Porque el voltaje de un cargador de baterías de coche va creciendo si la relación del transformador es fija?
He observado el funcionamiento interno de unos cargadores comerciales de baterías de coche y camión, compuestos de un gran transformador, un puente de diodos y un pequeño circuito electrónico encargado de cortar la carga al llegar a los 15 o 30 voltios en función del voltaje elegido. El tema es que cuando mides tensión en vacío, en este caso en el modo de 24 voltios, la tensión es de 21 voltios aproximadamente. Sin embargo, al conectar la batería, la tensión va creciendo hasta alcanzar los 30 voltios. ¿Cómo es esto posible? Si la relación entre la entrada del transformador y su salida es fija, ¿qué sucede para que la tensión vaya aumentando? Todas los valores son en continua.
2 Respuestas
Los cargadores para baterías de plomo de coches o camiones que suministran una corriente fuerte, no llevan ninguna clase de regulación de la tensión (circuitos reguladores LM), ni nada por el estilo. Solamente, tal como Vd cita, un circuito que interrumpe la carga cuando considera que la batería ya está cargada. Tampoco ninguna clase de filtro de la tensión rectificada (el condensador clásico en los alimentadores y fuentes para alimentar circuitos electrónicos).
Así el circuito de carga es muy simple Red-transformador-puente rectificador-batería. Esto significa que la tensión que suministra el cargador es una corriente pulsante formada por semi-sinusoides positivas que tienen un valor de pico (Vp) y medio (Vm), cuya relación es de Vp /Vm = Raiz de 2 x pi / 2 = 2,22 veces.
Cuando se mide la tensión del cargador en vacío, la tensión que mide es la media Vm, pero el valor de pico de la misma es mucho mayor. En su caso, si mide 21 V la tensión de pico presente alcanza 21 x 2,22 = 46,2 V.
En el momento en que se conecta la batería, lo que se mide es la tensión de la misma y circula una corriente de carga, gracias a la diferencia de tensión Vp - Vbat. En el supuesto de que la batería marque 24V, esta diferencia es de un máximo de 46,2 - 24 = 21,2V. Ahora bien, la corriente de carga es pulsante, que pasa por cero un número de veces igual al doble de la frecuencia de la alterna de suministro (50 o 60 Hz) y circula solamente frenada por la resistencia interna del circuito mencionado. En un supuesto de que la corriente de carga fuera de 4 A, esta resistencia interna se puede estimar en 21,4 / 4 = 5,35 Ohmios.
A medida de que la batería se va cargando, la tensión de la misma va ascendiendo, hasta que cuando alcanza el valor de 28,8v, se considera que la carga se ha completado, y la carga se debe interrumpir, aunque podría seguir cargándose porque la tensión de pico es todavía superior a ella en 46,2 - 28,8 = 17,4 V.
Muchas gracias por la explicación, la he compartido con los compañeros del trabajo para que entiendan el funcionamiento de gran parte de los cargadores que por allí manejamos. Un saludo.
Celebro que admita mi razonamiento, y haga partícipes del mismo a sus compañeros. Me permito añadir una ampliación:
Como la diferencia entre la tensión de pico y la de la batería disminuye a medida de que la tensión de ésta aumenta con la carga, la duración de los impulsos de la corriente de carga, disminuyen de duración, aunque siempre son inferiores a la duración de un semi-ciclo, que depende de la frecuencia de la línea (10 o 8,33 milisegundos, según que la frecuencia se de 50 o 60 hZ). Esto explica que la corriente de carga disminuya a media de que la carga se va completando.
Además que la tensión secundaria del transformador, que normalmente no varía, esté en el caso de un cargador para 24 V sea calculada de acuerdo con los parámetros de tensión antes expuesto, es decir de una tensión eficaz (o RMS) de la de pico partido por raíz de 2, o sea de alrededor de 32,67V de alterna.
Pasa que en los cargadores comerciales automáticos ( corte de corriente de carga con batería cargada) siempre encontrás un elemento que controla la corriente de carga. Normalmente es un regulador LM XXX que permite el paso de la corriente con batería descargada o con poca carga. Pero esta corriente de carga es obligada a pasar también por un resistor de muy bajo valor ( 0.08 / 0.10 ohms) donde se genera una caída de tensión proporcional a la corriente de carga... la que activa un circuito electrónico que maneja la patilla de" control" del LMXXX. Conforme la batería aumenta su carga... la corriente de carga va disminuyendo... y llegado a cierto limite inferior de corriente, el regulador actúa y la tensión de salida del mismo desciende bruscamente a valor menor que el nominal de la batería, interrumpiéndose la carga.
Si medís salida en vacío, el LM interpreta que hay una batería cargada y entregara tensión menor que la nominal de la batería. Al conectar la batería descargada circula una corriente que acivba el regulador... y la tensión sube al régimen de carga.
Resumiendo: El transformador y su puente de diodos entregan siempre la misma tensión continua al terminal" IN "del LM.. La corriente de carga disminuye conforme la batería se va cargando y la disminución es informada mediante un circuito electrónico especial al terminal " control" del LM.
Cuando la corriente de carga( que esta saliendo por el terminal" OUT" del LM) alcanzo un valor mínimo el regulador recibe la orden de interrumpirla y pasa a entregar una tensión de salida menor a la nominal de la batería.
Me parece fantástica la explicación, me recuerda a mis clases de teoría de formación profesional de electrónica (hace más de 20 años) y puede que esté un poco oxidado, pero yo doy por sentado que un cargador de baterías "comercial" (no fabricado por nosotros o un amiguete con un trafo) tiene una tensión de salida (Vs) de corriente continua (DC) al voltaje que sea (12,24,.....), que analizada en un osciloscopio no sería una linea perfecta pero los circuitos internos del cargador se encargan de pasar de (220ac->a 12v ac, a los 12v ac les quitan los semiciclos negativos con un puente rectificador etc etc hasta que dan una tensión de salida asimilada a corriente continua. - Javier A