを追加しようとしましたが、それはトリックをしませんでした。そのダイオードを追加するとOAがVccからGNDにスイングするのはなぜでしょうか。しかし、TL431は非常に良い提案でした。そのリレー（150mAを消費する）を追加した後、電源分圧器よりも信頼性の高い電圧リファレンスが必要でした。乾杯！とにかく、私は地元の電気店で非常に小さい密閉12Vリレーを見つけました。それを開くにはブレーキをかけ、5Vで動作するようにコイルを調整する必要がありました。それは地獄だった..私は手でホールコイルを巻き戻してしまった。しかし、それはそれだけの価値がありましたが、今はまさに私がやりたかったことを実行します。

   - initial battery level is somewhere bellow 1.3V
   - USB is plugged in
   - battery is charged at ~150mA until the voltage applied by the current source is 1.49V
   - 1.49V is reached, the relay goes off, and the battery voltage drops to ~1.44V
   - charger won't start again until cell goes bellow 1.38V

これが最終的な回路図です。

助けてくれてありがとう！