Un poco de analógica para cargador Ni-Mh

[juaperser1]

Buenas tardes, estoy metido en un chisme que tiene un RTC, mas concretamente el interno de un PIC32MX, el cual cuando no tiene alimentación de la red, recibe la alimentacion de una pequeña bateria de Ni-Mh de 3,6 voltios.

de manera rapida he hecho este circuito, pero no me termina de convencer, a ver que os parece a vosotros o si tenéis alguna alternativa que os haya funcionado bien, perfecto, este en concreto lo he probado y funciona perfectamente, pero no me convence me parece una chapucilla xd.

como bien sabemos las baterias de NiMH son de 1,2 voltios por celda y totalmente cargadas son de 1,4 voltios y cuando están descargadas tienen una tension de 1,1 por celda, la bateria que voy a usar es de 3 celdas, por lo tanto 3,6voltios. Por lo tanto estará descargada cuando baje de 3,3 voltios.

la carga de la batería la estoy haciendo a  ~1,5 voltios por encima de la tension de la bateria, cuando alcanza los 4,2 voltios la considero cargada.

la formula para calcular el tiempo de carga es:

T(horas)= (1,4xmAH de la bateria)/mAh suministro del cargador.

siguiendo estas pautas he realizado este circuito, pero como os digo no me convence, este es el funcionamiento del circuito:



el funcionamiento del circuito es el siguiente:


-si la alimentación esta conectada, en el catodo del diodo D2 hay 5 voltios (no vamos a considerar las caidas para hacer la explicación mas simple, pero hay estan), por lo tanto el diodo D3 no conduce circuito se alimenta através de la alimentacion.

-Si no esta conectada la alimentación en el catodo del diodo D2 hay 0 por lo que el diodo D3 entra en conduccion y el circuito se alimenta a traves de la bateria.

-Con la alimentación puesta, el ADC del microcontrolador monitoriza la tensión de la bateria para ver si hay que comenzar a cargar la batería o esta cargada.
(la finalidad de este circuito es no hacer un rebosadero, ya que esto degrada la bateria, la carga solo se debe realizar cuando sea necesario)

- si es necesario cargar la bateria, el microcontrolador pone a 1 la señal "Control uC"
esto enciende el transistor Q2 y este a el transistor Q4, esto lo hago de esta manera, por que el microntrolador es de 3,3voltios y como el Q4 tiene en el emisor 5voltios necesitamos 5 voltios en la base para tenerlo en off, ya que con 3,3 voltios tambien se considera off y no se puede conmutar.
cuando Q4 conduce se comienza a cargar la bateria.

-La batería absorbe toda la intensidad que necesite, por lo tanto si la intensidad sube demasiado la tension en la base de Q3 baja y Q3 entra en ON, por lo tanto activa Q1 y este apaga Q2 consiguiendo con esto que se apague el cargado, es un control de intensidad, con esto conseguimos un regular de intensidad de 50 mA.

-El condensador C4 crea un retraso para que el transistor Q2, ya que si no el transistor Q3 quedaría sin tensión en el emisor antes que en la base, y esto hace que el circuito no pueda volver a cargar y se quede siempre apagado.

Alguna sugerencia o circuito equivalente, como digo funciona correctamente pero no me termina de convencer.

Un saludo y gracias como siempre

 

[micro_pepe]

Hola,

mira este hilo, es algo muy similar a lo tuyo:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=44028.msg367038#msg367038

Saludos!!!

[Chaly29]

Hola juaperser1, realmente y siendo sincero, pues tienes razón, es una chapuzada, aparte de muy complejo y mal diseñado. Perdona los calificativos, pero pienso que es la verdad y te lo comento sin ningún animo de ofenderte ni menospreciar tu trabajo.

Trataré de diseñarte algo mejorcito y más censillo. Ni bien lo tenga lo posteo.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Chaly29]

Hola juaperser1, acá tienes un circuito funcional:



Como puedes ver, este circuito necesita de un pack de 4 elementos o pilas, esto es así porque usando solo 3 pilas como en tu circuito, pues no es factible.

