Zasada działania ładowarki na LM317

Jesli jesteś początkującym elektronikiem, to tu z pewnością znajdziesz pomoc. Miejsce dobre do dyskusji nad podstawami elektroniki w zakresie teorii i praktyki.
ODPOWIEDZ
masterkr
-
Posty: 7
Rejestracja: 01 cze 2007, 18:41
Lokalizacja: Wrocław

Zasada działania ładowarki na LM317

Post autor: masterkr » 08 sie 2013, 19:14

Witam,

Jako początkujący chciałbym spytać Was o ten schemat, a dokładniej jego zasadę działania. Jak rozumiem przy jego pomocy mogę ustawić sobie napięcie jakie chcę mieć np. 7,2V i jednocześnie prąd, jaki ma iść na akumulator? Czyli podczas ładowania akumulatorów nie obowiązuje prawo Ohma, bo w końcu możemy ustawić sobie różne napięcie i prąd - niezależnie od siebie? Nurtuje mnie to. Np. mam akumulator 6V, który powinno ładować się prądem np. 400mA (wiem, że zależy od pojemności), to mogę ustawić 7.2 V i 400mA na takim zasilaczu? Nie rozumiem. Jak coś jest zasilaczem stab. napięcie, to prąd przez odbiornik popłynie zgodnie z prawem Ohma. Jak użyję źródła prądowego (zadam określony prąd), to napięcie dostosuje się do odbiornika zgodnie z prawem Ohma. Zasilę rezystor 15R z 12V, to prąd płynący wyniesie 0.8A (I=U/R). Jak do źródła napięcia 0.8A podepnę rezystor 15R, to napięcie na nim wyniesie 12V, jak mniemam (U=R*I)? Dlaczego taką ładowarką mogę zmieniać te dwie wartości niezależnie? Wiem, ze się mylę, dlatego pytam :mrgreen:

Druga sprawa, to czy można (teoretycznie, bo tego nie będę robił - są prostsze układy) takim układem zasilać prowizoryczną grzałkę składającą się z szeregowo, lub równolegle podpiętych rezystorów np. 15R 5W i korzystać z jego stabilizacji napięcia, albo prądu (źródło prądowe) wg uznania? Np. podłączę 5 rezystorów równolegle i dam im jakiś prąd kręcąc P2 (opis układu). Wtedy nap. na wyjściu układu powinno też dopasować się z prawa Ohma, prawda? Abo analogicznie - będę operował P1 i regulował napięcie, więc prąd też popłynie taki, jak wyjdzie z napięcia i rezystancji oporników (grzałek). No chyba, ze ten układ tak nie działa i jak dam napięcie, które mnie interesuje, P2 będzie wyregulowany na mały prąd, a układ zasilany z tego zadanego napięcia będzie pobierał duży prąd, to układ nie zadziała, czy zmniejszy napięcie, czy jak?

Obrazek
OPIS:
W oparciu o popularny układ zasilacza LM 317 można zbudować prostą ładowarkę do akumulatorów posiadającą regulację napięcia do którego naładuje się akumulator oraz regulację prądu ładowania. Regulację napięcia do którego ma być naładowany akumulator przeprowadza się potencjometrem P1. Natomiast do regulacji maksymalnego prądu ładowania służy potencjometr P2. Napięcie końcowe ładowania ustawiamy bez podłączonego akumulatora , mierząc voltomierzem (cyfrowym) napięcie wyjściowe. Po podłączeniu rozładowanego akumulatora układ zaczyna stabilizować prąd wyjściowy. Napięcie accu jest wtedy niższe niż napięcie na wyjściu ładowarki i stabilizator US1 dąży do podniesienia tego napięcia. W miarę jak wzrasta napięcie akumulatora prąd ładowania spada prawie do zera. W końcowej fazie przez akumulator płynie niewielki prąd podtrzymujący. Napięcie wejściowe powinno być tak dobrane aby różnica napięć między wejściem a wyjściem układu US1 nie przekraczało 10V , gdyż może zadziałać wewnętrzny układ zabezpieczenia ograniczający prąd wyjściowy. Układ może być zasilany z akumulatora samochodowego lub zasilacza.

