Что может быть печальнее, чем внезапно появившаяся батарея горючего во время полета или отключенный металлоискатель на перспективной поляне? Теперь, если бы вы знали заранее, сколько заряжается аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить заряд или вставить новый комплект батарей, не дожидаясь печальных последствий.
И здесь рождается идея сделать какой-то индикатор, который заранее будет сигнализировать о том, что батарея скоро разрядится. Радиолюбители всего мира рассматривают возможность реализации этой задачи, и сегодня есть целый вагон и небольшая тележка с различными схемными решениями. от цепей на одном транзисторе до сложных устройств на микроконтроллерах.
Ниже представлены только те литий-ионные аккумуляторы, которые не только проверены временем и достойны внимания, но и легко собираются своими руками.
Опция 1
Начнем с простой небольшой схемы на стабилитроне и транзисторе:
Посмотрим, как это работает.
Пока напряжение превышает определенный порог (2,0 В), стабилитрон находится в положении, соответственно, транзистор закрыт, и весь ток протекает через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения 2,0 В, 1,2 В (падение напряжения на основном переходном процессе транзистора VT1), транзистор начинает открываться, и ток начинает перераспределяться между двумя светодиодами.
Если мы возьмем двухцветный светодиод, мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную цветовую гамму.
Типичная разность прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0,25 В (красный свет горит при более низком напряжении). Именно эта разница определяет область полного перехода между зеленым и красным.
Таким образом, несмотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарея начала разряжаться. Пока напряжение аккумулятора составляет 3,25 В или более, загорается зеленый светодиод. Между 3,00 и 3,25 В красный начинает смешиваться с зеленым. чем ближе к 3,00 вольт, тем больше красного. Наконец, только 3V горит чисто красным.
Недостатком схемы является сложность выбора стабилитрона для получения необходимого порога для работы, а также постоянное потребление тока около 1 мА. Что ж, возможно, что дальтоники не оценят эту идею, меняющую цвет.
Кстати, если вы добавите транзистор другого типа в эту схему, вы можете заставить его работать противоположным образом. переход от зеленого к красному произойдет, наоборот, при увеличении входного напряжения. Вот модифицированная схема:
Вариант № 2
Следующая схема использует микросхему TL431, которая является регулятором точности напряжения.
Порог определяется делителем напряжения R2-R3. При номиналах, указанных на диаграмме, оно составляет 3,2 Вольт. Когда напряжение батареи падает до этого значения, микросхема перестает выключать светодиод и загорается. Это будет сигнализировать о том, что полная разрядка батареи очень близка (минимально допустимое напряжение на одном литий-ионном блоке составляет 3,0 В).
Если для питания устройства используется батарея из нескольких банков литий-ионных батарей, вышеуказанная схема должна быть подключена к каждому банку отдельно. Так:
Чтобы настроить схему, мы подключаем регулируемый источник питания вместо батарей, и, выбрав резистор R2 (R4), мы достигаем светодиода в нужное время.
Вариант № 3
А вот простая принципиальная схема индикатора разряда литиевой батареи на двух транзисторах: Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (KT3102) и BC556, BC557 (KT3107).
Вариант № 4
Схема на двух полевых транзисторах, которая буквально потребляет резервные микротоки.
Когда схема подключена к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется делителем R1-R2. Если напряжение выше, чем напряжение отключения полевого транзистора, он открывается и тянет затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.
В какой-то момент, когда аккумулятор разряжен, напряжение, снятое с делителя, становится недостаточным, чтобы разблокировать VT1, и он закрывается. Следовательно, напряжение, близкое к напряжению питания, появляется на затворе второй волны. Открывается и загорается светодиодом. Свечение светодиода указывает на то, что вам необходимо зарядить аккумулятор.
Транзисторы подойдут к любому n-канальному с низким напряжением отсечки (чем меньше, тем лучше). 2N7000 не был проверен в этой схеме.
Вариант № 5
На трех транзисторах:
Я думаю, что схема не нуждается в объяснении. Из-за высокого коэффициента. Усиление трех транзисторных ступеней, схема работает очень четко. достаточно разницы между светодиодами и неосвещенными светодиодами в сотне вольт. Ток потребления при включенном индикаторе. 3 мА, когда светодиод не горит. 0,3 мА
Несмотря на объемный внешний вид схемы, готовая доска имеет довольно скромные размеры:
Для подключения нагрузки от коллектора VT2 может быть получен сигнал: 1. разрешено, 0. запрещено.