Con solo 3 pilas, las caídas de tensiones producidas por los distintos componentes no permite cumplir con una tensión de salida de 3.3 volts, y si logras los 3.3 volts de salida, pues será por un tiempo tan corto que no será eficiente un uso del equipo con las baterías.

La tensión normal de 3 pilas de Ni-Mh, tal como ya tú lo comentaste es de solo 3.6 volts, con la caída del diodo serie ya nos queda 3.3 volts, y esto sin contar la caída producida por el integrado regulador de tensión de la salida, por lo tanto el uso de 3 pilas no es factible.

Usando 4 pilas nos queda el circuito indicado más arriba, te lo explico un poco:

La entrada es un clásico 7808 para conseguir 8 volts a su salida, estos útiles y necesarios para que el resto del circuito funcione adecuadamente. El 7808 debes de alimentarlo con una tensión mínima de 10 volts en su entrada.

Los BC327 junto a las resistencias de 1K y 15 ohms forman una fuente de corriente constante, variando el valor de la resistencia de 15 ohms se varía la corriente de carga de la batería, con 15 ohms esta corriente estará regulada en aproximadamente 50mA, para calcular el valor de la resistencia para una corriente determinada, se hace de la siguiente manera:

ohms = Vbe / mA

Donde:

Ohms es el valor en ohms de la resistencia necesaria
Vbe, es la caída de tensión Base-Emisor del BC327 superior (aproximadamente 0.7 volts)
mA, es la corriente de carga deseada en Amperios

Entonces:

ohms = Vbe / mA      ---------->   0.7V / 0.05A = 14 ohms   redondeamos a 15 ohms, un valor standard

El BC337 junto a las resistencias de 1K y 2K7 hacen de interfaz entre el micro (3.3 volts) y la fuente de corriente (8 Volts), colocando el pin "Al micro" en alto, la carga de la batería es iniciada.

Los diodos 1N5819 deben ser estos, y no pueden ser reemplazados, ya que son precisamente usados estos mismos por su baja caída de tensión, por lo que se consigue un rendimiento superior del conjunto en general.

El integrado de salida utilizado es un LT1763 por su baja caída de tensión (low dropout), puede ser reemplazado por otro siempre y cuando posea un dropout igual o inferior a 300mV, de lo contrario se reducirá drásticamente el rendimiento del circuito y por supuesto, la duración de las baterías.

Creo que estaría todo claro, pero si tienes dudas, pues solo tienes que consultarlas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[KILLERJC]

 

Un espejo de corriente que no varia con la tension de alimentacion no ?
Es la primera ves que veo uno aplicado afuera de un integrado  

Aunque siempre en los libros los vi como NPN y la resistencia donde esatria el diodo.
Y si la miro verticalmente invertido bastante simitud tienen con lso NPN y solo cambiaria las direcciones de las corrientes.


No modifica en nada la caida Vce del BC337? Haciendo que la I que pasa por la resistencia de 1k sea:

I_r1k=(VCC-2VBE - VCE₃₃₇)/R1K
en ves de:
I_r1k=(VCC-2VBE )/R1K

Variando la tension del transistor ( que se encuentra izquierda arriba )
VBE1=VT ln(I_r1k/IS)

Este seguiria en 0.7? Imagino que quedaria proximo.

Perdiendo la independencia de la tension de alimentacion. Y por lo que lei la corriente la corriente debe ser suficientemente elevada como para que se encuentre en la zona lineal, es decir

I_carga * 15 ohms > Vbe2

Igual, aca siempre se aprende mas

[juaperser1]

Hola juaperser1, realmente y siendo sincero, pues tienes razón, es una chapuzada

tranquilo no me ofendo jaja, se reconocer cuando algo no esta bien hecho, como he dicho lo hice e un momento y no me convencia para nada, aunque sea funcional.

sin embargo, y pido perdon por no decirlo antes, tengo limitaciones de diseño, ya que esto no es producto para mi si no para donde trabajo, y estoy limitado al resto de partes del circuito que en su dia se diseño.