Z góry dzięki za odpowiedź

GAVRON
Użytkownik
Posty: 552
Rejestracja: 26 maja 2006, 8:44
Lokalizacja: Łaziska Górne

Post autor: GAVRON » 08 sie 2013, 22:41

Układ który zaprezentowałeś na rysunku to stary knif z LM-em w roli głównej zaprezentowany na łamach czasopisma "Praktyczny Elektronik" i wypróbowany w praktyce na wiele sposobów.

1. Musisz pojąć pojęcia stablizacja napięcia / stabilizacja prądu
2. pyt. Czy podczas ładowania akumulatorów obowiązuje prawo Ohma ? - obowiązuje, ale o tym niżej
3. Zasada działania i możliwe jego aplikacje.

Ad. 1 - zgodnie z prawem Ohma każdy zasilacz (źrodło) napięcia / prądu wytwarza na swoich zaciskach jeden z parametrów wyjściowych o stałej wartości:
- stabilizator napięcia: U=constans; I=var; P=var
- stabilizator prądu: U=var; I=const; P=var

Wartość odpowiedzi parametrów przedstawionych powyżej jako var uzależniona jest chociażby od R - obciążenia.

Przestawiony przykład dotyczy prądu stałego (jednokierunkowego) którego reprezentantem jest w/w zasilacz i akumulator i na tym poprzestańmy.

Ad. 2 - Tak, obowiązuje. Tylko w grę wchodzi tu jeszcze fizyka. Akumulator nie jest czystym rezystorem. Wg. prawideł takiej nauki jak ELEKTROTECHNIKA można go zaprezentować jako szeregowe połączenie Źródła napięcia i rezystancji wewnętrznej.
Źródło napięcia teoretycznie ma stałą wartości (ale tylko w krótkim czasie), bo maleje ono wraz z stopniowym rozładowaniem akumulatora, a rośnie w podczas ładowania.
Rezystancja wewnętrzna także jest zmienna w wyniku zachodzących procesów fizycznych i przeważnie rośnie na wskutek rozładowania i spadku temperatury otocznia akumulatora.

I układ trochę się komplikuje więc jego zachowanie też wydaję się na pozór irracjonalne.

Ad. 3 - Teraz odpowiem Ci na to jak działa ten układ

" ..., czy zmniejszy napięcie, czy jak? " - właśnie TAK

Układ LM 317 utrzymuje stałe napięcie 1,25 V pomiędzy końcówkami OUT i ADJ.
Gałąź z rezystorem R1 i P1 stanowi układ stabilizujący napięcie na wyjściu tj. pomiędzy końcówką OUT LM-a a dolną końcówką P1. Stosunek rezystancji R1 do P1 (ustawialnej) determinuje napięcie wyjściowe zgodnie z prawem Ohma:

IR1= 1,25/R1 - daje prąd który wpływa do potencjometru P1 (na razie pomijamy tranzystor ) i do końcówki ADJ LM-a który jest pomijalny w stosunku do prądu przepływającego przez P1.

Napięcie które odkłada się na P1 wynosi w przybliżeniu:

UP1= RP1*IR1

W skutek czego gdy:
- potencjometr skręcony jest na 0 Ohm - Uo = 1,25V
- potencjometr skręcony jest na max. swojej rezystancji to Uo = (1,25 + UP1)

W takim reżimie pracy pracuje stabilizator napięcia zgodnie z prawem Ohm do momentu kiedy prąd obciążenia nie przekroczy wartości nastawionej. Wówczas układ przechodzi w tryb stabilizacji prądu i zaczyna utrzymywać napięcie wyjściowe lub je nawet zmniejszać (jeżeli rezystancja obciążenia się zmniejsza) do poziomu przy którym wartość prądu wyjściowego jest równa prądowi nastawionemu.
Dzieje się to dzięki gałęzi z tranzystorem T1, potencjometrem P2, rez. R3, i R4.

