Индикатор разряда батареи

13 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов: от простых к сложным

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.

Далее будут представлены только те индикаторы разряда li-ion аккумуляторов, которые не только проверены временем и заслуживают вашего внимания, но и с легкостью собираются своими руками.

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.

Читайте также:  Мини электрический обогреватель 12 В 80 Вт

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 контроллерами заряда-разряда), 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.

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.

Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот – в качестве индикатора заряда.

Простой индикатор заряда и разряда аккумулятора

Данный индикатор заряда аккумулятора основан на регулируемом стабилитроне TL431. С помощью двух резисторов можно установить напряжение пробоя в диапазоне от 2,5 В до 36 В.

Приведу две схемы применения TL431 в качестве индикатора заряда/разряда аккумулятора. Первая схема предназначена для индикатора разрядки, а вторая для индикатора уровня заряда.

Единственная разница — это добавление n-p-n транзистора, который будет включать какой-либо сигнализатор, например, светодиод или зуммер. Ниже приведу способ вычисления сопротивления R1 и примеры на некоторые напряжения.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2. В случае индикатора разряда, светодиодный индикатор должен гореть, когда напряжение батареи меньше, чем необходимо. Поэтому в схему добавлен n-p-n транзистор.

Как можно видеть регулируемый стабилитрон регулирует отрицательный потенциал, поэтому в схему добавлен резистор R3, задачей которого является включение транзистора, когда TL431 выключен. Резистор этот на 11k, подобранный методом проб и ошибок. Резистор R4 служит для ограничения тока на светодиоде, его можно вычислить с помощью закона Ома.

Конечно, можно обойтись и без транзистора, но тогда светодиод будет гаснуть, когда напряжение упадет ниже выставленного уровня — схема ниже. Безусловно, такая схема не будет работать при низких напряжениях из-за отсутствия достаточного напряжения и/или тока для питания светодиода. Данная схема имеет один минус, который заключается в постоянном потреблении тока, в районе 10 мА.

Схема индикатора заряда аккумулятора

В данном случае индикатор заряда будет гореть постоянно, когда напряжение больше, чем то, которые мы определили с помощью R1 и R2. Резистор R3 служит для ограничения тока на диод.

Пришло время для того, что всем нравится больше всего — математики

Я уже говорил в начале, что напряжение пробоя может изменяться от 2,5В до 36В посредством входа «Ref». И поэтому, давайте попытаемся кое-что подсчитать. Предположим, что индикатор должен загореться при снижении напряжении аккумулятора ниже 12 вольт.

Сопротивление резистора R2 может быть любого номинала. Однако лучше всего использовать круглые числа (для облегчения подсчета), например 1к (1000 Ом), 10к (10 000 Ом).

Резистор R1 рассчитаем по следующей формуле:

R1=R2*(Vo/2,5В — 1)

Предположим, что наш резистор R2 имеет сопротивление 1к (1000 Ом).

Vo — напряжение, при котором должен произойти пробой (в нашем случае 12В).

R1=1000*((12/2,5) — 1)= 1000(4,8 — 1)= 1000*3,8=3,8к (3800 Ом).

Т. е. сопротивление резисторов для 12В выглядят следующим образом:

А здесь небольшой список для ленивых. Для резистора R2=1к, сопротивление R1 составит:

  • 5В – 1к
  • 7,2В – 1,88к
  • 9В – 2,6к
  • 12В – 3,8к
  • 15В — 5к
  • 18В – 6,2к
  • 20В – 7к
  • 24В – 8,6к

Для низкого напряжения, например, 3,6В резистор R2 должен иметь бОльшее сопротивление, например, 10к поскольку ток потребления схемы при этом будет меньше.

Индикатор разряда схема

Чтобы максимально упростить самодельную конструкцию, информация о степени разряда батареи поступает по принципу светодиодного столбика, то есть чем выше напряжение на батареи, тем больше светодиодов загорается. Нижний уровень отмечается красным светодиодом (верхний по схеме), на максимальное напряжение указывает нижний зеленый светодиод. Полное отсутствие свечения говорит о сильной критическом разряде аккумулятора.

В основе конструкции лежат четыре компаратора операционного усилителя LM324, каждый из них контролирует определенный уровень напряжения.

Опорное напряжение в 5 вольт для всех четырех компараторов идет со стабилитрона и сопротивления R6.

