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8/7/2019 Cargador Bateria Ups
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Cargador de Baterapara UPS
Marder, Felipe - Lombardero, Oscar G. - Aquino, Carlos
Depto de Ingeniera Elctrica - FACENA - UNNE 9 de julio 1449 - 2
Piso Laboratorio N 10 - (3400) Corrientes - ArgentinaTel.: +54
(03783) 423126 - E-mail: [email protected] RESUMENEl presente
trabajo con el carcter de desarrollo tecnolgico, forma parte del
proyecto aprobado por laSECYT PI N 454 titulado Diseo de sistemas
de control y automatizacin para la industria basado
enmicro-controladores. El mismo consiste en el diseo e
implementacin de un cargador de bateras, las que asu vez alimentan
un sistema ininterrumpido de energa o UPS. Se propone como
principio de funcionamientodel cargador el de fondo-flote , con
limitacin de corriente.INTRODUCCINEn la actualidad existe un
espectro muy amplio de bateras con distintas caractersticas
elctricas, de lascuales si las clasificamos en una primera
instancia como descartables y recargables, son las del segundo
grupolas que centran nuestra atencin. Las llamadas bateras
recargables son aquellas que permiten bajo un rgimenadecuado de
carga (y a veces descarga), recuperar la misma un nmero de veces
que depende de variosparmetros, como ser los tipos de componentes
electroqumicos que la componen, velocidad de carga,rgimen bajo el
cual estuvo trabajando, nivel de descarga residual, etc. Existen
algunas bateras que inclusopresentan una condicin de memoria y se
vuelven reticentes a la recarga. En los ltimos cuarenta aos sehan
empleado fundamentalmente dos tipos de bateras que son las de
plomo-cido y las de carbn-zinctambin llamadas secas. El
inconveniente de las primeras es que liberaba gases y deba estar en
posicinhorizontal. Con las nuevas tecnologas se consigui a costa de
un volumen un poco mayor, tener bateras detipo sellada, para
aplicaciones en telefona y en las UPS.De las denominadas secas, un
avance se produjo con la incorporacin de dixido de manganeso como
nodo,dando origen a las pilas alcalinas tipo Duracell. Otra de las
bateras que ms xito tuvieron en el mercado sonlas alcalinas de
Ni-Cd, que tienen la ventaja de ser recargables, pero con el
inconveniente de que presentansolo 1.2V en vez de los 1.5V de las
anteriores, y tambin el efecto memoria comentado.La gestin de carga
de las bateras implica la medicin del estado de carga y el
mantenimiento de la misma enlas mejores condiciones. Se debe
controlar la cantidad de energa mediante el clculo de las
corrientes decarga y descarga. Si bien el circuito propuesto est
implementado con elementos discretos, la idea que sepersigue es el
estudio de la filosofa de funcionamiento para a posteriori
reformularla en un dispositivo basadoen microcontroladores,
teniendo en cuenta los factores que limitan la vida til de las
bateras, sobre todo en elrgimen impuesto por los sistemas
ininterrumpidos de energa. Lo interesante de esta propuesta desde
elpunto de vista del diseo, es la metodologa basada en un nomograma
que se corresponde con la topologa delcircuito considerado, y que
facilita el clculo de los componentes.MATERIALES YMTODOSEl diagrama
en bloques del sistema propuesto es el siguiente
Fig N 1 Diagrama en bloques del cargador
Limitador decorriente
control sensor
Fuente deenerga
yrectificador
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En este diagrama podemos apreciar el elemento regulador de
corriente que est comandado por el controldentro de un lazo de
realimentacin. De esta manera se regula la cantidad de corriente de
carga que entrega elelemento de paso, como fuente constante y cuyo
valor va a depender del grado de descarga de la batera. Elsistema
de control es una bascula de Schmitt, que conecta la fuente para un
valor U min y desconecta paraUmax .
