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Caricabatterie NiMh con LM317

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utentemaubarzi » 20 mag 2019, 14:53

Stavo studiando il funzionamento dell'LM317 e mi sono imbattuto in questo documento della Texas Instruments e a pagina 3 ho trovato questo schema.
constant_voltage_charger_sith_peak_current_limiting.png
constant_voltage_charger_sith_peak_current_limiting.png (25.17 KiB) Osservato 822 volte

Volevo cercare di capirlo bene per prendere 2 piccioni con la stessa fava, cioè studiare l'LM317 e farmi un caricabatterie per le singole NiMh, magari mettendone N in parallelo per poter caricare in modo indipendente N batterie.
In ingresso metterei un alimentatore stabilizzato e non, come indicato, un semplice ponte non livellato, e in uscita altri condensatori per limitare la variazione in base alla temperatura e per stabilizzare meglio il tutto, compresi relativi diodi di protezione.
Tralasciando per il momento questi aspetti, volevo capire se avevo capito giusto il funzionamento del circuito base e sul come dimensionare i vari componenti.

La R1 serve a limitare la corrente di carica. Diciamo che voglio caricare una NiMh da 1900mAh come da indicazioni a 1/10 C, assumendo una Vbe di 0,6V e una I di 0,19mA ottengo 3,16 ohm da arrotondare ai valori commerciali.
Dovrebbe cambiare poco se per eccesso o difetto, perché con questa corrente dovremmo essere su valori poco critici per la durata delle batterie, giusto?

La R2, sul datasheet, viene sempre scelta da 240, probabilmente perché è già considerato un valore ottimale, e rende la Iadj trascurabile per i calcoli di dimensionamento.

Considerando un diodo (diciamo un 1N4007 che ho in casa) in serie all'uscita per evitare la scarica sul circuito dovessi spegnerlo senza prima togliere la batteria carica, con una Vf da 1,1V, i 0,6V sulla R1 prima di attivare Q1 e a una tensione di carica della batteria che assumiamo pari a 1,5V, abbiamo che l'LM317 in uscita dovrà essere tarato per fornire 3,2V quindi una R3 regolabile attorno ai 300ohm (1,5V/5mA) diciamo 1K potrebbe andare.

Le resistenze R4, R5 ed R6 dovrebbero essere poco critiche, la R6 dovrebbe rendere la Ib del transistor trascurabile rispetto alla corrente di carica in modo da tenere anche la Ic abbastanza bassa, ma che limiti ho?
Cioè quanto posso scostarmi dai valori di 1K di questo documento? e perché proprio 1K e non 10K?
Cioè su che ragionamento baso il dimensionamento di questa parte del circuito?
A me sarebbe venuto spontaneo aumentare i valori per ridurre la Ic e renderla trascurabile rispetto ai 5mA della R2, ma con una R5 da 1K, la sua corrente sarebbe poco meno di 2mA (3,2V (V out max) - 1,25V (Vref) - 0,2V (Vce)).
Quindi mi piacerebbe capire che ragionamento adottare per dimensionarla in modo sensato, e poi mi interesserebbe capire la funzione di R4, perché in alcuni altri circuiti non viene messa, è opzionale? oppure ha una sua funzione specifica?

Se ho cannato qualcosa o anche tutto, siate clementi, sono moooolto arrugginito.

Riepilogo i miei dubbi:
1) Ho fatto ragionamenti corretti o strampalati?
2) R2 come si dimensiona? Io mi sono fidato del datasheet che la mette sempre a 240 ohm su tutti i tipi di circuito che ho visto.
3) Su R1 ci ho preso?
4) Come ragiono per dimensionare R4, R5 ed R6 con cognizione di causa?
5) R4 ha una funzione specifica?

Grazie a chi vorrà intervenire.

P.S.
Se non ho preso grossi granchi, il passo successivo sarebbe di controllare la carica con un microcontrollore, ad es. Arduino, in modo da fare esperienza con le curve di carica e di staccare tutto a carica avvenuta, controllando il calo della tensione a fine carica o l'aumento di temperatura, tutte cose che sto approfondendo leggendo i vari articoli in giro e anche qui sul forum.
E' tutto da sperimentare, per ora sto studiando (interessanti gli articoli di Foto Utenterichiurci), sarà il passo successivo, così sperimento e capisco meglio anche questi aspetti mettendoci il nato.
Per il momento, però, li tengo in stand-by per procedere per gradi.
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[2] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utenteelfo » 20 mag 2019, 15:27