Если на прямом входе ОУ потенциал будет меньше потенциала на его инверсном входе, на выходе компаратора присутствует низкий логический уровень и светодиод не горит. Если опорное напряжение превысит потенциал на противоположном входе компаратор переключается, и светодиод загорится. Для каждого компаратора установлен свой персональный уровень, который настраивается сопротивлением делителя на резисторах R1-R5.

Вариант этой конструкции, но уже на операционном усилителе LM 339 подойдет для аккумуляторов с выходным напряжением 6 или 12 вольт.

В арсенале отечественных микросхем имеется серия КР1171, которые специально разработаны для контроля снижения напряжения питания. Вот и используем ее для контроля напряжения в аккумуляторной батареи.

Малый потребляемый ток в режиме «Вык.» позволяет встраивать данную конструкцию в устройства с непрерывным контролем напряжения аккумуляторной батареи. При этом индикатор можно подключить до выключателя питания устройства, напрямую к клеммам аккумуляторной батареи. Для переделки данной схемы индикатора на другое напряжение достаточно использовать соответствующую микросхему серии КР1171 и подобрать резистор R1 для нового напряжения. Исключение составляет только микросхема КР1171СП20, т. к. ее пороговый уровень 2В, а генератор на микросхеме К561ЛА7 не работает.

Для достижения минимальных размеров можно вместо динамика использовать миниатюрный излучатель. C помощью сопротивления R6 можно регулировать громкость звука.

Работа схема аналогична, уже рассмотренным ранее., т.е как только напряжение на аккумуляторной батареи опустится до заданного порогового уровня микросхеме NE555 включит светодиод.

Для регулировки порога срабатывания меняют сопротивления резисторов R1 и R2.

Данная конструкция рассчитана на напряжение аккумуляторной батареи от 6 до 24 вольт.

Схема состоит из делителя напряжения на резисторах R1 R2, первый транзистор реагирует на уменьшение напряжения ниже заданного значения, а электронный ключ на втором транзисторе, через стоковую цепь запускает свepxъяркий светодиод.

При подключении схемы к аккумуляторной батареи, напряжение котopoгo необходимо контролировать, на затворе первого транзистора появляется напряжение положительной полярности, регулируемое резистором R2. Если оно выше порогового – транзистор открыт, сопротивление его канала не выше десятка Ом, поэтому напряжение на стоке второго транзистора VТ2 стремится к нулю и он закрыт, светодиод соответственно не горит, сигнализируя о том, что напряжение аккумуляторной батареи в норме. При снижении напряжения до порогового уровня, при котором напряжение на затворе первого транзистора становится ниже порогового, он закрывается, сопротивление его канала резко возрастает и напряжение на стоке стремится к значению напряжения питания. При этом открывается транзисторный ключ и светодиод загорается, говоря о недопустимой степени разряда аккумуляторной батареи.

На транзисторах VT2, VT3 построен триггер Шмитта, на VT1 — модуль запрета его срабатывания. В коллекторную цепь VT3 включен индикатор HL1, размещенный на приборной панели. В горячем состоянии нить накала индикатора обладает сопротивление в районе 50 Ом. Сопротивление холодной нити индикатора в несколько раз ниже. Поэтому транзистор VT3 выдерживает бросок тока в коллекторной цепи до уровня 2,5 А.

Напряжение бортовой сети за минусом напряжения на стабилитроне VD2 через делитель R5-R6 поступает на базу VT2. Если оно выше 13,5 В, триггер Шмитта переключается и транзистор VT3 закрыт, а HL1 не светится.

База биполярного транзистора VT2 через стабилитрон VD1 и делитель R1R2 соединена со средней точкой обмотки генератора. В обмотке относительно плюса генерируется пульсирующее напряжение с амплитудой, половины генерируемого напряжения. Поэтому, если напряжение упадет ниже уровня 13,5 В, ток с делителя R1R2 поступает в базу VT2 и запрещает горение лампы.

Напряжение бортовой сети за минусом напряжения на стабилитроне VD2 через делитель R3R4 поступает кроме того на базу VT1, коллектор — эмиттер которого шунтирует базовую цепь VT2. При напряжении сети выше 15 В, VT1 переходит в режим насыщения и триггер Шмитта переключается, VT3 открыт и, горит лампа HL1.