El circuito que se implement como cargador de bateras fue el
siguiente
Fig N2 Diagrama esquemtico del circuito utilizado
El nomograma utilizado para el clculo de los distintos
componentes y del cual se desprenden las ecuacionesparamtricas, es
el siguiente:
Fig N3 Nomograma paramtrico para clculo de los componentes
Uref 5.1V
10V
0.6V
Va min
Va max
VR11
L2L1
VR12
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Donde en el primer eje tenemos representada la variacin del
potencial en el punto Vb y en el segundo, lavariacin en el punto
Va. La tensin de referencia est dada por el diodo zener de 5,1V y
que se ve reflejadaen la entrada no inversora del operacional.
Con relacin a la Fig N2 , tenemos que la relacin de tensiones en
el punto Va, el cual tendr valorescomprendidos entre Va max y Va
min dados por los valores mximos y mnimos aceptables de la tensin
enbornes de la batera
El factor Ko es un factor de diseo. El comparador tiene la
funcin de detectar en que estado est la batera, yexcitar la fuente
de corriente mientras la V A sea menor que U ref , o sea mientras
VR1 es distinta de cero.Segn el nomograma tenemos
De estas ecuaciones se desprende que
K0 puede ser fijado en funcin de la corriente que circula por la
rama de R A y R B la cual adoptamos comomucho mayor que la que
circula por R 1 y R 2. Adems el valor de K 0 me debe permitir una
correctapolarizacin del zener de 7,5V, aun en la peor condicin, o
sea cuando tenemos Umin (4,8V). En definitiva, elvalor de VR1 1 +
VR1 2 seala el margen de histresis con el que va a funcionar el
dispositivo, y estacondicionado por el margen preestablecido de
carga mxima y mnima, y fijado circuitalmente por lasresistencias R1
y R2.El TIP147 fue adoptado por la condicin de la corriente mxima
de carga, fijada en 4A.El valor de K 1 = 1,088 est dado por la
ecuacin (3) y nos permite calcular el valor de Ko teniendo en
cuentala ecuacin (4).
10 511
51 0 61
2
1
2
1
1
2
=
=
.
. .
VR L L
VR L L
VaU R R R
U K
VaU R R R
U K
maxmax B
A Bmax
minmin B
A Bmin
= + =
= + =
0
0
10 51
51 0 6
1
151 1
51 1
2
1
1
1
2
= =
= +=
.
. ..
.
VR
VR
K
Va VR
Va VRmax
min
VR Vamax K U R K
VR Vamin K U Rmax B
min B
1 51 51
1 51 511 0 0
2 0
= = = =
. .
. .
con K R
R R B
A B0 = +
(1)
(2)
(3)
(4)
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Si fijamos el valor de R B = 2K2, tenemos que R A = 180,
habiendo adoptado valores normalizados para ambasresistencias. Como
la corriente de realimentacin tiene que ser mucho menor que la de
polarizacin del zener,se la toma como 250 veces menor, lo que adems
facilita el clculo. Se adopta entonces para R2 un valor de560K.Para
el clculo de R1 se emplea la ecuacin (4).
Este circuito fue implementado y ensayado en nuestro
laboratorio, habiendo trabajado correctamente y segnlo estimado. Se
elabora actualmente, un sistema similar pero utilizando un
microcontrolador de la familiaPIC16F84 de Microchip, en el cual se
prev ingresar las seale analgicas a travs de un conversor ADC
detipo serial.
REFERENCIAS
Texas Manual de semiconductores Tomo I y II.Texas .
Transistores, Circuitos. Diseo Ed CEACSABonin, Forteza Fuentes de
Alimentacin Reguladas Electrnicamente Ed ParaninfoRivero R.
Reguladores de tensin y Corriente Ed ARBOMcMichell F, Recycling
batteries IEEE Spectrum, pp 35-42 1998.National Semiconductor
Applications Manual 1994
Dahlman, J.; Girard, S.; Miller, G.; Beede, D.; Curatolo, T. A
microprocessor based intelligent battery chargerBattery Conference
on Applications and Advances, 1994., Proceed of the Ninth Annual on
Pages: 185 - 190
( )K
K
K U U max min0
1
1
51 10 922= +
+=. ,
R RVamin
adoptamos R K 1 2 151
10 5134285 33=
= =
,,