por ejemplo, los reguladores deben ser obligatoriamente el 7805 y el tlv1117, este segundo es LDO por lo tanto sirve bien ademas me gusta bastante por que esta autoprotegido y no se quema instantaneamente con un cortocircuito.

la bateria desgraciadamente, tambien debe ser la de 3,6 voltios, no queda otra, mi jefe es una persona de pocas luces, que no sabe nada de electronica, lo unico que sabe que en su dia la cago y compro muchas baterias y ahora hay que hacerlo todo con esas... ¿por que no puedo tener un jefe normal? xd

todo esto tambien ha determinado que sea una chapuza, muchas de las chapuzas que hago son a peticion de mi jefe, que conste, y esto me mata 
tengo que encontrar una solución para que esto funcione con estas limitaciones. el microcontrolador estara apagado con el RTC en funcionamiento, por lo tanto consumira muy poco. y con unos 3 voltios creo que podría funcionar.
los transistores, diodos resistencias los puedo variar, los reguladores y la bateria no

sin embargo el circuito para cerrar y abrir la carga, si que lo puedo reemplazar, es una solución bastante mas simple.

Por cierto tampoco puedo usar condensadores electrolicos ni de tantalo, ni ninguno que no sea ceramico o de policarbonato. tiene que cumplir una normativa que no permite poner este tipo de condensadores por riesgo de explosion (el que tengo en el esquema era solo provisional)

Perdiendo la independencia de la tension de alimentacion. Y por lo que lei la corriente la corriente debe ser suficientemente elevada como para que se encuentre en la zona lineal, es decir

Icarga * 15 ohms > Vbe2

Igual, aca siempre se aprende mas

yo lo veo exactamente así jeje.

por cierto chaly este circuito tuyo me ha recordado uno que hice, para crear una tensión alterna cuadrada de +-5 voltios  modulable, y con limitacion de corriente, no se por que no se me ocurrio xd, si lo encuentro lo posteo por si a alguien le puede servir.

un saludo

[Chaly29]

Hola juaperser1, por partes:

por ejemplo, los reguladores deben ser obligatoriamente el 7805 y el tlv1117, este segundo es LDO por lo tanto sirve bien ademas me gusta bastante por que esta autoprotegido y no se quema instantaneamente con un cortocircuito.

El 7805 podemos usarlo, digamos que zafa para esta aplicación, pero el TLV1117 imposible, pues tiene una caída de por lo menos 1 voltio, por lo que si tenemos 3.6 - 1 = 2.6 Vcc. lo que ya no cumple ni cerca de la tensión necesaria.
Hoy día la gran mayoría de de los integrados reguladores de tensión poseen protección por corriente, temperatura, etc. por lo que de eso ya no debes de preocuparte.   

la bateria desgraciadamente, tambien debe ser la de 3,6 voltios, no queda otra, mi jefe es una persona de pocas luces, que no sabe nada de electronica, lo unico que sabe que en su dia la cago y compro muchas baterias y ahora hay que hacerlo todo con esas... ¿por que no puedo tener un jefe normal? xd

Sabe pasar, no es normal que te larges a comprar sin saber que!! Pero sabe pasar, a tomarlo con calma, que soluciones deberían existir. A propósito, el RTO es interno al micro o es un integrado externo, de ser esto último, que integrado es?

todo esto tambien ha determinado que sea una chapuza, muchas de las chapuzas que hago son a peticion de mi jefe, que conste, y esto me mata 
tengo que encontrar una solución para que esto funcione con estas limitaciones. el microcontrolador estara apagado con el RTC en funcionamiento, por lo tanto consumira muy poco. y con unos 3 voltios creo que podría funcionar.
los transistores, diodos resistencias los puedo variar, los reguladores y la bateria no

Es estrictamente necesario que el TLV1117 sea usado? o puede ser reemplazado por algo distinto?. Si este regulador no se puede excluir, es posible reformar a gusto el resto del circuito?

sin embargo el circuito para cerrar y abrir la carga, si que lo puedo reemplazar, es una solución bastante mas simple.

