Fig. 1. Circuito do carregador.
Atualizado em 30/06/2002.
O circuito aqui descrito é um carregador de baterias chumbo ácido seladas, geralmente usadas em robôs móveis. Ele apresenta as características seguintes:
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Fig. 1. Circuito do carregador. |
O circuito do carregador é mostrado na Fig. 1. Esse circuito é na verdade um regulador de tensão com limite de corrente. Uma entrada DC não-regulada via o conector CN1 fornece a potência necessária ao funcionamento do circuito. Em CN2 temos a saída de alimentação a ser conectada a uma carga (circuito de potência dos motores, parte lógica, etc.). A bateria se conecta a CN3. Quando o circuito é alimentado pela entrada DC, e supondo que a bateria não esteja sob carga, o regulador LM317 gera uma tensão contínua dada aproximadamente por
Vr = V3-(Ve-) = 1,25*(1+(R3+R4+R5)/R1),
onde V3-(Ve-) significa a diferença de potencial entre o pino 3 do LM317 e a linha Ve- (ver circuito). Essa condição ocorre quando a bateria está completamente carregada. A tensão sobre o resistor R1 é constante, dada por 1,25 volts. O potenciômetro R3 deve ser portanto ajustado de forma que a tensão sobre a bateria não ultrapasse o máximo permitido. Para uma bateria de 12 volts, o máximo permitido é em torno de 13,5 volts. Por conta do diodo D1, a tensão sobre a bateria é Vr-0,6 volts. Quando está sob carga, o circuito composto por R4, R5 e T1 serve para limitar a corrente máxima de carga Ic, que é de aproximadamente
Ic = 0,6/R5 - 1,25/R1.
No caso do circuito da Fig. 1, Ic é 120 mA. Para uma bateria de 12 volts e de capacidade C = 1200 mAh, uma carga lenta se faz em T = 10 horas (T = C/Ic). De acordo com R3, a tensão máxima sobre a bateria pode chegar a aproximadamente 35 volts. Assim, R3 deve ser ajustado de forma a se obter os 13,5 volts máximos para uma bateria de 12 volts. Esse ajuste deve ser feito colocando uma resistência de uns 10 KOhms no lugar da bateria.
Quando uma bateria descarregada é conectada ao circuito, uma corrente constante de valor Ic passa por ela até quando sua tensão chega próximo de Vr-0,6. Então, a corrente de carga se reduz até a tensão sobre a bateria chegar a Vr-0,6. Quando um circuito é conectado a CN2, a bateria continua a ser carregada como descrito acima. Nessas condições, o carregador funciona como um regulador de tensão para o circuito de carga, onde a tensão será um pouco superior à tensão da bateria:
(Vs+) - (Vs-) = (Vbat+)-(Vbat-) + 0,6*(R4+R5)/R5.
Assim, o usuário pode manter o sistema sob carga enquanto estiver fazendo testes (por exemplo, programando o robô) ou montando um circuito. Quando desligada a alimentação do conector CN1, então a bateria passa a fornecer potência para o circuito de carga ligado ao conector CN2. Entretanto, devido ao diodo D2, a tensão nos terminais de CN2 é dada pela tensão da bateria menos a queda de tensão sobre o diodo.
Lógicamente, o regulador LM317 deve ser dotado de um bom radiador de calor, por conta de também fornecer corrente para o circuito de carga ligado a CN2. Note que a família LM317 possui versões capazes de suprir até 3A, o que já mais que suficiente para muitas aplicações. A potência de dissipação deve ser também respeitada, que no caso é dada pela queda de tensão entre os pinos 2 e 3 do regulador, multiplicada pela corrente de saída pelo pino 3. Para maiore correntes, o LM338 pode ser usado. Os diodos D1 e D2 devem também ser modificados de acordo com a corrente a ser consumida pelo circuito de carga acrescida da corrente de recarga da bateria.
Fig. 2. Conexão com uma bateria (ou mais em série). |
A Fig. 2 mostra a forma mais simples de uso do carregador, onde uma fonte de tensão DC não-regulada alimenta o sistema. Uma ou mais baterias em série podem ser ligadas a CN3, desde que a tensão máxima sobre elas seja devidamente ajustada por R3.
Fig. 3. Conexão com duas baterias. |
Na Fig. 3 temos um esquema de conexão de duas baterias. Essa configuração é interessante quando deseja-se ter uma bateria para alimentar o circuito de potência de robôs móveis, e outra para os circuitos mais sensíveis (lógica, aquisição de dados, processamento, etc...). Entretanto, se uma única fonte de alimentação é usada, as referências de 0 volts (massa) dos circuitos de carga A e B podem não ser as mesmas. Assim, como mostrado na Fig. 3, qualquer troca de sinais entre os dois circuitos deve ser feita usando acopladores ópticos, ou mesmo usando amplificadores de instrumentação. Uma solução mais eficaz a esse problema é mostrada na Fig. 4, onde duas fontes de alimentação isoladas são usadas. Nesse caso, a massa comum aos circuitos A e B é garantida. Como mostrado nessa figura, a conexão das massas a um ponto comum é recomendada.
Fig. 4. Conexão com duas baterias em massa comum. |
Você pode consultar os manuais do LM317 e LM338 da National para se informa melhor, e talvez ter outras idéias. Algumas notas de aplicação estão disponíveis nessas páginas. Sugiro as seguintes notas de aplicação:
Esse carregador é atualmente em uso no robô Asterisco, onde foi utilizada a configuração da Fig. 1 com duas baterias em série.