Из теории об аккумуляторных батареях мы помним, что Li Po аккумуляторы нельзя разряжать ниже 3,2 Вольт на банку, иначе он быстро выйдет из строя. Поэтому контроль напряжения очень важен в данном случае.

Индикатор разряда Li-ion на TL431

Всем привет! Давно ничего не выкладывал, да и на само радиолюбительство подзабил в последнее время. Данный проект у меня уже давно “висит”, вот нашёл время поделиться им с вами.

Итак, что и зачем: в большинстве моих (и не только моих) поделок используются элементы питания li-ion номиналом 3,7в – стандартные 18650, всяческие аккумы из сотовых телефонов и китайские разнокалиберные “лепёхи”. На том же алиэкспресс есть модули зарядки, повышающие модули, модули для контроля разряда и прочая полезная ерунда, которая сильно облегчает жизнь. Но я не нашёл ничего вменяемого чтобы следить за уровнем заряда батареи и в случае достижения какого-то порогового значения сообщать об этом. Можно конечно сделать слежение на мозгах мк самоделки, либо поставить вольтметр за 70р с того же али, но всегда либо ног у мк не хватает, либо решение получается чрезмерным и громоздким. Исходя из всего этого возникла цель сделать маленькое и просто устройство, которое можно было бы клепать пачками из дешевых компонентов и которое выполняло бы свою функцию – показывало бы что батарея садится и её нужно зарядить.

Началось с вот такой схемы, которую я нашёл на просторах интернета:

Тут используются 4 резистора, R1 и R2 составляют делитель напряжения на управляющем контакте TL431, R3 подтяжка базы NPN транзистора к плюсу питания, R4 – токоограничивающий для индикаторного светодиода, уже упомянутый NPN-транзистор, а также регулируемый стабилитрон TL431, который является сердцем всей схемы.

Сначала был собран DIP-прототип, для проверки работоспособности, вот его фото, если кто захочет в таком варианте повторить:

Образец тесты прошёл, после чего была разработана (слово то какое громкое) новая схема на смд компонентах, собственно к чему я и стремился:

После ЛУТ, травления и сверловки я получил несколько таких вот малышек (часть уже где-то просрал):

ну и собственно готовое изделие, я бы даже сказал модуль:

вот он же в сравнении с драйвером шаговика А4988

получилось довольно компактно, удобно, а самое главное функцию свою выполняет и настраивается легко, для настройки понадобится ЛБП или любой регулируемый БП, выставляем напряжение срабатывания (то, при котором мы хотим видеть сигнал о разряде), затем крутим подстроечник пока светодиод не погаснет или не загорится – ловим “границу”, затем уже проверяем работу индикатора изменением входного напряжения с ЛБП. Вот видео работы уже настроенного модуля:

Специально для тех, кто любит орать о сверхогромном потреблении питания и разрядке батареи от второстепенных потребителей в ущерб основному устройству:

при работе как видно потребляется аж целых 10 мА, а при заряженной батарее в 4 раза меньше – 2,3 мВ, что разрядит среднестатистический 1000 мАч аккум “очень быстро” – аж за 18 суток, но это опять же если модуль будет подключен к батарее постоянно. Поэтому при подключении необходимо предусмотреть выключатель, который размыкает цепь батареи полностью, давая ей полностью насладиться процессом саморазряда. Опять же можно заметить что я, как криворукий бабуин вместо 300 омного резистора в цепи светодиода воткнул 68 омный, что так же влияет на потребление. Пробовать с 300ом тупо обламывает, оставлю это моим покорным читателям.

И для тех, кто стойкий оловянный солдатик и дочитал до этого места, я напишу как эта ебала работает:

Вся соль заключается в особенности регулируемого стабилитрона ТЛ431 – он начинает пропускать ток через себя только при наличии на управляющей ноге напряжения равном или выше 2,6в, следовательно при правильно подобранном делителе напряжения из R1 и R2, где первый равен 1,5кОм а второй является подстроечным, на управляющую ногу ТЛ431 при заряженной батарее приходит напряжение, которое выше 2,6в, следовательно весь ток идёт через стабилитрон и светодиод не горит. Как только напряжение на батарее становится ниже порогового – на ТЛ431 приходит меньше 2,6в и он закрывается, тем самым открывая транзистор и зажигая светодиод. Просто как с балкона поссать.

