Indikator level baterai sederhana menggunakan op

Di dunia modern, kami menggunakan baterai di hampir setiap gadget elektronik mulai dari ponsel genggam, termometer digital, jam tangan pintar hingga Kendaraan Listrik, pesawat terbang, satelit, dan bahkan Rover Robot yang digunakan di Mars yang baterainya bertahan sekitar 700 sol (hari Mars). Aman untuk mengatakan tanpa penemuan perangkat penyimpanan elektrokimia alias Baterai ini, dunia seperti yang kita ketahui tidak akan ada. Ada berbagai jenis baterai seperti Timbal-Asam, Ni-Cd, Lithium-Ion, dll. Dengan kemajuan teknologi, kita melihat baterai baru ditemukan seperti Baterai Li-air, baterai Lithium Solid State, dll. kapasitas penyimpanan energi dan kisaran suhu pengoperasian yang tinggi. Kami telah membahas lebih lanjut tentang baterai dan cara kerjanya di artikel kami sebelumnya. Pada artikel kali ini, kita akan belajar bagaimana mendesain yang sederhana Indikator level pengisian daya baterai 12V menggunakan Op-Amp.

Meskipun level Baterai adalah istilah yang ambigu karena kami tidak dapat benar-benar mengukur muatan yang tersisa di baterai kecuali kami menggunakan perhitungan dan pengukuran yang rumit menggunakan Sistem Manajemen Baterai. Namun dalam aplikasi sederhana, kami tidak memiliki kemewahan metode ini sehingga kami biasanya menggunakan metode Estimasi Level Baterai berbasis Tegangan Sirkuit Terbuka sederhana yang bekerja sangat baik untuk baterai Lead Acid 12V karena kurva pelepasannya hampir linier dari 13,8V ke 10,1V, yang biasanya dianggap sebagai batas ekstrim atas dan bawah. Sebelumnya kami juga telah membangun indikator level baterai berbasis Arduino dan rangkaian pemantauan Tegangan Sel Ganda, Anda juga dapat memeriksanya jika Anda tertarik.

Dalam proyek ini, kami akan merancang dan membangun indikator level baterai 12V dengan bantuan komparator quad IC berbasis OPAMP LM324 yang memungkinkan kami menggunakan 4 komparator berbasis OPAMP pada satu chip. Kami akan mengukur voltase baterai dan membandingkannya dengan voltase yang telah ditentukan sebelumnya menggunakan IC LM324 dan menggerakkan LED untuk menampilkan output yang kami dapatkan. Mari kita langsung ke dalamnya, Boleh?

Komponen Diperlukan

• IC OPAMP Quad LM324
• 4 × Lampu LED (Merah)
• 1 × 2.5kΩ Resistor
• 5 × 1kΩ Resistor
• 1 × 1.6kΩ Resistor
• Resistor 4 × 0,5kΩ
• 14 Pin IC Holder
• Terminal Sekrup PCB
• Perfboard
• Kit Solder

IC OPAMP Quad LM324

LM324 adalah IC Quad op-amp yang terintegrasi dengan empat op-amp yang ditenagai oleh catu daya bersama. Kisaran tegangan input diferensial bisa sama dengan tegangan catu daya. Tegangan offset input default sangat rendah yaitu sebesar 2mV. Temperatur operasi berkisar dari 0˚C hingga 70˚C pada ambien sedangkan suhu persimpangan maksimum dapat mencapai 150˚C. Secara umum, op-amp dapat melakukan operasi matematika dan dapat digunakan dalam berbagai konfigurasi seperti Amplifier, pengikut tegangan, komparator, dll. Jadi, dengan menggunakan empat OPAMP dalam satu IC, Anda akan menghemat ruang dan kompleksitas rangkaian. Ini dapat didukung oleh catu daya tunggal pada rentang tegangan yang lebar -3V hingga 32V yang lebih dari cukup untuk pengujian level baterai hingga 24V di sirkuit ini.

Diagram Sirkuit untuk Indikator Level Baterai 12V

Rangkaian lengkap yang digunakan dalam indikator baterai 12V dapat ditemukan di bawah. Saya telah menggunakan baterai 9V untuk tujuan ilustrasi pada gambar di bawah, tetapi menganggapnya sebagai baterai 12V.

Jika Anda tidak menyukai rangkaian grafis, Anda dapat memeriksa gambar di bawah ini untuk skema. Di sini Vcc dan Ground adalah terminal yang harus dihubungkan ke baterai 12V positif dan negatif masing-masing.

Sekarang, mari kita lanjutkan dengan memahami cara kerja rangkaian. Demi kesederhanaan, kita dapat membagi rangkaian menjadi 2 bagian yang berbeda.

Bagian Tegangan Referensi:

Pertama, kita perlu memutuskan level tegangan mana yang ingin kita ukur di rangkaian, dan Anda dapat merancang rangkaian pembagi potensial berbasis resistor yang sesuai. Di sirkuit ini, D2 adalah referensi Dioda Zener yang memiliki rating 5.1V 5W sehingga akan mengatur output ke 5.1V di atasnya. Ada 4 Resistansi 1k yang terhubung secara seri ke GND sehingga sekitar 1,25V drop akan ada di setiap resistor yang akan kita gunakan untuk membuat perbandingan dengan tegangan baterai. Tegangan referensi untuk perbandingan kira-kira 5.1V, 3.75V, 2.5V, dan 1.25V.

Juga, ada rangkaian pembagi tegangan lain yang akan kita gunakan untuk membandingkan tegangan baterai dengan tegangan yang diberikan oleh pembagi tegangan yang terhubung melintasi Zener. Pembagi tegangan ini penting karena dengan mengonfigurasi nilainya, Anda akan memutuskan titik tegangan yang ingin Anda gunakan untuk menyalakan LED yang sesuai. Di sirkuit ini, kami telah memilih Resistor 1.6k dan Resistor 1.0k secara seri untuk memberikan faktor pemisah 2.6.