Por cierto tampoco puedo usar condensadores electrolicos ni de tantalo, ni ninguno que no sea ceramico o de policarbonato. tiene que cumplir una normativa que no permite poner este tipo de condensadores por riesgo de explosion (el que tengo en el esquema era solo provisional)

Que norma es esa? Quien la creo? Los capacitores solo explotan si los conectas mal y con una tensión relativamente alta, de lo contrario es muy dificil hacerlos explotar... Ojo, esto es un pensamiento que tengo y no es para contradecirte 

De poderse modificar el resto manteniendo los reguladores, pues podemos hacer una pequeña fuente boost que eleve unos pocos volts entre la batería y antes del último regulador.
Cuando el micro está en funcionamiento, se alimenta por medio del TLV1117 o lo hace por otro lado?

Espero tú respuestas y veremos que podemos diseñar, de última lo que se puede hacer es en el circuito que te e pasado, pues reemplazar los reguladores por los que tu necesitas usar, pero desde ya te comento que está lejos de funcionar de manera correcta.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[Chaly29]

Hola KILLERJC, por partes:

Un espejo de corriente que no varia con la tension de alimentacion no ?
Es la primera ves que veo uno aplicado afuera de un integrado  

En realidad no es un espejo de corriente, es un fuente de corriente constante, en un espejo tienes 2 ramales, y el espejo hace que la corriente que circula por el ramal principal sea reflejada en el ramal secundario, en este caso solo tienes un ramal, por lo que no cumple con la función de espejo, entonces solo queda siendo una sencilla fuente de corriente constante.

De seguro as visto circuitos de amplificadores de audio, bueno, todos los amplificadores que yo conozco, por lo menos tiene u espejo de corriente, y alguno 2 o más... 

Aunque siempre en los libros los vi como NPN y la resistencia donde esatria el diodo.
Y si la miro verticalmente invertido bastante simitud tienen con lso NPN y solo cambiaria las direcciones de las corrientes.

Pues tanto los espejos, como esta fuente de corriente puedes hacerlos que sean con transistores NPN o PNP, todo depende como estará conectada la carga, en este caso nosotros tenemos conectada la carga (la batería) al GND y y como esto no puede variar, pues solo nos queda controlar el "POSITIVO", por lo que el uso de transistores NPN no es posible, entonces invertimos las polaridades usando PNP's y controlando el positivo.

No modifica en nada la caida Vce del BC337? Haciendo que la I que pasa por la resistencia de 1k sea:

I_r1k=(VCC-2VBE - VCE₃₃₇)/R1K
en ves de:
I_r1k=(VCC-2VBE )/R1K

Variando la tension del transistor ( que se encuentra izquierda arriba )
VBE1=VT ln(I_r1k/IS)

Este seguiria en 0.7? Imagino que quedaria proximo.

Perdiendo la independencia de la tension de alimentacion. Y por lo que lei la corriente la corriente debe ser suficientemente elevada como para que se encuentre en la zona lineal, es decir

I_carga * 15 ohms > Vbe2

Igual, aca siempre se aprende mas

Para este tipo de fuentes, lo único que se controla es la intensidad que circula por el transistor de la derecha, por lo que no importa la tensión de alimentación.

En criollo para que sea fácil de entender!! o sea sin tantas formulas  :

Cuando conectamos la alimentación, el transistor de la derecha queda polarizado por medio de la R1K, haciendo que este Tr entre en saturación y conduzca al máximo. El transistor de la izquierda esta al corte y no conduce corriente pues la base se encuentra al mismo potencial que el emisor por medio de R15ohms.
La corriente que circula por la carga será aproximadamente la misma que la que circula por R15ohms, por lo tanto, a medida que la corriente de la carga aumenta, también lo hacer en R15ohms, y como sabemos, la caída de tensión en una resistencia será proporcional al valor de la misma y a la corriente que circula por ella, o sea ley de ohms.
Cuando la caída de tensión sobre R15ohms sea próxima a 0.7 volts (caída de tensión en base/emisor del transistor de la izquierda) el transistor de la izquierda comenzará a conducir, elevando la tensión sobre R1K y haciendo que el transistor de la derecha decremente la intensidad de su base, por lo tanto se producirá un decremento proporcional en la corriente de su colector y por consiguiente en la corriente circulante por la carga.
De esta manera y tomando de referencia la caída de tensión en R15ohms (proporcional a la corriente de la carga) el circuito se auto-regula en corriente.
Como parte de la corriente que circula por R15ohms es usada para polarizar el transistor de la derecha (corriente que se deriva por la base del mismo), pues el circuito no es completamente lineal, por lo que cambios de tensión producirán cambios de corriente en la carga, pero estos son muy leves en comparación de los cambios de tensión, o sea grandes cambios de tensión producirán pequeños cambios de corrientes, pero en la mayoría de las aplicaciones esto es despreciable.

