Cred că acest subiect va fi relevant pentru cei care au mai mult de două mașini. De regulă, unul este folosit iarna, celălalt vara. Adică unul dintre ei stă într-un garaj sau parcare un sezon pe an. Și în timp ce stă acolo, nu știm cum îi merge bateria. Nu, desigur că îl puteți „testa” periodic cu un voltmetru sau puteți cumpăra un indicator gata făcut, dintre care există multe pe același Ali-express (de exemplu, introdus în brichetă). Dar am vrut să-mi fac propriul indicator care să arate valori intermediare ale încărcării reziduale a bateriei. Ei bine, de exemplu, se încarcă peste 75%, 75%, 50% și 25%. Mai mult, mi-ar plăcea să fiu atât de leneș cu starea de sănătate a bateriei, încât nu trebuie să mai urc încă o dată sub capota mașinii și să despachetez încărcătorul inutil.
Am căutat mult timp scheme acceptabile pe Internet. Am adunat câteva. Dar nu este la fel. Histerezisul indicației este de așa natură încât ar fi mai bine dacă nu ar exista; este mai ușor și mai fiabil să măsurați această indicație cu un tester. Fie setările plutesc și nu există stabilitate, fie, în general, luminozitatea LED-ului se schimbă fără probleme în funcție de tensiunea bateriei și du-te și află ce este pe el. Și apoi am găsit o diagramă pe un site portughez. Este simplu până la indecent și pare că ar trebui să funcționeze. Este construit pe amplificatorul operațional UA741. Iat-o:
În ea, am schimbat doar valoarea diodei zener de la 6,2 V la 7,5 V. Operațiunile sunt clare. LED-ul se aprinde la setarea dorită (reglată prin rezistența de reglare R2). Este mai bine să utilizați multi-turn R2, deoarece setarea lor la tensiunea necesară nu este ușoară. Sensibilitatea în zona de declanșare este foarte blândă și o rotire aproape invizibilă a șurubului de reglare duce tensiunea dorită în lateral.
Este necesar să se configureze folosind o sursă de alimentare de laborator precisă, reglată, cu un voltmetru digital care arată zecimi (sau mai bine zis, sutimi, am pornit un tester digital în paralel) de volt. Deoarece am vrut să văd gradul de încărcare a bateriei în gradațiile indicate mai sus, am asamblat un circuit de trei astfel de blocuri. Iată un desen al sigiliei:
Când bateria este încărcată complet, tensiunea de pe aceasta este peste 12,7 V, în timp ce nici un LED nu se aprinde și totul este în regulă (foto 1).
Primul bloc aprinde LED-ul verde atunci când tensiunea la bornele bateriei este mai mică de 12,5 V, ceea ce corespunde la aproximativ 75% din încărcarea bateriei (foto 2).
Al doilea aprinde LED-ul galben atunci când tensiunea este sub 12,2 V, adică aproximativ 50% încărcare (Foto 3).
Ei bine, al treilea, roșu, se aprinde când tensiunea este sub 11,7 V sau aproximativ 25% din încărcarea rămasă a bateriei (Foto 4).
Am folosit setările de tensiune pentru bateriile AGM (le am pe mașinile mele). Pentru cele acide obișnuite, acestea pot fi schimbate cu altele. Placa a fost plasată într-o carcasă mică (40 mm x 70 mm). Pe carcasă am plasat un întrerupător suplimentar de dimensiuni mici la întreruperea firului pozitiv pentru comoditate, pentru a nu scoate clemele de la bornele bateriei atunci când nu sunt necesare măsurători și pentru ca dispozitivul să nu consume, deși mic (aproximativ 20 mA, determinată în principal de curentul LED-urilor aprinse) curent din baterie . Un fir dublu roșu-negru cu cleme la capete este conectat la bateria de la dispozitiv (Foto 5).
Aparatul este conectat permanent la bornele bateriei unei mașini parcate în garaj. Când este necesar, mergând în garaj, fără „dans” inutil, aprind comutatorul de pe dispozitiv, observ ce culoare sunt aprinse „luminile” și văd dacă bateria mea este sănătoasă sau dacă trebuie „tratată”.
» a fost primit un comentariu cu propuneri interesante de îmbunătățire a designului.
Deoarece indicatorul de baterie descărcată (clauza 3 din comentariu) este recomandabil să fie utilizat pe orice dispozitiv electronic autonom, pentru a evita defecțiunile neașteptate sau defecțiunile echipamentului în cel mai inoportun moment când bateria este descărcată, fabricarea unui indicator de baterie descărcată este acoperită în un articol separat.