Ci sono alcune cose che scrivi su cui non concordo, ma, in primis, i problemi piu' grossi sono (IMHO ovviamente):

- august 1976 (data del Linear Brief): la tecnologia (non le leggi fondamentali della fisica e dell'elettronica) si e' evoluta dopo 43 anni

- mescolare LM317 e Arduino (o simili) per un caricabatterie e' "del diavolo" (senza dimostrazione) :(

- leggi quanto segue da : Bob Pease Troubleshooting Analog Circuits: Edn Series for Design Engineers

https://books.google.it/books?id=yLMgBQAAQBAJ&pg=PA38&lpg=PA38&dq=bob+pease+battery+charger+transformer+lm317&source=bl&ots=XH2TtNrj8N&sig=ACfU3U1BDjhktwvTnYRxw1iMOfF4jhQDAg&hl=it&sa=X&ved=2ahUKEwinvfiHmKriAhXE0KQKHb9IBaYQ6AEwDnoECAkQAQ#v=onepage&q=bob%20pease%20battery%20charger%20transformer%20lm317&f=false

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[3] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utentemaubarzi » 20 mag 2019, 15:54

Intanto grazie per le tue osservazioni.

elfo ha scritto:- august 1976 (data del Linear Brief): la tecnologia (non le leggi fondamentali della fisica e dell'elettronica) si e' evoluta dopo 43 anni

Si, ma lo scopo non è tanto produrre un caricabatterie quanto sperimentare.
Quindi vero che la tecnologia è moooolto più avanti, ma io no ;-) e mi interessava ripartire da cose semplici, ho visto che ci sono integrati molto più evoluti per tale scopo, ma sono troppo "integrati" per il mio di scopo, e cioè di sperimentare con circuiti più semplici e più comprensibili per me.

elfo ha scritto:- mescolare LM317 e Arduino (o simili) per un caricabatterie e' "del diavolo" (senza dimostrazione) :(

Si, non serve la dimostrazione per convincermi, a me, però, servirebbe principalmente per avere un sistema di monitoraggio che mi consenta di rilevare dati per vedere come vanno realmente le cose.
In particolare l'andamento della tensione in carica e della temperatura, per toccare con mano cosa accade realmente ad una batteria in carica.
Il tutto con uno strumento con cui riesco a lavorare senza grossi problemi che mi produca dati poi elaborabili da un computer.
Sono sprovvisto di oscilloscopio o di altri strumenti evoluti, per cui mi devo arrangiare con quello che ho ;-)

elfo ha scritto:- leggi quanto segue da : Bob Pease Troubleshooting Analog Circuits: Edn Series for Design Engineers

Interessante, ma questo si riferisce al circuito con il ponte diretto, non con un alimentatore stabilizzato, giusto?
Anche perché come soluzione suggeriscono un condensatore più grosso per livellare meglio l'ingresso, rispetto a quello indicato dal datasheet che dovrebbe servire solo per stabilizzare piccole fluttuazioni.
Io invece vorrei alimentare il tutto con una tensione, stabilizzata il più possibile, già in partenza.
Riguardo la corrente di corto circuito potenzialmente distruttiva, dici che il sistema di limitazione con il transistor non risolva già? E comunque anche qui dicono che con il condensatore in ingresso si risolve.
Ho inteso male?
grazie

P.S.
Dicevi che non concordavi su alcune cose che avevo scritto riguardo il funzionamento, posso chiederti quali?
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[4] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utenteelfo » 20 mag 2019, 16:38

Partiamo dalla fine.
maubarzi ha scritto:Ho inteso male?

Hai inteso bene :ok:

L'LM317 e' "vecchio" di 49 anni (1970).
Le uniche cose da sapere e fare sono (per tutto il resto c'e' masterca... oops! i nuovi componenti :D ):

- mettici - in ingresso ed uscita - i condensatori che il costruttore dice di mettere

- mettici - in uscita e "a cavallo" tra uscita e ingresso - i diodi che il costruttore dice di mettere

- la resistenza da 240 ohm ha il valore "sbagliato" - quello giusto e ' 120 ohm

spiegone: la corrente minima per avere la tensione di uscita nominale e' 10 mA (versione consumer - 5 mA per quella industriale) da cui 1.25 V / 10 mA = 125 ohm -> 120 ohm valore standard. I 120 ohm garantiscono che l'LM317 e' in regolazione anche con carico di uscita "nullo".