Кто не хочет заморачиваться с подбором резисторов в делителе – вот вам скрин из полезной проги на андроиде:

3,3в – напряжение срабатывания

1,5кОм – постоянный резистор

5,6кОм – значение подстроечника

2,603В – получаемое на выходе делителя, то есть на входе ТЛ431

Какие могут быть нюансы:

1) забыть отзеркалить плату при печати (как я) – тупо переворачиваем полупроводники кверху ногами и всё ок

2) не работает схема – пробуем перевернуть ТЛ431 кверху ногами, ушлые китайцы штампуют ТЛ432 под видом ТЛ431 (у них распиновка зеркальная)

3) не горит светодиод/горит тускло – шаманим с номиналом токоограничивающего резистора

Ссылка на скачивание печаток в формате *.lay:

В общем сумбурно как-то изложил, но вроде инфу донёс, пишите вопросы, пожелания, советы, буду рад почитать.

Индикатор разряда литиевых аккумуляторов

Так как индикатор разряда батареи (п.3 комментария) целесообразно применять на любом автономном электронном устройстве, для исключения неожиданных сбоев или отказа аппаратуры в самый неподходящий момент при разряде батареи, то изготовление индикатора разряда вынесено отдельной статьей.

Применение индикатора разряда особенно важно для большинства литиевых аккумуляторов с номинальным напряжением 3.7 вольта (например, популярные сегодня 18650 и им аналогичные или распространенные плоские Li-ion аккумуляторы от заменяемых на смартфоны телефонов), т.к. они очень «не любят» разряд ниже 3,0 вольт и выходят при этом из строя. Правда, в большинство из них должны быть встроены схемы аварийной защиты от глубокого разряда, но кто знает какой аккумулятор в ваших руках, пока вы его не вскроете (Китай полон загадок).

Но главное, хотелось бы заранее узнать, какой заряд в настоящее время имеется в используемом аккумуляторе. Тогда мы могли бы вовремя подключить зарядку или поставить новый аккумулятор, не дожидаясь грустных последствий. Поэтому нам нужен индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что аккумулятор скоро сядет окончательно. Для реализации этой задачи существуют различные схемотехнические решения – от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

В нашем случае, предлагается изготовить простой индикатор разряда литиевых аккумуляторов, который с легкостью собирается своими руками. Индикатор разряда отличается экономичностью и надежностью, компактностью и точностью определения контролируемого напряжения.

Схема индикатора разряда

Схема выполнена с применением, так называемых детекторов напряжения. Их еще называют мониторами напряжения. Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля напряжения. Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения – чрезвычайно низкое энергопотребление в дежурном режиме, а также ее крайняя простота и точность. Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной и экономичной, выход детектора напряжения нагружаем на мигающий светодиод или “мигалку” на двух биполярных транзисторах.

Применяемый в схеме детектор напряжения (DA1) PS Т529Н соединяет выход (вывод 3) микросхемы с общим проводом, при снижении контролируемого напряжения на батарее до 3,1 вольта, включая этим питание на генератор импульсов высокой скважности. При этом сверхяркий светодиод начинает вспыхивать с периодом: пауза – 15 сек., короткая вспышка – 1 сек. Это позволяет снизить потребляемый ток до 0,15 ma в паузе, и 4,8 ma при вспышке. При напряжении на аккумуляторе более 3,1 вольта, схема индикатора практически отключается и потребляет всего 3 мкa.

Как показала практика, указанного цикла индикации вполне достаточно, чтобы увидеть сигнал. Но при желании можно установить более удобный для вас режим подбором резистора R2 или конденсатора С1. В связи с малым током потребления устройства, отдельный выключатель напряжения питания для индикатора не предусмотрен. Устройство работоспособно при снижении питающего напряжения до 2,8 вольта.

Изготовление зарядного устройства

1. Комплектация.
Приобретаем или подбираем из имеющихся в наличии, комплектующие для сборки в соответствии со схемой.

2. Сборка схемы.
Для проверки работоспособности схемы и ее настройки, собираем индикатор разряда на универсальной монтажной плате. Для удобства наблюдения (большая частота импульсов), на время проверки, заменяем конденсатор С1 на конденсатор меньшей емкости (например 0,47 мкф). Подключаем схему к блоку питания с возможностью плавной регулировки постоянного напряжения в пределах от 2 до 6 вольт.