Транзисторы BC848 и BC856 могут быть заменены на BC546 и BC556 соответственно.
Вариант № 6
Мне нравится эта схема в том, что она не только включает дисплей, но и снижает нагрузку.
Жаль, что сама схема не отключается от батареи, продолжая потреблять энергию. И кушает, благодаря постоянно горящему светодиоду, много.
Зеленый светодиод в данном случае выступает в качестве источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Для того, чтобы избавиться от такого неуязвимого элемента, вы можете использовать один и тот же TL431 вместо источника опорного напряжения, включив его следующим образом:
подключите катод TL431 ко 2-му выходу LM393.
Вариант № 7
Схема с использованием так называемых мониторов напряжения. Их также называют наблюдателями и детекторами напряжения (детекторы напряжения). Это специализированные схемы, разработанные специально для контроля напряжения.
Видео: Как Подключить Индикатор Заряда Аккумулятора Шуруповерта
Например, вот схема, которая зажигает светодиод, когда напряжение батареи падает до 3,1 В. Собран на BD4731.
Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также независимо ограничивает выходной ток до 12 мА. Это позволяет напрямую подключать светодиод без ограничения резисторов.
Точно так же вы можете применить любой другой контроллер к любому другому напряжению.
Вот еще несколько вариантов на выбор:
- при 3,08 В: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E / TT, CAT809TTBI-G;
- 2,93 В: MCP102T-300E / TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
- Серия MN1380 (или 1381, 1382. Они отличаются только случаями). Для наших целей лучшим вариантом является открытый сток, о чем свидетельствует дополнительная сумма "1" в обозначении чипа. MN13801, MN13811, MN13821. Рабочее напряжение определяется буквенным индексом: MN13811-L. всего 3,0 Вольт.
Также можно взять советского коллегу. KR1171SPhh:
В зависимости от цифрового обозначения, напряжение обнаружения будет различным:
Сетка напряжения не очень хороша для управления литий-ионными батареями, но я не думаю, что стоит полностью отказаться от этого чипа.
Неоспоримые преимущества цепей на мониторах напряжения. Чрезвычайно низкое энергопотребление (единицы и даже доли микроампер) и его предельная простота. Часто вся цепь напрямую подключается к клеммам светодиодов:
Чтобы сделать разрядное отображение еще более заметным, выходной сигнал детектора напряжения можно загрузить на мигающий светодиод (например, серия L-314). Или собери самое простое "мигает" на двух биполярных транзисторах.
Пример готовой схемы уведомления о разряженной батарее с помощью мигающего светодиода показан ниже:
Другая схема с мигающим светодиодом будет обсуждаться ниже.
Вариант № 8
Классная схема, которая начинает мигать светодиодом, когда напряжение на литиевой батарее падает до 3,0 В:
Эта схема вызывает вспышку над ярким светодиодом с частотой заполнения 2,5% (т.е. длительная пауза. Короткая вспышка. Снова пауза). Это уменьшает потребление тока до смешных значений. при выключении цепь потребляет 50 нА (нано!), а светодиод мигает. только 35 мА. Можете ли вы предложить что-то более экономичное? Вряд ли.
Как видите, работа большинства схем управления разрядкой заключается в сравнении напряжения некоторых моделей с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница увеличивается и включает / выключает светодиод.
Как правило, каскад на транзисторе или операционного усилителя, включенного в схему компаратора используется в качестве усилителя для различения между опорным напряжением и напряжением на литиевой батареи.
Но есть и другое решение. Логические элементы могут быть использованы в качестве усилителя. инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Аналогичная схема показана в следующем варианте осуществления.
Вариант № 9
Схема для 74HC04.
Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже, чем в цепи. Например, вы можете взять стабилитроны по 2.0. 2,7 вольт. Точная настройка порога задается резистором R2.
Схема потребляет около 2 мА батареи, поэтому ее также следует включить после выключателя питания.
Вариант № 10
Это даже не индикатор разряда, это целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает визуальное представление о состоянии батареи. Весь функционал реализован только на одном чипе LM3914:
Делитель R3-R4-R5 устанавливает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговое напряжение. При значениях, указанных на диаграмме, напряжение верхнего светодиода соответствует напряжению 4,2 В, а когда напряжение упадет ниже 3 вольт, последний (нижний) светодиод погаснет.
Подключив 9-й чип-пин в "земля"Вы можете разместить его "отметка", В этом режиме всегда горит только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если вы оставите это так же, как на диаграмме, вся шкала светодиодов будет гореть, что неэффективно с точки зрения эффективности.
