Reduciendo la caída de voltaje en un comparador simple que maneja un MOSFET para evitar una sobrecarga de LiIon

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Me gustaría usar una celda LiIon recuperada de una computadora portátil vieja para encender la luz de mi bicicleta (una bombilla, 2.4W 6V).

Pensé en utilizar un control remoto que controle un MOSFET para evitar una descarga excesiva (MOSFET ENCENDIDO para Vbatt > 3.1V), y también un indicador para indicar cuándo la batería está casi agotada (LED ENCENDIDO para Vbatt < 3.2-3.3V).

Como paso a paso de CC a CC, utilicé una pequeña placa destinada a los cargadores de teléfonos y medí una salida de 4.8 V con la carga conectada. Es mucho más bajo que el nominal de 6V de la bombilla, pero este es un problema menor, ya que puedo intercambiar ese circuito fácilmente por otro.

El circuito es (por supuesto, el LM7805 es un marcador de posición para el tablero elevador y también mi MOSFET es diferente: un BUK556-60A que tenía alrededor):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Mi problema es que el LM358 (o el TL081 que tengo en casa) no es de riel a riel y, al parecer, su salida no puede saturar el MOSFET. Por ejemplo, medí en el tablero los siguientes valores: 3.48V Vbatt, 3.17V umbral para el comparador OA2 (no era 3.1V como escribí anteriormente) y 3.9V en la puerta del MOSFET (y en la salida del opamp) que resulta en una caída a lo largo del MOSFET de 0.8V.

¿Cómo puedo evitar la descarga excesiva de la batería LiIon sin perder casi 1V en el interruptor que tengo que colocar inevitablemente en algún lugar? Un transistor NPN no cambiaría mucho la situación, creo.

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Este circuito técnicamente no impide que se agoten las baterías, pero encenderá el LED cuando la carga es baja y detendrá la bicicleta como cuando la batería está casi vacía, lo que me obliga a cargar las baterías.

No mostré en el circuito el interruptor físico que planeo usar para desconectar las baterías completamente cuando no se necesita luz.

    
pregunta FarO

5 respuestas

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Tal vez esto ayude:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Ajuste la olla hasta que el comparador se agote solo cuando el voltaje de la batería sea lo suficientemente alto.

    
respondido por el Maxthon Chan
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Hay algunas cosas que puedes hacer para mejorar tu circuito.

1) Deshazte del regulador 7805. Debido a que su voltaje de entrada está muy por debajo del voltaje de desconexión del regulador, todo lo que está haciendo es introducir una caída de voltaje en el resto del circuito.

2) Use una referencia de voltaje de baja potencia. Para algo que no es crítico, uso un LED rojo estándar con un voltaje directo nominal de aproximadamente 1.7V. El coeficiente de temperatura de los LED que utilizo es de aproximadamente -1 mV / grado C, pero esto variará dependiendo de quién fabrica sus LED. No obstante, debe ser lo suficientemente preciso para sus propósitos.

Los LED rojos que uso están en un paquete de plástico transparente y son bastante eficientes: producen una luz significativa a una corriente de aproximadamente 0,5 mA. Esto permite que el LED sea tanto la referencia de voltaje como un indicador de encendido (tenue). Elija la resistencia LED para aproximadamente 0,5 mA de corriente y vea qué tan bien funciona para usted.

3) Usa un amplificador operacional de baja corriente. El LM358 que está utilizando no es malo, pero hay amplificadores operacionales CMOS de bajo costo que consumen una décima parte de la corriente que usa el LM358. Dicho esto: si el LM358 es todo lo que tienes, funcionará.

Si está atascado con el LM358, agregue una resistencia de pull-up de aproximadamente 10k desde V + a la salida. Eso debería acercar el swing de salida al riel de la fuente de alimentación de entrada.

4) Este es el paso más importante: usar un FET mejor. Hay una clase de MOSFET llamados "FET de zanja". Estos tienen un umbral de voltaje muy bajo y valores de Rds muy bajos. Van por una variedad de nombres, pero la palabra "Trench" por lo general está en alguna parte.

Por ejemplo, Digikey muestra más de 7700 listas para la frase de búsqueda "Trench FET". El dispositivo de canal N más barato en stock en un paquete de orificio pasante cuesta $ 1.22 en singles y tiene una capacidad de 54A a 40 V máx. Rds On es inferior a 12 mili-ohmios.

    
respondido por el Dwayne Reid
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Este circuito realmente no evitará que se agoten las baterías. Sugiero que una solución involucra 1 PMOS de potencia, un NPN BJT, un Zener y algunas resistencias. Haga que el BJT realice la conducta y tire de la compuerta del MOSFET solo cuando Vbatt > = Vz + Vbe.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El Vz de TL431 puede ser ajustado usando un bote.

    
respondido por el Maxthon Chan
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Puede terminar necesitando una bomba de carga para la puerta, si se va con el NMOS.

    
respondido por el ilkhd
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Utilice un transistor bipolar npn.

Si el problema es que el opamp que se usa como comparador no es de riel a riel y no puede obtener suficiente unidad de compuerta, úsela para impulsar una npn con una resistencia de emisor. Esto le permitirá utilizar la unidad de la puerta en el riel de voltaje menos VCE_SAT.

Si, por el contrario, el problema es que el umbral VGS en el FET es demasiado alto, seleccione un FET diferente con un umbral inferior.

    
respondido por el mblem22

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