3. Проверка схемы.
Медленно понижаем напряжение питания индикатора разряда, начиная с 6 вольт. Наблюдаем на дисплее тестера величину напряжения, при которой включится детектор напряжения (DA1) и начнет мигать светодиод. При правильном подборе детектора напряжения, момент переключения должен состояться в районе 3,1 вольта.

4. Готовим плату для монтажа и пайки деталей.
Вырезаем необходимый для монтажа кусочек из универсальной печатной платы, аккуратно обрабатываем края платы напильником, очищаем и лудим контактные дорожки. Размер вырезаемой платы зависит от применяемых деталей и их компоновки при монтаже. Размеры платы на фото 22 х 25 мм.

5. Монтаж отлаженной схемы на рабочую плату
При положительном результате в работе схемы на монтажной плате, переносим детали на рабочую плату, паяем детали, выполняем недостающую разводку соединений тонким монтажным проводом. По окончании сборки проверяем монтаж. Схема может быть собрана любым удобным способом, в том числе и навесным монтажом.

6. Проверка рабочей схемы индикатора разряда
Проверяем работоспособность схемы индикатора разряда и ее настройки, подключив схему к блоку питания, а затем к тестируемому аккумулятору. При напряжении в цепи питания менее 3,1 вольта, индикатор разряда должен включиться.

Вместо применяемого в схеме детектора напряжения (DA1) PS Т529Н на контролируемое напряжение 3,1 вольта, возможно применить аналогичные микросхемы других производителей, например BD4731. Этот детектор имеет открытый коллектор на выходе (о чем свидетельствует дополнительная циферка «1» в обозначении микросхемы), а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

В схеме также возможно применить детекторы на напряжение 3.08 вольта – TS809CXD, TCM809TENB713, МСР103Т-315Е/ТТ, САТ809ТТВI-G. Точные параметры выбираемых детекторов напряжения желательно уточнить в их datasheet.

Аналогичным образом можно применить и другой детектор напряжения на любое другое необходимое для работы индикатора напряжение.

Решение по второй части вопроса в п.3 приведенного комментария – работы индикатора разряда только при наличии освещенности, отложено по следующим причинам:
– работа дополнительных элементов в схеме, требует дополнительных затрат энергии от аккумулятора, т.е. страдает экономичность схемы;
– работа индикатора разряда днем, чаще всего, бесполезна, т.к. в комнате нет «зрителей», а к вечеру заряд батареи может и закончиться;
– работа индикатора в темное время суток ярче и эффективнее, а для быстрого отключения устройства имеется выключатель питания.

Применение, предложенного по п.2 комментария, отечественного операционного усилителя не рассматривал, по причине отладки режимов работы схемы по минимальным токам, в процессе доводки на монтажной плате.

Для решения задачи по п. 1 комментария, несколько изменил схему устройства «Ночник с акустическим включателем». Для чего включил положительную шину питания акустического реле через инвертор на VT3, с управлением от постоянно работающего фотореле.

Таким образом, добавив две детали (на монтажной плате выделены овалом), получили возможность частично отключать акустическое реле в светлое время суток. Частичное отключение потому, что различные элементы обеих микросхем работают и в акустическом и в фото реле, но имеют общее питание, следовательно не отключаются полностью. Тем не менее некоторый эффект по энергосбережению имеется.
До доработки, схема устройства потребляла в дежурном режиме 1,1 ma.

После доработки, схема устройства потребляет в дежурном режиме в светлое время – 0,4 ma, в темное время – 1,7 ma (разница в 0,6 ma – плата за работу VT3).

Таким образом, можно посчитать, что в летнее время доработка оправдана и дает экономию, а зимой (когда длинные ночи) менее выгодна. Но имеется простое решение – шунтировать VT3 двухпозиционным переключателем «зима-лето» или «вкл-выкл».

Индикатор разряда аккумулятора

В этой статье будет рассмотрена схема и пошаговая инструкция по изготовлению индикатора разряда аккумулятора. Схема индикатора разряда аккумулятора достаточно проста и повторить её не составит труда. Если всё собрано согласно схеме, то устройство должно заработать сразу без каких либо настроек. Индикатор разряда будет полезен для различных приборов, что бы можно было следить за состоянием аккумулятора, тем более что схема универсальная!