Utilizarea unui indicator de descărcare este deosebit de importantă pentru majoritatea bateriilor cu litiu cu o tensiune nominală de 3,7 volți (de exemplu, popularele 18650 de astăzi și bateriile Li-ion plate similare sau comune de la telefoanele de înlocuire a smartphone-urilor), deoarece le „displace” cu adevărat descărcările sub 3,0 volți și astfel eșuează. Adevărat, majoritatea ar trebui să aibă circuite de protecție în caz de urgență încorporate împotriva descărcării profunde, dar cine știe ce fel de baterie aveți în mână până când o deschideți (China este plină de mistere).
Dar cel mai important, aș dori să știu dinainte ce încărcare este disponibilă în prezent în bateria utilizată. Apoi am putea conecta încărcătorul la timp sau instalam o nouă baterie fără să așteptăm consecințe triste. Prin urmare, avem nevoie de un indicator care să dea un semnal în prealabil că bateria se va epuiza complet în curând. Pentru a implementa această sarcină, există diverse soluții de circuit - de la circuite pe un singur tranzistor la dispozitive sofisticate pe microcontrolere.
În cazul nostru, se propune realizarea unui indicator simplu de descărcare a bateriei cu litiu, care poate fi asamblat cu ușurință cu propriile mâini. Indicatorul de descărcare este economic și fiabil, compact și precis în determinarea tensiunii controlate.
Circuit indicator de descărcare
Circuitul este realizat folosind așa-numitele detectoare de tensiune. Se mai numesc și monitoare de tensiune. Acestea sunt cipuri specializate concepute special pentru controlul tensiunii. Avantajele incontestabile ale circuitelor de monitorizare a tensiunii sunt consumul de energie extrem de scăzut în modul de așteptare, precum și simplitatea și acuratețea sa extremă. Pentru a face indicația de descărcare și mai vizibilă și mai economică, încărcăm ieșirea detectorului de tensiune pe un LED intermitent sau „lumină intermitentă” pe două tranzistoare bipolare.
Detectorul de tensiune (DA1) PS T529N utilizat în circuit conectează ieșirea (pinul 3) a microcircuitului la firul comun, atunci când tensiunea controlată a bateriei scade la 3,1 volți, pornind astfel puterea la impulsul de mare sarcină. generator. În același timp, LED-ul super-luminos începe să clipească cu o perioadă: pauză - 15 secunde, bliț scurt - 1 secundă. Acest lucru vă permite să reduceți consumul de curent la 0,15 ma în timpul pauzei și la 4,8 ma în timpul blițului. Când tensiunea bateriei este mai mare de 3,1 volți, circuitul indicator este practic oprit și consumă doar 3 μA.
După cum a arătat practica, ciclul de indicare indicat este suficient pentru a vedea semnalul. Dar dacă doriți, puteți seta un mod care este mai convenabil pentru dvs. selectând rezistența R2 sau condensatorul C1. Datorită consumului scăzut de curent al dispozitivului, nu este prevăzut un comutator separat de alimentare pentru indicator. Dispozitivul este operațional atunci când tensiunea de alimentare este redusă la 2,8 volți.
Realizarea unui încărcător
1. Echipamente.
Achizitionam sau selectam dintre cele disponibile, componente pentru asamblare conform diagramei.
2. Asamblarea circuitului.
Pentru a verifica funcționalitatea circuitului și setările acestuia, asamblam un indicator de descărcare pe o placă de circuite universală. Pentru ușurință de observare (frecvență mare de impuls), în timpul testului, înlocuiți condensatorul C1 cu un condensator de capacitate mai mică (de exemplu, 0,47 μF). Conectăm circuitul la o sursă de alimentare cu capacitatea de a regla fără probleme tensiunea DC în intervalul de la 2 la 6 volți.
3. Verificarea circuitului.
Coborâți încet tensiunea de alimentare a indicatorului de descărcare, începând de la 6 volți. Observăm pe afișajul testerului valoarea tensiunii la care se aprinde detectorul de tensiune (DA1) și ledul începe să clipească. La selectarea corectă a unui detector de tensiune, momentul de comutare ar trebui să fie în jur de 3,1 volți.
4. Pregătiți placa pentru montarea și lipirea pieselor.
Decupăm piesa necesară pentru instalare de pe placa de circuit imprimat universal, pilim cu grijă marginile plăcii, curățăm și cositorim pistele de contact. Dimensiunea plăcii tăiate depinde de piesele folosite și de aranjarea acestora în timpul instalării. Dimensiunile plăcii din fotografie sunt 22 x 25 mm.