En los espejos de corriente, siempre tendrás en ambos ramales la misma intensidad, no importando la tensión de la alimentación, pero estas corrientes si variarán mucho con la tensión de alimentación, o sea las intensidades varían mucho con la tensión, pero siempre ambos ramales poseerán la misma corriente comparándolos entre ellos.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[juaperser1]

buenas de nuevo,

el RTO es interno al micro o es un integrado externo, de ser esto último, que integrado es?

Es interno al microcontrolador un pic32MX en este caso, la idea es dejar el micro suspendido menos ese periferico.

Es estrictamente necesario que el TLV1117 sea usado? o puede ser reemplazado por algo distinto?. Si este regulador no se puede excluir, es posible reformar a gusto el resto del circuito?

no es estrictamente necesario pero la huella es de un SOT223-4, por lo tanto la eleccion esta limitada a este tipo de huellas, de todas maneras si no queda mas remedio que rediseñar esto, ya me las apañare para que me dejen hacerlo xd.

Que norma es esa? Quien la creo? Los capacitores solo explotan si los conectas mal y con una tensión relativamente alta, de lo contrario es muy dificil hacerlos explotar... Shocked Ojo, esto es un pensamiento que tengo y no es para contradecirte  wink

cierto, fallo mio por no explicarlo jeje, es la norma antichispas, son aparatos que deben funcionar en ambientes potencialmente explosivos,y la normativa no es que no te permita usar condensadores electroliticos, pero si los usas debes empastillarlos con una pasta especial, un molde para empastillar de los simples suele costar unos 4000 euros, y por eso para poder poner un electrolitico o un tantalo tengo que sudar xd.
por lo tanto debo intentar por todos los medios no poner este tipo de condensadores, ni nada que me prohiba la normativa.

De poderse modificar el resto manteniendo los reguladores, pues podemos hacer una pequeña fuente boost que eleve unos pocos volts entre la batería y antes del último regulador.
Cuando el micro está en funcionamiento, se alimenta por medio del TLV1117 o lo hace por otro lado?

cuando el micro esta en funcionamiento si se alimenta a traves de el TLV1117 el 7805 se utiliza para la comunicacion usb cuando trabaja como host alimentar al device y para alguna cosilla mas.

De poderse modificar el resto manteniendo los reguladores, pues podemos hacer una pequeña fuente boost que eleve unos pocos volts entre la batería y antes del último regulador.
Cuando el micro está en funcionamiento, se alimenta por medio del TLV1117 o lo hace por otro lado?

tambien debo decirte que dispongo de un espacio dimituto en la placa, tanto que voy a tener que irme a SMD 0402 xd, esto ligado a los condensadores, la bateria, la normativa, los reguladores etc. te hara comprender un poco mejor por que he diseñado esta "chapuza" jaja.

De todas formas si entre todos vemos que esto no lleva a ningun lado, yo lo rediseñare todo y punto, aunque esto seria un poco locura, por que deberia rediseñar unos cuantos modelos que funcionan con los mismos PCBs

Un saludo y gracias por la ayuda.

[Chaly29]

Hola juaperser1, de que superficie dispones en el PCB para este circuito, sin contar el tamaño de ambos reguladores?

El circuito boost que menciono es relativamente pequeño, pero igual sería interesante saber de que superficie disponemos.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[juaperser1]

Hola juaperser1, de que superficie dispones en el PCB para este circuito, sin contar el tamaño de ambos reguladores?