Jadi jika batas atas Baterai adalah 13.8V, maka tegangan yang diberikan oleh pembagi potensial akan menjadi 13.8 / 2.6 = 5.3V yang lebih dari 5.1V diberikan oleh tegangan referensi pertama dari dioda Zener maka semua LED akan menyala. menyala jika tegangan baterai adalah 12.5V yaitu tidak terisi penuh atau kosong, maka tegangan yang sesuai akan menjadi 12.5 / 2.6 = 4.8V yang berarti kurang dari 5.1V tetapi lebih besar dari tiga tegangan referensi lainnya sehingga tiga LED akan menyala dan satu tidak akan. Jadi, dengan cara ini, kita dapat menentukan rentang tegangan untuk menerangi LED individu.

Bagian Pembanding dan LED:

Di bagian rangkaian ini, kami hanya menggerakkan LED yang berbeda untuk level tegangan yang berbeda. Karena IC LM324 adalah komparator berbasis OPAMP sehingga setiap kali terminal non-pembalik dari OPAMP tertentu berada pada potensi yang lebih tinggi daripada terminal pembalik, output OPAMP akan ditarik tinggi ke sekitar level tegangan VCC yang merupakan tegangan baterai dalam kasus kami. Di sini LED tidak menyala karena tegangan pada Anoda dan Katoda LED sama sehingga tidak ada arus yang mengalir. Jika tegangan terminal Pembalik lebih tinggi dari terminal non-pembalik, maka keluaran OPAMP akan ditarik ke bawah ke level GND sehingga LED akan menyala karena memiliki perbedaan potensial di seluruh terminalnya.

Di sirkuit kami, kami telah menghubungkan terminal non-pembalik dari setiap OPAMP ke resistor 1kΩ dari rangkaian pembagi potensial yang terhubung melintasi baterai, dan terminal Pembalik terhubung ke level tegangan yang berbeda dari pembagi potensial yang terhubung melintasi Zener. Jadi, setiap kali tegangan yang ditentukan dari baterai lebih rendah dari tegangan referensi yang sesuai dari OPAMP itu, Output akan ditarik tinggi dan LED tidak akan Menyala seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Tantangan dan Perbaikan:

Ini adalah metode yang agak kasar dan dasar untuk memperkirakan tegangan baterai dan Anda selanjutnya dapat memodifikasinya untuk membaca kisaran tegangan sesuai pilihan Anda dengan menambahkan resistor tambahan secara seri dengan pembagi potensial yang terhubung melintasi dioda Zener 5.1V, dengan cara ini, Anda bisa mendapatkan lebih banyak akurasi pada rentang yang lebih kecil sehingga Anda dapat mengidentifikasi lebih banyak level voltase pada rentang yang lebih kecil untuk aplikasi dunia nyata seperti baterai timbal-asam.

Anda juga dapat menghubungkan LED berwarna berbeda untuk level tegangan yang berbeda dan jika Anda menginginkan grafik batang. Saya hanya menggunakan satu LM324 di sirkuit ini agar tetap sederhana, Anda dapat menggunakan nomor n IC Pembanding dan dengan resistor n, secara seri dengan tegangan referensi dioda Zener, Anda dapat memiliki tegangan referensi sebanyak yang Anda inginkan. yang selanjutnya akan meningkatkan akurasi indikator Anda.

Membangun dan Menguji Indikator Level Baterai 12V kami

Sekarang setelah kita selesai mendesain sirkuit, kita perlu membuatnya di papan perf. Jika mau, Anda juga dapat mengujinya di papan tempat memotong roti terlebih dahulu untuk melihat kerjanya dan men-debug kesalahan yang mungkin Anda lihat di sirkuit. Jika Anda ingin menghemat kerumitan menyolder semua komponen, Anda juga dapat mendesain PCB Anda sendiri di AutoCAD Eagle, EasyEDA, atau Proteus ARES atau perangkat lunak Desain PCB lainnya yang Anda suka.

Karena LM324 dapat bekerja pada berbagai catu daya mulai dari -3V hingga 32V, Anda tidak perlu khawatir tentang menyediakan catu daya terpisah ke IC LM324 sehingga kami hanya menggunakan sepasang Terminal Sekrup PCB yang akan digunakan. terhubung langsung ke terminal baterai dan memberi daya pada seluruh PCB. Anda dapat memeriksa level Tegangan dari Min 5.5V hingga maksimum 15V dengan menggunakan Sirkuit ini. Saya sangat menyarankan Anda menambahkan resistor lain secara seri di pembagi potensial di Zener dan mengurangi rentang tegangan setiap LED.

Jika Anda ingin meningkatkan rentang pengujian voltase dari 12V menjadi 24V karena LM324 mampu menguji baterai hingga 24V, Anda hanya perlu mengubah faktor pembagi voltase dari pembagi voltase yang terhubung ke baterai untuk membuatnya sebanding dengan level voltase yang diberikan. oleh rangkaian referensi Zener dan juga, gandakan Resistansi yang terhubung dengan LED untuk menjaganya dari aliran arus tinggi yang melaluinya.

Pengerjaan lengkap dari tutorial ini juga dapat ditemukan di video yang ditautkan di bawah ini. Semoga Anda menikmati tutorial ini dan mempelajari sesuatu yang berguna jika Anda memiliki pertanyaan, tinggalkan di bagian komentar atau Anda dapat menggunakan forum kami untuk pertanyaan teknis lainnya.