Indicateur de niveau de batterie simple utilisant op

Dans le monde moderne, nous utilisons des batteries dans presque tous les gadgets électroniques, de votre téléphone portable, thermomètre numérique, smartwatch aux véhicules électriques, avions, satellites et même robots robotiques utilisés sur Mars dont la batterie a duré environ 700 sols (jours martiens). Il est prudent de dire que sans l'invention de ces dispositifs de stockage électrochimiques aka Batteries, le monde tel que nous le connaissons n'existerait pas. Il existe de nombreux types de batteries comme les batteries au plomb, au Ni-Cd, au lithium-ion, etc. Avec l'avènement de la technologie, nous voyons de nouvelles batteries inventées comme les batteries Li-air, les batteries au lithium à semi-conducteurs, etc. capacité de stockage d'énergie et plage de températures de fonctionnement élevée. Nous avons déjà discuté plus en détail des batteries et de leur fonctionnement dans nos articles précédents. Dans cet article, nous allons apprendre à concevoir un simple Indicateur de niveau de charge de la batterie 12 V utilisant Op-Amp.

Bien que le niveau de batterie soit un terme ambigu, car nous ne pouvons pas vraiment mesurer la charge restante dans la batterie à moins d'utiliser des calculs et des mesures complexes à l'aide d'un système de gestion de batterie. Mais dans les applications simples, nous n'avons pas le luxe de cette méthode, nous utilisons donc généralement une méthode simple d'estimation du niveau de batterie basée sur la tension en circuit ouvert qui fonctionne très bien pour les batteries au plomb 12V car leur courbe de décharge est presque linéaire de 13.8V à 10.1V, qui sont généralement considérées comme ses limites extrêmes supérieures et inférieures. Auparavant, nous avons également construit un indicateur de niveau de batterie basé sur Arduino et un circuit de surveillance de tension à plusieurs cellules, vous pouvez également les vérifier si vous êtes intéressé.

Dans ce projet, nous allons concevoir et construire un indicateur de niveau de batterie 12 V à l'aide d'un comparateur quad OPAMP IC LM324 qui nous permet d'utiliser 4 comparateurs OPAMP sur une seule puce. Nous mesurerons la tension de la batterie et la comparerons à la tension prédéfinie à l'aide du LM324 IC et piloterons les LED pour afficher la sortie que nous obtenons. Laissez-nous sauter dedans, le ferons-nous?

Composants requis

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × lumières LED (rouge)
• 1 × résistance de 2,5 kΩ
• Résistance 5 × 1 kΩ
• 1 × résistance 1,6 kΩ
• Résistance 4 × 0,5 kΩ
• Support IC à 14 broches
• Borne à vis PCB
• Perfboard
• Kit de soudure

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 est un IC Quad op-amp intégré avec quatre amplificateurs opérationnels alimentés par une alimentation commune. La plage de tension d'entrée différentielle peut être égale à celle de la tension d'alimentation. La tension de décalage d'entrée par défaut est très faible et est de magnitude 2 mV. La température de fonctionnement varie de 0 ° C à 70 ° C à température ambiante tandis que la température de jonction maximale peut aller jusqu'à 150 ° C. Généralement, les amplificateurs opérationnels peuvent effectuer des opérations mathématiques et peuvent être utilisés dans diverses configurations telles que l'amplificateur, le suiveur de tension, le comparateur, etc. Ainsi, en utilisant quatre OPAMP dans un seul circuit intégré, vous économiserez de l'espace et de la complexité du circuit. Il peut être alimenté par une seule alimentation sur une large plage de tension de -3V à 32V, ce qui est plus que suffisant pour un test de niveau de batterie jusqu'à 24V sur ce circuit.

Schéma de circuit pour indicateur de niveau de batterie 12 V

Le circuit complet utilisé dans l' indicateur de batterie 12 V se trouve ci-dessous. J'ai utilisé une batterie 9V à des fins d'illustration dans l'image ci-dessous, mais je la suppose comme une batterie 12V.

Si vous n'aimez pas les circuits graphiques, vous pouvez consulter l'image ci-dessous pour les schémas. Ici, Vcc et Ground sont les bornes qui doivent être connectées respectivement à la batterie 12V positive et négative.

Maintenant, passons à la compréhension du fonctionnement du circuit. Par souci de simplicité, nous pouvons diviser le circuit en 2 parties différentes.

Section des tensions de référence:

Tout d'abord, nous devons décider quels niveaux de tension nous voulons mesurer dans le circuit et vous pouvez concevoir votre circuit diviseur de potentiel basé sur une résistance en conséquence. Dans ce circuit, D2 est une diode Zener de référence qui est évaluée à 5,1 V 5 W, de sorte qu'elle régulera la sortie à 5,1 V. Il y a 4 résistances 1k connectées en série au GND, donc une chute d'environ 1,25 V sera présente sur chaque résistance que nous utiliserons pour faire des comparaisons avec la tension de la batterie. Les tensions de référence pour la comparaison sont d'environ 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V et 1,25 V.