5. Instalarea circuitului depanat pe placa de lucru
Dacă rezultatul este pozitiv în funcționarea circuitului de pe placa de circuit, transferăm piesele pe placa de lucru, lipim piesele și executăm conexiunile lipsă cu un fir de montare subțire. La finalizarea asamblarii, verificam instalarea. Circuitul poate fi asamblat în orice mod convenabil, inclusiv instalarea pe perete.
6. Verificarea circuitului de lucru al indicatorului de descărcare
Verificăm funcționalitatea circuitului indicator de descărcare și setările acestuia prin conectarea circuitului la sursa de alimentare și apoi la bateria testată. Când tensiunea din circuitul de alimentare este mai mică de 3,1 volți, indicatorul de descărcare ar trebui să se aprindă.
În locul detectorului de tensiune PS T529N (DA1) utilizat în circuitul detector de tensiune pentru o tensiune controlată de 3,1 volți, este posibil să se utilizeze microcircuite similare de la alți producători, de exemplu BD4731. Acest detector are un colector deschis la ieșire (după cum este evidențiat de numărul suplimentar „1” în denumirea microcircuitului) și, de asemenea, limitează independent curentul de ieșire la 12 mA. Acest lucru vă permite să conectați un LED direct la acesta, fără a limita rezistențe.
De asemenea, este posibilă utilizarea detectoarelor pentru o tensiune de 3,08 volți în circuit - TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G. Este recomandabil să clarificați parametrii exacti ai detectorilor de tensiune selectați în fișa lor de date.
În mod similar, puteți utiliza un alt detector de tensiune pentru orice altă tensiune necesară pentru ca indicatorul să funcționeze.
Decizia privind a doua parte a întrebării de la punctul 3 din comentariul de mai sus - funcționarea indicatorului de descărcare numai în prezența iluminării - a fost amânată următoarele motive:
- functionarea elementelor suplimentare in circuit necesita un consum suplimentar de energie din baterie, i.e. eficiența schemei are de suferit;
- funcţionarea indicatorului de descărcare în timpul zilei este cel mai adesea inutilă, deoarece nu există „spectatori” în cameră, iar până seara încărcarea bateriei se poate epuiza;
- indicatorul funcționează mai luminos și mai eficient noaptea și există un întrerupător de alimentare pentru a opri rapid dispozitivul.
Nu am luat în considerare utilizarea unui amplificator operațional casnic propus în paragraful 2 al comentariului, din cauza depanării modurilor de funcționare ale circuitului la curenți minimi în timpul procesului de finisare pe placa de circuit.
Pentru a rezolva problema conform punctului 1 al comentariului, am schimbat puțin schema dispozitivului „Lumină de noapte cu comutator acustic”. De ce am pornit magistrala de alimentare pozitivă a releului acustic printr-un invertor pe VT3, controlat de un fotoreleu care funcționează constant.
Din teoria bateriilor reîncărcabile, ne amintim că bateriile cu litiu nu pot fi descărcate sub nivelul de 3,2 Volți pe celulă, altfel își pierde capacitatea prevăzută și se defectează mult mai repede. Prin urmare, monitorizarea nivelului minim de tensiune este foarte importantă pentru bateriile cu litiu. Desigur, într-un telefon mobil sau laptop, posibilitatea unei descărcări critice este exclusă de un controler inteligent, dar bateria pentru o lanternă chineză poate fi ucisă foarte repede și apoi scrieți pe forumuri despre prostiile pe care le produc chinezii. Pentru a preveni acest lucru, sugerez asamblarea unuia dintre circuitele simple pentru un indicator de descărcare a bateriei cu litiu.
Un LED este utilizat ca element de indicare în acest circuit. Ca comparator este folosită o diodă zener reglabilă cu precizie TL431. Amintiți-vă că TL 431 este o diodă zener de siliciu reglabilă cu o tensiune de ieșire care poate fi setată la orice valoare de la 2,5 la 36 de volți folosind două rezistențe externe. Pragul de răspuns al circuitului este stabilit de divizorul de tensiune din circuitul electrodului de control. Pentru o baterie de mașină, trebuie să selectați diferite valori ale rezistenței.
Cel mai bine este să luați LED-uri albastre strălucitoare, acestea sunt cele mai vizibile. Dioda Zener TL431 - este utilizată în multe surse de alimentare comutatoare din circuitul de control al optocuplorului de protecție și poate fi împrumutată de acolo.