- stai attento al data sheet della TI del LM317 perche' ha una formula sbagliata - hanno copiato da quello della National (che si sono comprati) - ma non hanno saputo copiare :(
Vedi sotto dove oltre all'errore di ortografia c'e' una formula dimensionalmente sbagliata: non puoi sommare una resistenza con un numero puro

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf

Pag. 13 Par. 8.3.6
NS-TIa.png

maubarzi ha scritto:servirebbe principalmente per avere un sistema di monitoraggio che mi consenta di rilevare dati per vedere come vanno realmente le cose.
In particolare l'andamento della tensione in carica e della temperatura, per toccare con mano cosa accade realmente ad una batteria in carica.
Il tutto con uno strumento con cui riesco a lavorare senza grossi problemi che mi produca dati poi elaborabili da un computer.
Sono sprovvisto di oscilloscopio o di altri strumenti evoluti, per cui mi devo arrangiare con quello che ho ;-)

Capisco e concordo sulle tue esigenze. Il mio approccio (sempre con un occhio al budget) sarebbe diverso.
Posso solo dirti di dare un occhio all'ADALM2000
https://www.analog.com/en/design-center ... 2000.html#
che ha un costo di circa 100 euro e lo trovi su mouser/digikey oltre che sul sito Analog Devices
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[5] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utentemaubarzi » 20 mag 2019, 16:52

Grazie mille.
A parte il condensatore da 1000uF in ingresso che valuterà se è da aggiungere una volta scelto l'alimentatore stabilizzato, il circuito cui ero arrivato è il seguente:

C1 e C2 sono quelli indicati nel datasheet, non ho messo i valori nello schema ...
Ok per la R2, vedo di cambiare i valori. Almeno ora ho capito come dimensionarla.
Mi studio anche il centone che mi hai passato, anche se costoso, ci si può sempre imparare.

Riguardo il transistor? qualche dritta stile R2? Ho visto che in certi schemi non mettono proprio R4 e R5, in effetti anche sul datasheet gli schemi elementari sono sprovvisti, ma avevo letto da qualche parte che dovevano fare da limitatrici ma non trovo più dove lo avevo letto per approfondire.

Intanto grazie e inizio a studiarmi quello che mi hai indicato.
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[6] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utenteelfo » 20 mag 2019, 17:29

Il diodo in uscita e' un pugno in un occhio :(
"Sporca" - con la sua caduta - la regolazione della tensione di uscita che tu vuoi impostare con R3.

E' per questo motivo che scrivevo di utilizzare un componente piu' moderno (IC dedicato).
Per superare il problema della scarica della batteria sul regolatore (se manca la tensione in ingresso al regolatore) occorre complicare il circuito - ma ne vale la pena?

Sulla scarica della batteria sul regolatore guarda anche viewtopic.php?f=1&t=76282&start=10#p799752

Ulteriore ragionamento: faccio un bel circuito "fico" per caricare le NiMh e poi mi accorgo che sto caricando delle batterie "vecchie" - oggi "vanno" le Li-Ion :(

Per cui OK sperimentare, ma senza la pretesa di fare un circuito che abbia una qualche utilita' pratica (anche perche' - ma qui il discorso si fa politico-sociale-filosofico - su Aliexpress compri 3 (tre) pezzi di un caricabatterie "vero" per le Li-Ion a 2 euro).

https://www.aliexpress.com/item/3pcs-TP4056-1A-Lithium-Battery-Charger-Module-Overcharge-Overdischarge-Protection-Power-Module-Li-ion-Lipo-Battery/32820684075.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27424c4dlNEQHs

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[7] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 20 mag 2019, 19:56

premesso che non ho letto attentamente tutto...

Se vuoi imparare a usare LM e a ricaricare le NiMH (come mi è sembrato di capire) comincia facile con un semplice LM in configurazione tensione costante.
La limitazione in corrente sarà "automatica" e data sia dalla tensione della batteria che da quella di uscita dell'alimentatore usato.

Quello che devi imparare a gestire è lo smaltimento del calore, che se non gestito potrebbe mandare in protezione l'LM.

Per il monitoraggio della tensione durante la carica...con una cella sola può bastare un monitoraggio manuale a intervalli di tempo costanti, ma serve un LM in configurazione corrente costante (o un alimentatore stabilizzato anche economico, come i Ruideng)

Qui un mio articolo sull'argomento:
https://www.electroyou.it/richiurci/wik ... rizzazione
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[8] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utentemaubarzi » 20 mag 2019, 21:00

elfo ha scritto:Per cui OK sperimentare, ma senza la pretesa di fare un circuito che abbia una qualche utilita' pratica (anche perche' - ma qui il discorso si fa politico-sociale-filosofico - su Aliexpress compri 3 (tre) pezzi di un caricabatterie "vero" per le Li-Ion a 2 euro).