Как светодиоды требуются только красные светодиоды, так как они имеют наименьшее прямое напряжение во время работы. Например, если вы возьмете синие светодиоды, то при разряде батареи до 3 вольт они, скорее всего, вообще не загорятся.
Сам чип потребляет около 2,5 мА плюс 5 мА для каждого светящегося светодиода.
Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной регулировки порога зажигания каждого светодиода. Можно установить только начальные и конечные значения, и встроенный в чип делитель разбивает этот интервал на 9 сегментов. Но, как вы знаете, ближе к концу разряда напряжение батареи начинает очень быстро падать. Разница между 10% и 20% разряженными батареями может составлять десятые доли вольта, и если вы сравните те же 90% и 100% разряженные батареи, вы можете увидеть разницу в общих вольтах!
Типичная диаграмма разряда литий-ионного аккумулятора, показанная ниже, ясно иллюстрирует это:
Таким образом, использование линейной шкалы для указания степени разряда батареи не кажется очень уместным. Нам нужна схема, которая позволяет вам установить точное напряжение, при котором горит определенный светодиод.
Полный контроль над временем работы светодиодов представлен на схеме ниже.
Вариант № 11
Эта диаграмма представляет собой 4-разрядный индикатор заряда батареи / батареи. Он реализован на четырех усилителях, включенных в чип LM339.
Схема работает при 2 Вольт, потребляет меньше миллиампер (не считая светодиода).
Конечно, чтобы отразить фактическое значение потребляемой и остаточной емкости батареи, необходимо учитывать кривую разряда использованной батареи (с учетом тока нагрузки) при настройке схемы. Это позволит вам установить точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%.25%.50%.100% остаточной емкости.
Вариант № 12
И, конечно же, самая широкая сфера раскрывается при использовании микроконтроллеров с встроенным источником опорного напряжения и вход АЦПА. Здесь функциональность ограничена только вашей фантазией и способностями программирования.
Вот пример простой схемы на контроллере ATMega328.
Хотя здесь, чтобы уменьшить размер платы, было бы лучше взять ATTiny13 с 8 трубками в упаковке SOP8. Тогда это было бы здорово. Но пусть это будет твоя домашняя работа.
Светодиод доступен в трех цветах (из светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.
Готовую программу (эскиз) можно скачать по этой ссылке.
Программа работает так: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Основываясь на результатах измерений, MC управляет светодиодами ШИМ, что позволяет ему создавать различные оттенки света, смешивая красный и зеленый.
Заряженная батарея выдает около 4,1 В. загорается зеленый индикатор. Во время зарядки напряжение батареи составляет 4,2 В, а зеленый светодиод мигает. Как только напряжение падает ниже 3,5 В, мигает красный светодиод. Это будет сигнализировать о том, что батарея почти разрядилась, и пришло время заряжать ее. В остальной части диапазона напряжения индикатор изменится с зеленого на красный (в зависимости от напряжения).
Вариант № 13
Ну, на закуску я предлагаю вариант переделки стандартной защитной карты (также называемой контроллерами заряда), превратив ее в индикатор разряженной батареи.
Эти платы (печатные платы) взяты из старых батарей мобильных телефонов практически в промышленном масштабе. Просто возьмите разряженную батарею с мобильного телефона снаружи, вытащите ее и плату в свои руки. Утилизируйте все остальное, как ожидалось.
Чаще всего плата PCB выглядит так:
Микросборка 8205. Это два миллиона полевых рабочих, собранных в одном корпусе.
Сделав несколько изменений в схеме (показано красным), мы получим отличный разряд литий-ионной батареи, которая практически не потребляет ток отключения.
Поскольку транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от аккумуляторных батарей, в нашей схеме это лишнее. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.
Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление следует выбирать таким образом, чтобы свечение светодиода уже было заметно, но энергопотребление еще не слишком велико.
Кстати, вы можете сохранить все функции модуля безопасности и сделать дисплей с помощью отдельного транзистора, управляющего светодиодом. То есть индикатор загорается одновременно, когда батарея выключается во время разряда.
Вместо 2N3906 доступен любой маломощный p-n-p транзистор. Просто пайка светодиода не работает напрямую, потому что выходной ток микросхемы, управляющей клавишами, слишком мал и требует усиления.
Как нетрудно догадаться, схему можно использовать и наоборот. в качестве индикатора заряда.