Atâta timp cât tensiunea este peste un anumit nivel, în exemplul nostru de 3,25 volți, dioda zener funcționează în modul de avarie, prin urmare, tranzistorul este blocat și tot curentul trece prin LED-ul verde. De îndată ce tensiunea bateriei li-ion începe să scadă în intervalul de la 3,25 la 3,00 volți, VT1 începe să se deblocheze și curentul trece prin ambele LED-uri.
Când tensiunea bateriei este de 3V sau mai mică, se aprinde doar indicatorul roșu. Un dezavantaj serios al circuitului este dificultatea selectării diodelor zener pentru a obține pragul de răspuns dorit, precum și consumul mare de curent de 1 mA.
Nivelul de răspuns al indicatorului este setat prin selectarea valorilor rezistorului R2 și R3.
Datorită utilizării lucrătorilor de teren, consumul de curent al circuitului este foarte mic.
Tensiunea pozitivă la poarta tranzistorului VT1 este formată folosind un divizor asamblat peste două rezistențe R1-R2. Dacă nivelul său este mai mare decât tensiunea de întrerupere a comutatorului de câmp, acesta deschide și unge poarta VT2 la firul comun, blocând-o astfel.
La un moment dat, pe măsură ce bateria li-ion se descarcă, tensiunea de la divizor nu este suficientă pentru a deschide VT1 și este blocată. La poarta VT2 apare un potențial care este aproape de nivelul de alimentare, prin urmare se deschide și LED-ul se aprinde. A cărui strălucire indică necesitatea reîncărcării bateriei.
Indicator de descărcare pe cipul TL431 |
Pragul de răspuns este stabilit de un divizor între rezistențele R2-R3. Cu valorile indicate în figură, este egal cu 3,2 volți. Când acest prag al bateriei este coborât, microansamblul va înceta să mai manevreze LED-ul și se va aprinde.
Dacă utilizați o baterie formată din mai multe baterii conectate în serie, atunci circuitul de mai sus va trebui conectat la fiecare bancă.
Pentru a configura circuitul, conectăm o sursă de alimentare reglată în loc de baterie și selectăm R2 (R4) pentru a ne asigura că indicatorul se aprinde la intervalul necesar.
Indicatorul, care este folosit ca LED, începe să clipească imediat ce tensiunea bateriei scade sub un nivel controlat. Circuitul detector se bazează pe un microansamblu specializat MN13811, iar circuitul este implementat folosind tranzistoarele bipolare Q1 și Q2.
Dacă se folosește cipul MN13811-M, atunci când tensiunea bateriei scade sub 3,2 V, LED-ul începe să clipească. Un mare avantaj al circuitului este că în timpul monitorizării circuitul consumă mai puțin de 1 µA, iar în modul intermitent consumă aproximativ 20 mA. Dispozitivul folosește doi tranzistori bipolari cu conductivitate diferită. Circuitele integrate din seria MN13811 sunt disponibile pentru tensiuni diferite, în funcție de ultima literă, așa că dacă este necesar un microansamblu pentru un prag de răspuns diferit, atunci puteți utiliza același microcircuit, dar cu un indice de litere diferit.
Bateriile cu litiu-ion sunt destul de sensibile la abuz. Încărcătoarele moderne își pot analiza starea în timpul procesului de încărcare, dar nu ar fi de prisos să instalați o simplă adăugare pe un tranzistor și 2 LED-uri, care, indiferent de dispozitiv, vor arăta starea reală a bateriei. Figura de mai jos prezintă o schemă de circuit pentru determinarea tensiunii bateriilor Li-Ion.
Circuit LED pentru indicatorul de tensiune al bateriei litiu-ion
Când tensiunea de alimentare scade sub 2,6 V, curentul prin baza tranzistorului scade și se închide. LED-ul 1 se aprinde și LED-ul 2 este stins. Când tensiunea depășește 2,6 volți, tranzistorul începe să se deschidă și închide LED-ul led1, în același timp led2 se aprinde. Această condiție înseamnă că bateria nu necesită reîncărcare.
Dar rețineți că limitele de tensiune variază foarte mult în funcție de tipul și culoarea LED-urilor alese. Un LED roșu standard are o cădere de tensiune directă de 1,7 V; LED verde aproximativ 2,1 V.
Acest design folosește LED-uri roșii cu o tensiune directă de aproximativ 1,6 volți la 2 mA. Alți indicatori pot necesita selectarea valorilor, de exemplu, instalarea unei diode Schottky în loc de 1n4148. Chiar si LED-uri albe sau albastre cu 3 tensiuni continue pot fi instalate in unele cazuri.