Si, si, nessuna pretesa, è solo per sperimentare e poter vedere in dettaglio il ciclo di carica.
Nulla che debba durare o essere usato effettivamente.
Per questo mi interessano i vari dettagli, per capire bene aspetti che poi sono traslabili anche in altri ambiti.

elfo ha scritto:Il diodo in uscita e' un pugno in un occhio :(
"Sporca" - con la sua caduta - la regolazione della tensione di uscita che tu vuoi impostare con R3.

Sporca o sballa?
Se sporca solo, no problem, se invece rende complicata e aleatoria la regolazione è un altro discorso.
In teoria non dovrebbe influire sulla regolazione ma richiedere solo una tensione più alta.

elfo ha scritto:Per superare il problema della scarica della batteria sul regolatore (se manca la tensione in ingresso al regolatore) occorre complicare il circuito - ma ne vale la pena?

Se mi aiuta ad imparere qualcosa che mi potrebbe tornare utile anche altrove, allora si, se invece sarebbe una cosa fine a se stessa anche no, ma dubito sia la seconda ;-)
Sono sempre alla ricerca di schemi di circuiti che mi aiutino a risolvere determinati problemi e questo è un problema ricorrente.

Il thread che mi hai postato me lo ricordo, e infatti ho già preso alcuni LM2940 per fare altre prove, ma in questo caso vorrei proseguire con l'LM317.

elfo ha scritto:Ulteriore ragionamento: faccio un bel circuito "fico" per caricare le NiMh e poi mi accorgo che sto caricando delle batterie "vecchie" - oggi "vanno" le Li-Ion :(

Al momento, in casa, sono pieno di NiMh e praticamente zero Li-Ion per cui non ho quel problema, poi ho sentito che sono più rognose da gestire per cui in quel caso andrei anche io su cose super costose tipo quelle che mi hai indicato :-P
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[9] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto Utentemaubarzi » 20 mag 2019, 21:14

richiurci ha scritto:Se vuoi imparare a usare LM e a ricaricare le NiMH (come mi è sembrato di capire) comincia facile con un semplice LM in configurazione tensione costante.
La limitazione in corrente sarà "automatica" e data sia dalla tensione della batteria che da quella di uscita dell'alimentatore usato.

Cioè dici di caricare a tensione costante e morta li, però in genere si dice sempre che queste batterie vanno caricate a corrente costante, ora con tutto quello che si legge in internet si diventa pazzi, per cui volevo proprio sporcarmi un po' le mani per rendermi condo di persona come funzionano queste cose per capire anche a chi dare retta :-P

Ho già dato una rapida letta all'articolo che mi hai linkato e anche al successivo, per cui una idea di massima me la sono già fatta, anche se in questo momento, avendo letto anche un'altra dozzina di articoli vari, ho una certa confusione in testa, per cui nei prossimi giorni mi rileggo tutto bene bene con calma avendo già scartato le cose più strampalate.

richiurci ha scritto:Per il monitoraggio della tensione durante la carica...con una cella sola può bastare un monitoraggio manuale a intervalli di tempo costanti, ma serve un LM in configurazione corrente costante (o un alimentatore stabilizzato anche economico, come i Ruideng)

Qui, mi sa, che per capire bene bene ci devo sbattere la testa e fare qualche prova.
Scatta la domanda idiota, ma per fare il monitoraggio devo temporaneamente interrompere la carica?
Altrimenti leggo la tensione che il circuito alimentatore fornisce per avere la corrente costante...

Se ho capito bene tu hai usato un alimentatore con regolatore di tensione a 1,47V e quindi caricato a tensione costante confidando sulla limitazione della corrente data dalle caratteristiche della batteria stessa e dall'alimentatore/regolatore.
Se è così, perché si parla sempre di caricarle in corrente?

Ora mi verrebbe spontanea la domanda.
Il caricabatterie ideale come le ricarica?

Edit: Scusa, avevo letto male, hai fatto entrambi i test, anche caricando a corrente costante.
Ultima modifica di Foto Utentemaubarzi il 20 mag 2019, 21:28, modificato 2 volte in totale.
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[10] Re: Caricabatterie NiMh con LM317

Messaggioda Foto UtenteIlGuru » 20 mag 2019, 21:22

Ha senso un condensatore in parallelo ad una batteria?
\Gamma\nu\tilde{\omega}\theta\i\ \sigma\epsilon\alpha\upsilon\tau\acute{o}\nu
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