Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.
И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений - от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.
Внимание! Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Для предупреждения глубокого разряда необходимо вручную отключить нагрузку либо использовать .
Вариант №1
Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:
Разберем, как она работает.
Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.
Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.
Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.
Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный - чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.
Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.
Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом - переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:
Вариант №2
В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.
Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).
Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:
Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.
Вариант №3
А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:
Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).
Вариант №4
Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.
При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.
В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.
Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше - тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.
Вариант №5
На трех транзисторах:
Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко - между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации - 3 мА, при выключенном светодиоде - 0.3 мА.
Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:
С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 - разрешено, 0 - запрещено.
Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.
Вариант №6
Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.
Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.
Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:
*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.
Вариант №7
Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector"ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.
Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.
Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.
Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.
Вот еще несколько вариантов на выбор:
- на 3.08V: TS809CXD , TCM809TENB713 , MCP103T-315E/TT , CAT809TTBI-G ;
- на 2.93V: MCP102T-300E/TT , TPS3809K33DBVRG4 , TPS3825-33DBVT , CAT811STBI-T3 ;
- серия MN1380 (или 1381, 1382 - они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка "1" в обозначении микросхемы - MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.
Также можно взять советский аналог - КР1171СПхх:
В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:
Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.
Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения - чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:
Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую "моргалку" на двух биполярных транзисторах.
Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:
Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.
Вариант №8
Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:
Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза - коротка вспышка - опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений - в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом - всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.
Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.
Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.
Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы - инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.
Вариант №9
Схема на 74HC04.
Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 - 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.
Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.
Вариант №10
Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914 :
Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.
Подключив 9-ый вывод микросхемы на "землю", можно перевести ее в режим "точка". В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.
В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения , т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.
Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.
Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!
Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:
Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.
Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.
Вариант №11
Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339 .
Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).
Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.
Вариант №12
Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.
Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.
Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.
Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.
Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке .
Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.
Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).
Вариант №13
Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют ), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.
Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.
Внимание!!! Попадаются платы, включающие защиту от переразряда при недопустимо низком напряжении (2.5В и ниже). Поэтому из всех имеющихся у вас плат необходимо отобрать только те экземпляры, которые срабатывают при правильном напряжении (3.0-3.2V).
Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:
Микросборка 8205 - это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.
Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.
Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.
Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.
Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.
Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.
Пожалуйста, учитывайте тот факт, что схемы индикаторов разряда сами потребляют энергию аккумулятора! Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, .
Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот - в качестве индикатора заряда.
Этот несложный прибор оповестит о разряде 12-вольтовой (например, автомобильной) аккумуляторной батареи звуком зуммера. Появление звукового сигнала будет означать, что аккумулятор разряжен и требует подзарядки. Порог чувствительности компаратора составляет приблизительно 0,2 вольта.
Схема собрана всего на трёх транзисторах и доступна для повторения даже начинающими радиолюбителями.
В режиме ожидания потребляемый ток около 3 ма, а при работе зуммера - около 4 ма.
Схема устройства приведена на рисунке:
Левая часть схемы на транзисторе Т1
представляет из себя компаратор, определяющий порог напряжения, ниже которого не должен разряжаться аккумулятор. Правая часть схемы на транзисторе Т2
- это звуковой генератор, а Т3
- усилитель.
Состояние разряда аккумулятора приблизительно можно оценить ориентируясь на данные таблицы:
| Напряжение, В | Заряд, % |
| 12,6-12,9 | 100 |
| 12,3-12,6 | 75 |
| 12,1-12,3 | 50 |
| 11,8-12,1 | 25 |
| 11,5-11,8 | 0 |
При подключении питания 12 вольт устройство начинает работать сразу, если же этого не произошло, значит, возможно, где-то в монтаже допущена ошибка.
Регулятором R1 следует добиться пропадания звука зуммера при заряженном состоянии аккумулятора, тогда зуммер включится, если напряжение снизится примерно на 0,2 вольта.
Проверка схемы сводится к простым действиям.
Отсоединяем коллектор транзистора Т1 от схемы, подключив питание, и убеждаемся, что звуковой генератор работает. Тональность звука можно изменить (если не устраивает) подбором номинала конденсатора С1 . После этого восстанавливаем соединение коллектора Т1 по схеме.
После этого можно перейти к настройке компаратора, собранного на транзисторе Т1 . Для этого, включив питание, измеряем вольтметром напряжение на стабилитроне ZD1 : оно должно быть 5 вольт. Далее плавно поворачиваем движок потенциометра R1 и добваемся появления звукового сигнала. При плавном повороте в обратную сторону движка этого потенциометра звук должен пропасть.