El circuito boost que menciono es relativamente pequeño, pero igual sería interesante saber de que superficie disponemos.

Un saludo.

Pues creo que puedo conseguir 1cm2, pero eso me preocupa menos, soy bastante bueno con reglas y diseño de layout.

he revisado el datasheet y veo esto a cerca del micro:

"Voltage on VDD with respect to VSS ... -0.3V to +4.0V"

Pff supuestamente una bateria de NiMH de 3 celdas completamente cargadas ofrecen 4,2 voltios. quizá podemos alimentar el micro directamente desde la batería saltandonos el regulador, sumando las caidas de tension de los diodos y demás componentes nos ponemos por debajo de 4V o a unas malas podemos sumar algún zener.

¿Que os parece la idea?

[KILLERJC]

si pero esos son los MAXIMOS! los cual nunca deberias alcanzar.

Un poco mas abajo dice:
VDD  Supply Voltage  Min: 2.3 — Max: 3.6


Stresses above those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. This is a stress rating only and functional operation of the device at those or any other conditions, above those indicated in the operation listings of this specification, is not implied. Exposure to maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

Me pregunto si un simple zener bastaria ( de 3.6-4.2V a 3.3 no hay tanto voltaje de diferencia )
Maximum current into VDD pin(s) ......................................................................300 mA
Aunque depende de la potencia que pueda manejar el micro.

[juaperser1]

Un poco mas abajo dice:
VDD  Supply Voltage  Min: 2.3 — Max: 3.6

claro por eso digo que quiza sumandole las caidas de tension de los componentes, quiza entramos en el rango, y si quiza sumarle un zener, lo del zener no estoy seguro, el micro no va a consumir casi nada por que estara en latencia y tan solo funcionara el RTC ( o algo mas si acaso), el problema viene a la hora de desconectar la alimentación, que el micro estara en pleno funcionamiento asta que detecte que no hay alimentación, guarde los variables en memoria y entre en latencia. No se si con un simple zener tendremos para alimentarlo en ese espacio de tiempo.

[KILLERJC]

Creo que con el zener no tendrias problemas mientras este consumiendo el micro.
El problema seria cuando no consume nada el micro que toda la corriente producida por la diferencia entre la fuente y el zener (y limitada por la resistencia) pasa por el zener.
Para 300mA se necesita un zener de 1W que en SMD no encontre, y solo encontre de 0.5W. Pero nuevamente estamos jugando con el maximo y es mucho mas dependiende de lo que consuma tu micro.

claro por eso digo que quiza sumandole las caidas de tension de los componentes,

Volvemos a la misma, siempre y cuando exista un una corriente si es un elemento resistivo.
Y si se cambia el diodo que va desde la bateria al micro por un diodo con mas caida de tension asi se cumple que 4.2-Vd = 3.6 --> Vd = 0.6v
No se a que voltaje se empieza a cargar la bateria pero no deberia bajar de los 3v asi tener al menos 2.4v de entrada al micro.

Esas tensiones puede que te limiten en frecuencia. En algunos micros muestran las curvas frecuencia/voltaje que "es seguro" pero en el datasheet que tengo no sale nada
Igual esperamos que se levante chaly xD que es domingo hoy y tempranito

[juaperser1]

No se a que voltaje se empieza a cargar la bateria pero no deberia bajar de los 3v asi tener al menos 2.4v de entrada al micro.

La batería se carga a través de regulador de 5 voltios pero eso no importa a la hora de alimentar el micro a través de la batería ya que esa tensión no va a estar presente, estará en el peor de los casos, 4,2 voltios cuando este la batería completamente cargada, si después del circuito analógico llegan 3.6 o menos al micro no habría ningún problema.

En algunos micros muestran las curvas frecuencia/voltaje que "es seguro" pero en el datasheet que tengo no sale nada 

Cierto no sale nada, yo supuse en su día k si esta en los margenes de funcionamiento recomendados no debe de haber problemas con la frecuencia.