En outre, il existe un autre circuit diviseur de tension que nous utiliserons pour comparer les tensions de la batterie aux tensions données par le diviseur de tension connecté à Zener. Ce diviseur de tension est important car en configurant sa valeur, vous déciderez des points de tension au-delà desquels vous souhaitez allumer les LED correspondantes. Dans ce circuit, nous avons choisi une résistance de 1,6 k et une résistance de 1,0 k en série pour fournir un facteur de division de 2,6.

Donc, si la limite supérieure de la batterie est de 13,8 V, la tension correspondante donnée par le diviseur de potentiel sera de 13,8 / 2,6 = 5,3 V, ce qui est supérieur à 5,1 V donné par la première tension de référence de la diode Zener, donc toutes les LED seront allumé si la tension de la batterie est de 12,5 V, c'est-à-dire ni complètement chargée ni complètement déchargée, alors la tension correspondante sera de 12,5 / 2,6 = 4,8 V, ce qui signifie qu'elle est inférieure à 5,1 V mais supérieure aux trois autres tensions de référence, donc trois LED s'allume et on ne le fera pas. Ainsi, de cette manière, nous pouvons déterminer les plages de tension pour allumer une LED individuelle.

Comparateur et section LED:

Dans cette partie du circuit, nous pilotons simplement les différentes LED pour différents niveaux de tension. Puisque IC LM324 est un comparateur basé sur OPAMP, donc chaque fois que la borne non inverseuse d'un OPAMP particulier est à un potentiel plus élevé que la borne inverseuse, la sortie OPAMP sera élevée au niveau de tension approximativement VCC qui est la tension de la batterie dans notre cas. Ici, la LED ne s'allume pas car les tensions à la fois à l'anode et à la cathode de la LED sont égales, donc aucun courant ne circule. Si la tension de la borne inverseuse est supérieure à celle de la borne non inverseuse, alors la sortie de l'OPAMP sera abaissée au niveau GND, la LED s'allumera donc parce qu'elle a une différence de potentiel entre ses bornes.

Dans notre circuit, nous avons connecté la borne non inverseuse de chaque OPAMP à la résistance 1kΩ du circuit diviseur de potentiel connecté à travers la batterie, et les bornes inverseuses sont connectées aux différents niveaux de tension du diviseur de potentiel connecté à travers le Zener. Ainsi, chaque fois que la tension répartie de la batterie est inférieure à la tension de référence correspondante de cet OPAMP, la sortie sera tirée vers le haut et la LED ne s'allumera pas comme expliqué précédemment.

Défis et améliorations:

C'est une méthode plutôt grossière et basique d'approximation de la tension de la batterie et vous pouvez la modifier davantage pour lire une plage de tension de votre choix en ajoutant une résistance supplémentaire en série avec le diviseur de potentiel connecté à travers la diode Zener 5.1V, de cette façon, vous pouvez obtenir plus de précision sur une plage plus petite afin que vous puissiez identifier plus de niveaux de tension sur une plage plus petite pour des applications du monde réel comme pour une batterie au plomb-acide.

Vous pouvez également interfacer différentes LED de couleur pour différents niveaux de tension et si vous voulez un graphique à barres. Je n'ai utilisé qu'un seul LM324 dans ce circuit pour rester simple, vous pouvez utiliser n nombre de circuits intégrés de comparaison et avec n résistances, en série avec la diode Zener de tension de référence, vous pouvez avoir autant de tensions de référence à comparer que vous le souhaitez ce qui augmentera encore la précision de votre indicateur.

Construction et test de notre indicateur de niveau de batterie 12V

Maintenant que nous avons fini de concevoir le circuit, nous devons le fabriquer sur la carte de performance. Si vous le souhaitez, vous pouvez également le tester sur une maquette pour voir son fonctionnement et déboguer les erreurs que vous pourriez voir dans le circuit. Si vous souhaitez éviter de souder tous les composants ensemble, vous pouvez également concevoir votre propre PCB sur AutoCAD Eagle, EasyEDA ou Proteus ARES ou tout autre logiciel de conception de PCB de votre choix.

Comme le LM324 peut fonctionner sur une large gamme d'alimentation allant de -3V à 32V, vous n'avez pas à vous soucier de fournir une alimentation séparée au LM324 IC, nous n'avons donc utilisé qu'une seule paire de bornes à vis PCB qui seront directement connecté aux bornes de la batterie et alimenter l'ensemble du PCB. Vous pouvez vérifier les niveaux de tension de 5,5 V minimum à 15 V maximum en utilisant ce circuit. Je vous recommande fortement d'ajouter une autre résistance en série dans le diviseur de potentiel à travers le Zener et de diminuer la plage de tension de chaque LED.

Si vous souhaitez augmenter la plage de test de tension de 12 V à 24 V car le LM324 est capable de tester une batterie jusqu'à 24 V, il vous suffit de changer le facteur de division de tension du diviseur de tension connecté à travers la batterie pour les rendre comparables aux niveaux de tension donnés par le circuit de référence Zener et également, doubler les résistances connectées aux LED pour le protéger contre le courant élevé qui les traverse.

Le fonctionnement complet de ce tutoriel peut également être trouvé dans la vidéo ci-dessous. J'espère que vous avez apprécié le tutoriel et appris quelque chose d'utile si vous avez des questions, laissez-les dans la section des commentaires ou vous pouvez utiliser nos forums pour d'autres questions techniques.