Для финальной настройки желательно запитать схему от регулируемого источника постоянного тока напряжением до 15 вольт. Подключаем параллельно питанию цифровой мультиметр в режиме вольтметра, выставляем по этому вольтметру напряжение, соответствующее предельному уровню разряда аккумулятора (по таблице выше) и регулировкой R1 добиваемся пропадания звукового сигнала. Фиксируем движок R1 в найденном положении. Затем на источнике питания начинаем плавно понижать напряжение до момента появления звукового сигнала зуммера и убеждаемся, что оно примерно на 0,2 вольта ниже, чем было установлено ранее.
При каком уровне понижения напряжения должно сработать звуковое оповещение, каждый пользователь может выставить регулятором R1 индивидуально.
На базе этой схемы можно сделать нагрузочную вилку для проверки аккумуляторов под нагрузкой, если дополнить схему мощным проволочным резистором, сопротивлением порядка 1,2 Ом, параллельно проводам питания схемы. Такая нагрузочная вилка позволит проверять степень просадки напряжения аккумулятора при протекании тока около 10А, допустимый уровень просадки выставляется, как и ранее, потенциометром R1 .
В схеме в качестве транзистора Т2 следует ставить только указанный тип транзистора 2SC945. Т1 и Т3 можно заменить на аналоги, например 2SC1213, 2N2222 или подобные им отечественные КТ315, КТ503. Стабилитрон ZD1 - любой маломощный на напряжение стабилизации 5 вольт. Буззер – обычный электродинамический излучатель с сопротивлением обмотки около 50 Ом (такие применяются на компьютерных платах).
Решил сегодня выложить еще одну статью. Опять таки не претендую на "открытие", поскольку все велосипеды изобретены уже давно! Просто однажды мы собирались на полёты, индикаторов разряда батерей в наличии не было вообще никаких, поэтому пришлось срочно придумывать и срочно делать девайсы, чтобы не загубить аккумуляторы. Да, устройства простенькие, в нех нет пищалки. Но супер яркие светодиоды хорошо видны даже в солнечный день и поэтому за сохранность аккумуляторов мы были спокойны. Я согласен, что девайсы получились простейшие, на уровне 80х годов. Тем не менее
с поставленой задачей они успешно справляются! Глядишь, кому то пригодятся!
Индикатор разряда Li Po аккумуляторов.
Известно, что Li Po аккумуляторам противопоказан разряд ниже 3,2 Вольт на банку. Разряд ниже этой величины приводит к скорому выходу аккумулятора из строя. Поэтому контроль напряжения предельного разряда каждой банки аккумулятора крайне желателен. Отсечка
двигателя регулятором скорости не может гарантировать своевременное отключение
аккумулятора. Поэтому имеет смысл применить дополнительную защиту, в качестве которой может использоваться светодиодный индикатор разряда аккумулятора.
В данной схеме в качестве компаратора применен прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Порог выставляется делителем напряжения в цепи УЭ (управляющего электрода) 15 ком (нижний по схеме резистор) и 4,3 ком (верхний резистор).
При этом соотношении резисторов срабатывание стабилитрона TL431 происходит при напря
жении банки 3,2 Вольт. Когда напряжение на аккумуляторе находится в пределах 3,2….4,2 В,
стабилитрон TL431 открыт, падения напряжения на нем недостаточно для работы светодиода и он погашен. Когда напряжение аккумулятора достигает 3,2 В, стабилитрон закрывается, а светодиод загорается от тока, протекающего через резистор 2 ком.
Индикатор состоит из трех одинаковых ячеек, что позволяет побаночно контролировать 1S, 2S и 3S аккумуляторы. При добавлении еще одной - двух ячеек, можно контролировать 4S и 5S
аккумуляторы. Светодиоды я использовал синие суперяркие, они, как мне кажется, наиболее
заметны днем. От звуковой сигнализации я отказался, поскольку звук слышно сравнительно недалеко, а увеличивать габариты и вес не хотел. Вполне достаточно светодиодов, тем более,
что после посадки модель все равно берешь в руки и незаметить включение светодиода просто
невозможно!
Штырьковые контакты я взял от негодной платы электроники винчестера с IDE интерфейсом.
Вставляются они, конечно, в балансирный разъем аккумулятора. Балансирные разъемы я
вывожу наружу из корпуса модели для зарядки аккумулятора без его извлечения из модели.
Закрепляю платку Индикатора на корпусе модели скотчем. Потом можно легко переставить
на другую модель.
Настройка. Настройку делаем каждой ячейки по очереди! Для настройки нужно три обычные батарейки по 1,5 Вольта, соединенные последовательно, переменный резистор 470 Ом и цифровой мультиметр. Переменный резистор 470 Ом включаем реостатом последовательно с плюсовым проводом батарейки. Таким образом получим источник напряжения 4,5 В.