Tabelul arată clar ce stări de funcționare are indicatorul. Dispozitivul consumă puțin curent, așa că puteți conta pe o durată lungă de viață a bateriei, cu excepția cazului în care, desigur, este în depozit. Puteți construi un astfel de indicator de tensiune într-un modul de încărcare sau de testare. Adăugarea de diode zener în serie cu LED-urile face ca acest circuit indicator simplu să fie potrivit și pentru niveluri mai mari de tensiune.
Articolul oferă două opțiuni pentru indicator, a cărui culoare se schimbă de la verde la roșu pe măsură ce bateria se descarcă. Există un număr mare de circuite concepute pentru a îndeplini astfel de funcții, dar toate, după părerea mea, sunt prea complexe și scumpe. Indicatorul meu necesită doar cinci componente, dintre care una este un LED cu două culori.
Cea mai simplă versiune este prezentată în Figura 1. Dacă tensiunea la borna B+ este de 9 V, doar LED-ul verde se va aprinde deoarece tensiunea de bază a lui Q1 este de 1,58 V, în timp ce tensiunea emițătorului este egală cu căderea de tensiune pe LED-ul D1. într-un caz tipic este de 1,8 V, iar Q1 este ținut închis. Pe măsură ce încărcarea bateriei scade, tensiunea pe LED-ul D2 rămâne în esență aceeași, iar tensiunea de bază scade și, la un moment dat, Q1 va începe să conducă curentul. Ca urmare, o parte din curent va începe să se ramifice în LED-ul roșu D1, iar această cotă va crește până când tot curentul va trece în LED-ul roșu.
| Poza 1. | Schema de bază a circuitului de monitorizare a tensiunii bateriei. |
Pentru elementele tipice ale unui LED cu două culori, diferența de tensiuni directe este de 0,25 V. Această valoare determină regiunea de tranziție de la verde la roșu. O schimbare completă a culorii strălucirii, stabilită de raportul dintre rezistențele divizorului R1 și R2, are loc în domeniul de tensiune
Mijlocul regiunii de tranziție de la o culoare la alta este determinat de diferența de tensiune dintre LED și joncțiunea bază-emițător a tranzistorului și este de aproximativ 1,2 V. Astfel, o modificare a B+ de la 7,1 V la 5,8 V va avea ca rezultat o schimbare de la verde la roșu.
Diferențele de tensiune vor depinde de combinațiile specifice de LED-uri și pot să nu fie suficiente pentru a schimba complet culorile. Cu toate acestea, circuitul propus poate fi încă utilizat prin conectarea unei diode în serie cu D2.
În figura 2, rezistența R1 este înlocuită cu o diodă zener, rezultând o regiune de joncțiune mult mai îngustă. Divizorul nu mai afectează circuitul și o schimbare completă a culorii strălucirii are loc atunci când tensiunea B+ se modifică cu doar 0,25 V. Tensiunea punctului de tranziție va fi egală cu 1,2 V + V Z. (Aici V Z este tensiunea de pe dioda zener, în cazul nostru egală cu aproximativ 7,2 V).
Dezavantajul unui astfel de circuit este că este legat de o scară limitată de tensiune a diodelor zener. O complicație suplimentară a situației este faptul că diodele zener de joasă tensiune au o curbă caracteristică prea netedă, ceea ce nu permite să se determine cu exactitate care va fi tensiunea V Z la curenți scăzuti în circuit. O soluție la această problemă ar fi folosirea unui rezistor în serie cu dioda zener pentru a permite o ușoară ajustare prin creșterea ușoară a tensiunii de joncțiune.
Cu valorile rezistorului afișate, circuitul consumă un curent de aproximativ 1 mA. Cu LED-uri de înaltă luminozitate, acest lucru este suficient pentru a utiliza dispozitivul în interior. Dar chiar și acel curent mic este semnificativ pentru o baterie de 9 volți, așa că va trebui să alegeți între a consuma curent suplimentar și a risca să lăsați pornită atunci când nu aveți nevoie. Cel mai probabil, după prima înlocuire neprogramată a bateriei, veți începe să simțiți beneficiile acestui monitor.
Circuitul poate fi convertit astfel încât trecerea de la verde la roșu să aibă loc atunci când tensiunea de intrare crește. Pentru a face acest lucru, tranzistorul Q1 trebuie înlocuit cu NPN, iar emițătorul și colectorul trebuie schimbate. Și folosind o pereche de tranzistori NPN și PNP, puteți face un comparator de fereastră.
Având în vedere lățimea destul de mare a regiunii de tranziție, circuitul din Figura 1 este cel mai potrivit pentru bateriile de 9V, în timp ce circuitul din Figura 2 poate fi adaptat pentru alte tensiuni.