Ни одно переносное электронное устройство, будь то портативная колонка для телефона, сам телефон, плеер и т.д. не обходится без аккумулятора. Огромной популярностью сейчас пользуются литий-ионные аккумуляторы номинальным напряжением 3,7 вольт, они компактны, относительно недороги и могут иметь большую ёмкость. Их недостатком является то, что они бояться глубокого разряда (ниже 3 вольт), поэтому при их использовании необходимо периодически следить за напряжением на аккумуляторе, иначе он может попросту сломаться от переразряда.

При создании самодельных портативных устройств бывает не лишним устанавливать внутрь модуль, показывающий, на каком уровне находится напряжение в данный момент. Схема именно такого модуля представлена ниже. Главное её преимущество в универсальности – границы срабатывания индикации настраиваются в широких пределах, поэтому схему можно использовать как для индикации напряжения на низковольтных литий-ионных аккумуляторах, так и на автомобильных.

Схема индикатор разряда аккумулятора

Схема содержит 5 светодиодов, каждый из которых загорается при определённом напряжении на аккумуляторе. Порог срабатывания светодиодов 1-4 задаётся подстроечными резисторами, а 5 светодиод загорается при самом минимальном напряжении на аккумуляторе. Таким образом, если горят все 5 светодиодов, значит аккумулятор полностью заряжен, а если горит только первый – значит аккумулятор уже давно пора поставить на зарядку.

В схеме используются 4 компаратора для сравнения напряжения аккумулятора с опорным, все они содержатся в одном корпусе микросхемы LM239. Для создания опорного напряжения, равного 1,25 вольт используется микросхема LM317LZ. Делитель из резисторов R1 и R2 понижает напряжение аккумулятора до уровня ниже 1,25 вольт для того, чтобы компараторы могли сравнить его с опорным.

Таким образом, если схема будет использовать с автомобильным аккумулятором на 12 вольт, сопротивление резистора R6 нужно поднять до 120-130 кОм. Светодиоды для наглядности восприятия показаний желательно применить разных цветов, например, синий, зелёный, жёлтый, белый и красный.

Сборка Индикатор разряда аккумулятора

Печатная плата устройства имеет размеры 35 х 55 мм. Изготовить её можно методом ЛУТ, что я и сделал. Несколько фотографий процесса:

Отверстия сверлятся сверлом 0,8 мм, дорожки после сверления желательно залудить. После изготовления платы можно приступать к установке на неё деталей – в первую очередь устанавливаются перемычки и резисторы, затем всё остальное. Светодиоды можно вывести с платы на проводах, а можно и запаять в один ряд на плату.

Для подключения проводов к аккумулятору лучше всего использовать сдвоенный винтовой клеммник, а микросхему желательно установить в панельку – тогда её можно будет заменить в любой момент. Важно не перепутать цоколёвку микросхемы LM317LZ, первый её вывод должен соединяться с минусом схемы, а третий с плюсом. После завершения сборки нужно обязательно смыть остатки флюса с платы, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание.

Испытания и настройка индикатора

Теперь можно брать любой аккумулятор, подсоединять его к плате и проверять работоспособность схемы. Первым делом после подключения аккумулятора проверяем напряжение на 2 выводе LM317LZ, там должно быть 1,25 вольт. Затем проверяем напряжение в точке соединения резисторов R1 и R2, там должно быть около 1 вольта.

Теперь можно взять вольтметр и регулируемый источник напряжения и вращением подстроечных резисторов выставить нужные пороги срабатывания для каждого из светодиодов. Для литий-ионного аккумулятора оптимально будет выставить следующие пороги срабатывания: LED1 – 4.1 B, LED2 – 3,9 B, LED3 – 3,7 B, LED4 – 3,5 вольт. При подключении к схеме тестируемого аккумулятора обязательно нужно соблюдать полярность, иначе схема может выйти из строя.

На видео наглядно продемонстрирована работа индикатора. При подключении первого аккумулятора загорелись 4 светодиода, значит напряжение на нём лежит в пределах 3,7 – 3,9 вольт, второй и третий аккумуляторы зажгли только три светодиода, значит напряжением на них находится в пределах 3,5 – 3,7 вольт.

Видео работы индикатора разряда аккумулятора

Ссылка на основную публикацию