Берем 2х контактный подходящий по шагу разъем и припаиваем к нему только два провода
от батарейки “ - ” и “ + ” . Как говорилось выше, “ + ” проходит через переменный резистор. Переменный резистор ставим в положение, соответствующее минимальному сопротивлению и подключаем разъем к соответствующим контактам нижней (или верхней) ячейки. Поскольку резистор установлен в положении минимального сопротивления, к ячейке приложено полное напряжение 4,5 В и светодиод гореть не должен. Затем разъем по очереди подключаем к двум другим ячейкам и убеждаемся, что все светодиоды погашены.
Затем плавно увеличиваем сопротивления переменного резистора, контролируя при этом
мультиметром напряжение на выходе резистора относительно минусового провода. При увеличении сопротивления резистора напряжение, подводимое к ячейке, начнет плавно уменьшаться и при достижении 3,18…..3,2 Вольт должен загореться светодиод. При уменьшении сопротивления резистора, т. е. при возрастании подводимого к ячейке напряжения выше 3,2 В, светодиод снова погаснет. Таким образом, переставляя разъем по очереди на соответствующие контакты, проверяем все ячейки. Порог включения можно изменять
подбором резистора 4,3 ком. При этом его можно составить из 2х резисторов, например
если поставить 2 ком + 2 ком = 4 ком (порог включения 3,14 В) , а 3,3 ком + 1 ком = 4,3 ком
(порог включения 3,18 В) У меня резистор 4,3 ком составлен из двух (3,3 ком + 1 ком) , что видно на фотографиях. Размеры печатной платы 3х ячеечного Индикатора 30 х 30 мм.
Регулируемый стабилитрон TL431 - широко распространенная деталь и продается в радиомагазинах. Кроме того, они используются практически в любом импульсном блоке питания (адаптере) для управления оптроном защиты.
Сделал несколько штук, работают нормально, обеспечивают своевременную индикацию.
Поэтому рекомендую для повторения авиамоделистами - радиолюбителями!
Общий вид. 
Принципиальная схема.
Монтажка
Вид со стороны деталей. Размер платы 30 х 30 мм.
Вид со стороны дорожек. Размер платы 30 х 30 мм.
Светодиоды любые супер яркие, синего свечения. Синие лучше всего заметны в солнечный день.
Итак, вы видите принципиальную схему сигнализатора маленького напряжения для автомобильного свинцово-кислотного аккумулятора. Очень важно следить за зарядом аккумуляторной батареи, чтобы предотвратить чрезмерный разряд АКБ, который чреват негативными последствиями для вашей перезаряжаемой батареи мы сделаем несложное устройство, следящее за уровнем напряжения на выводах АКБ.
Собрав несложную и весьма полезную схему звукового сигнализатора разряда, вы сможете оперативно узнать о низком напряжении на клеммах аккумулятора и предпринять меры: зарядить его обыкновенным сетевым зарядным устройством или через встроенный генератор на транспорте.
Схема состоит из двух частей:
первая, следящая за разницей потенциалов
и вторая – элементарнейший звуковой генератор
. Разберем принцип работы.
Сначала последовательно включены резистор стабилитрон и еще один резистор. На стабилитроне падает то напряжение, на которое он рассчитан, в нашем случае 10 В, в его технической документации (1N4740A) указана максимальная мощность 1 Ватт, напряжение стабилизации 10 В (ZENER VOLTAGE RANGE), значит максимальный допустимый ток 1W/10V=0.1A, но на самом деле 91 mA (REGULATOR CURRENT), номинальный же ток стабилизации равен 25mA (TEST CURRENT).
Посчитаем сопротивление двух резисторов. Как известно при последовательном включении ток протекает на всех элементах цепи одинаковый, а вот падение напряжение на разных компонентах разниться. По условию на стабилитроне стопроцентно должно падать около 10 В, максимальное напряжения на клеммах аккумулятора 14 В, значит 14-10=4 В должно остаться в сумме на двух резисторах R=4V/25mA=160 Ohm. Но на самом деле нам недопустимо такое большое потребление на холостом ходу, поэтому мы берём резисторы с сопротивление значительно большим, вследствие чего ток уменьшается и на стабилитроне будет падать меньше чем 10 В. Мною были выбраны на 20 кОм постоянный и переменный на 3 кОм. Ток потребления будет всего около 200 мкА.
Для открытия транзистора VT1 нужно подать на его базу плюс, а на эмиттер минус, напряжение примерно 0,7 В (зависит от вашего экземпляра) за это у нас отвечает нижний резистор R2, для точной настройки используется подстрочный резистор.