Rezystor R4 jest rezystorem który mierzy prąd płynący przez obciążenie do bieguna ujemnego (-) napięcia zasilającego cały zasilacz. Napięcie na rezystorze R4 jest proporcjonalne do jego rezystancji i wartości prądu obciążenia. Napięcie to jest dzielone w układzie P2 i R3 i służy do wyzwalania bazy tranzystora T1. Przekroczenie napięcia pomiędzy emiterem i bazą T1 (pochodzącego z P2 - proporcjonalnego do prądu obciążenia) powoduje wyzwolenie tranzystora T1 i pojawienie się kolejnej gałęzi która zmniejsza "rezystancję" pomiędzy końcowką ADJ a (-) całego układu. W efekcie prąd ktory wcześniej płynął tylko przez P1 płynie reż przez tranzystor T1 w efekcie na P1 odkłada się mniejsze napięcie - takie żeby utrzymać stały prąd.

W odwrotną stronę działa to tak samo. Jak wzrośnie rezystancja obciążenia do wartości przy której nastawione napięcie nie jest w stanie wymusić nastawionego prądu to układ przejdzie do stabilizacji napięcia.

Eksperyment z rezystorami - odpowiedz już sobie sam (patrz powyżej).

Jest tylko jeden błąd w schemacie który rzuca się w oczy to za małe napięcie zasilające układ 12V. Aby maksymalne napięcie wyjściowe wynosiło 16V to napięcie zasilające musi być większe o minimalny spadek napięcia pomiędzy końcówkami IN - OUT LM-a (Patrz nota katalogowa układu scalonego).

Pozdrawiam.

masterkr
-
Posty: 7
Rejestracja: 01 cze 2007, 18:41
Lokalizacja: Wrocław

Post autor: masterkr » 09 sie 2013, 16:34

Bardzo dziękuję za wyczerpującą odpowiedź. Nawiasem nie wiem skąd Wy to wszystko wiecie i potraficie bez trudu rozłożyć każdy układ pod względem działania na czynniki pierwsze :lol:

Z tego co zrozumiałem, tak naprawdę wszystko rozbija się o regulację prądu potencjometrem P2, bo układ będzie zawsze dążył do uzyskania wartości prądu, którą zadamy. Jednak w przeciwieństwie do zwykłego źródła prądowego w tym układzie wymagana wartość prądu nie zostanie uzyskana jeśli używając P1 wyregulujemy za niskie napięcie. Tak przynajmniej zrozumiałem te słowa
Jak wzrośnie rezystancja obciążenia do wartości przy której nastawione napięcie nie jest w stanie wymusić nastawionego prądu to układ przejdzie do stabilizacji napięcia.
Czyli napięcie zatrzyma się na zadanym, nawet jeśli prąd nie osiągnie zadanej wartości, bo akurat rezystancja odbiornika przy takim napięciu mu na to nie pozwoliła. Dlatego jeśli chciałbym zrobić grzałkę i zasilić wybranym przeze mnie prądem, to potencjometr od napięcia P1 trzeba ustawić max., bo i tak nap. zostanie dobrane w taki sposób, żeby 'współpracując' z rezystancją odbiornika otrzymać zadany prąd. Mam rację? :razz:

Pozdrawiam

Jony130
Moderator
Posty: 3170
Rejestracja: 11 sie 2005, 16:33
Lokalizacja: wrocław

Post autor: Jony130 » 09 sie 2013, 16:57

Zobacz sobie jeszcze tu
https://forum.elportal.pl/viewtopic.php?p=72537#72537

I dodam jeszcze, że ten układ zachowuje się tak jak "zwyczajny stabilizator napięcia". I dopiero gdy prąd obciążenia przekroczy wartość ustawioną przez potencjometr P2 włączy się T1. I układ przejdzie w tryb "stabilizacji prądu". No i trzeba pamiętać, że rozładowany akumulator ma niższe napięcie niż napięcie ustawione za pomocą P1 ( napięcie końcowe ładowania). I na dodatek ma niską rezystancje wewnętrzną. I to właśnie dlatego ukąłd przechodzi w tryb "prądowy" po podłączeniu rozładowanego akumulatora do układu.

ODPOWIEDZ