К коллектору транзистора VT1 подключена база VT2. Таким образом, когда напряжение более нормы (на аккумуляторе) VT1 открыт и база VT2 подключена в минусу – он закрыт. Когда же напряжение на аккумуляторе станет меньше нормы (вы сами выбираете норму) первый транзистор закроется и теперь ничто не мешает второму быть открытым через резистор 10 кОм.
Разбор генератора звуковых колебаний: состоит он из двух транзисторов разной проводимости. Предположим, что в начальный момент времени всё транзисторы (VT3 и VT4) закрыты из-за того, что через динамик и конденсатор подается плюс на PNP транзистор. Как только конденсатор зарядиться полностью он больше не станет проводить ток для дальнейшего закрытия VT3 и теперь ничто не мешает ему открыться через резистор R4. Когда VT3 откроется через его ЭК «потечет плюс” на базу NPN VT4 и тот также откроется – теперь через КЭ четвертого транзистора и динамик протекает ток (происходит щелчок). Во время этого щелчка конденсатор оказывается замкнут через резистор и открытый переход КЭ VT4, естественно он разряжается, причём происходит это определенное время, которое зависит от ёмкости самого конденсатора и величины сопротивления резистора. Как только конденсатор разрядиться VT3 снова закроется через катушку динамической головки и C1 и далее всё пойдет также само. Несмотря на простоту RC звукового генератора на практике он не всегда стабильно работает.
Резистор R5 100 Ом здесь ограничивает ток базы NPN транзистора.
Настройка схемы
Мы должны сделать так: подключить к схеме регулируемый источник питания, предварительно настроив напряжение равное 12 Вольтам (что соответствует разряду в 75% без подключённой нагрузки (можно выбрать и другое значение, таблица ниже) и изменяя сопротивление подстрочного резистора RV1 добиваемся того, чтобы при маленьком обороте болтика резистора начинал пищать динамик, вот это и вся настройка.
То есть мы устанавливаем такое напряжение между базой и эмиттером VT1, когда при недопустимом разряде транзистор закрыт (у моего транзистора напряжение насыщение вышло 658 mV) и при малейшем увеличении напряжения на АКБ неизбежно растет падение напряжение на R2 и следственно на БЭ VT1 подается уже больше U БЭ - он открывается, закрывая VT2.
Убеждаемся еще раз в правильности конфигурации путем изменения напряжения ЛБП, должно быть вот так: при U=12V и более всё тихо, а при U менее 12V издается писк.
Схемка очень простая и собрал я её используя компоненты для поверхностного монтажа, что поспособствовало максимальной миниатюризации платки, размеры 24 на 13 мм. Потребление в автономном режиме вышло в ~2 mA, а при сигнале достигает 15-20 mA.
Скачать плату:
Корпус – это параллелепипед пластмассовый, такая коробочка, в которой я сделал отверстие для буззера.
TL431
— трехногая микросхема, которую часто называют «управляемым стабилитроном», ведь с ее помощью можно получать любое напряжение в диапазоне 2,5…36 вольт. Кроме того, ее можно использовать как компаратор на напряжение 2,5 вольта:
— если на входе меньше, чем 2,5 вольта — ток через выходной транзистор микросхемы не идет;
— если на входе больше, чем 2,5 вольта — транзистор открыт, и ток идет через него.
Очень похоже на транзистор в ключевом режиме, не? И даже нагрузку — те же индикаторные светодиоды — можно включать точно так же, как в транзисторный ключ.
Готовая схема на 7 вольт
(для двух последовательно соединенных Li-ion батарей, где 8,4 вольта при полном заряде); для повышения точности R2
можно сделать из постоянного на 47k
и подстроечного на 10k
. Вывод 1, проводя аналогию с n-p-n
транзистором — «база», вывод 2 — «эмиттер», вывод 3 — «коллектор» (условно, конечно, стабилитрон — не транзистор). Пока на «базе» напряжение выше, чем 2,5 вольта — микросхема открыта, и ток идет через нее. По мере разряда батареи напряжение снижается, и как только с делителя пойдет меньше, чем 2,5 вольта — транзистор микросхемы закроется, и ток пойдет через светодиод.
При желании можно собрать эту же схему на резисторах 10k и 5k6 — она будет работать, но станет чуть более прожорливой. Так что для экономии лучше взять резисторы побольше номиналом. Повторюсь: индикатор разряда батареи не должен сильно ее разряжать .
R3 задает ток через светодиод-нагрузку и выходной транзистор микросхемы. Подбирается хотя бы и по желаемой яркости свечения.
Красным светодиодам для включения надо маленькое напряжение (начиная с 1,5 В), так что они могут светиться даже тогда, когда TL431
, по идее, открыта и шунтирует их. Решение — последовательно поставить второй светодиод или диод 1N4007.
Или использовать светодиоды с более высоким напряжением включения — зеленые, синие, белые.
Загрузка...