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.
Очередная поделка выходного дня – индикатор разряда для аккумуляторной батареи.
Батарея боится переразряда, от этого зависит срок её службы и надо контролировать её напряжение, чтоб вовремя ставить на зарядку; а мамка в ближайшее время денег на новые «батарейки» не даст.
Собираем индикатор разряда АКБ, специально для начинающих: простой, из «мусора». Вариантов в интернете миллион, я выбрал вот такую схему. Собрал на макетке, поэкспериментировал с ней – работает. Может, кому пригодится. А вот собственно и схемка:
При таких номиналах деталей я настраивал подстроечником R2 (нашел в хламе многооборотный ELECTRON на 10кОм) порог срабатывания на 8 и на 5 вольт. Гистерезис в первом случае составляет 0,4 В, во втором – 0,15 В. Кстати, подстроечник действительно лучше взять многооборотный, но только килоома на 3, ибо при уставке 8В его сопротивление равно примерно 1,6кОм, а для 5В - примерно 2,6кОм.
Изменить гистерезис можно подбором резистора R4, но если его сопротивление будет слишком малым, страдает пороговость включения: светодиод будет загораться плавно, что не есть гут; а если большим (десятки Ом) – гистерезис будет огромным, до нескольких вольт, что тоже паршиво. Ещё у меня есть сомнения по поводу термостабильности данной схемы, но в условиях комнаты работает неплохо. На схеме обозначен ток потребления при погасшем/зажженном светодиоде и напряжении на входе 5 В.
«Отака, малята, фигня…»
Ниже на фото на Макетной плате собрана и показана работа этой схемки. Итак, при напряжении 8,25 Вольт у нас светодиод не загорается.
Но как только напряжение упало до 8 Вольт, то у нас светодиод сразу же сигнализирует о малом напряжении.
Применение этой схемы можно найти в различной радиоаппаратуре, которая питается электрохимическими элементами. Можно также доработать этот каскад и вместо светодиода поставить другую цепь, которая бы включала или выключала резервное питание или зарядку на АКБ.
В статье предлагаются два варианта индикатора, цвет свечения которого, по мере разряда батареи, изменяется от зеленого до красного. Существует огромное количество схем, предназначенных для выполнения таких функций, но все из них, на мой взгляд, слишком сложны и дороги. Для моего индикатора требуется всего пять компонентов, один из которых - двухцветный светодиод.
Простейший вариант показан на Рисунке 1. Если напряжение на клемме B+ равно 9 В, будет светиться только зеленый светодиод, поскольку напряжение на базе Q1 равно 1.58 В, в то время, как напряжение на эмиттере, равное падению напряжения на светодиоде D1, в типичном случае составляет 1.8 В, и Q1 удерживается в закрытом состоянии. По мере уменьшения заряда батареи напряжение на светодиоде D2 остается практически неизменным, а напряжение на базе уменьшается, и в какой-то момент времени Q1 начнет проводить ток. В результате часть тока станет ответвляться в красный светодиод D1, и эта доля будет увеличиваться до тех пор, пока в красный светодиод не потечет весь ток.
| Рисунок 1. | Базовая схема монитора напряжения батареи. |
Для типичных элементов двухцветного светодиода различие в прямых напряжениях составляет 0.25 В. Именно этим значением определяется область перехода от зеленого цвета свечения к красному. Полная смена цвета свечения, задаваемая соотношением сопротивлений резисторов делителя R1 и R2, происходит в диапазоне напряжений
Середина области перехода от одного цвета к другому определяется разностью напряжений на светодиоде и на переходе база-эмиттер транзистора и равна приблизительно 1.2 В. Таким образом, изменение B+ от 7.1 В до 5.8 В приведет к смене зеленого свечения на красное.
Различия в напряжениях будут зависеть от конкретных комбинаций светодиодов и, возможно, их будет недостаточно для полного переключения цветов. Тем не менее, предлагаемую схему все равно можно использовать, включив диод последовательно с D2.
На Рисунке 2 резистор R1 заменен стабилитроном, в результате чего область перехода становится намного более узкой. Делитель больше не оказывает влияния на схему, и полная смена цвета свечения происходит при изменении напряжения B+ всего на 0.25 В. Напряжение точки перехода будет равно 1.2 В + V Z . (Здесь V Z - напряжение на стабилитроне, в нашем случае равное примерно 7.2 В).
Недостатком такой схемы является ее привязка к ограниченной шкале напряжений стабилитронов. Еще больше усложняет ситуацию тот факт, что низковольтные стабилитроны имеют слишком плавный излом характеристики, не позволяющий точно определить, каким будет напряжение V Z при малых токах в схеме. Одним из вариантов решения этой проблемы может быть использование резистора, включенного последовательно со стабилитроном, чтобы иметь возможность небольшой подстройки за счет некоторого увеличения напряжения перехода.
При показанных сопротивлениях резисторов схема потребляет ток порядка 1 мА. Со светодиодами повышенной яркости этого достаточно для использования прибора внутри помещения. Но даже такой небольшой ток весьма значителен для 9-вольтовой батареи, поэтому вам придется выбирать между дополнительным потреблением тока и риском оставить питание включенным, когда необходимости в нем нет. Скорее всего, после первой внеплановой замены батареи вы почувствуете пользу от этого монитора.
Схему можно преобразовать таким образом, чтобы переход от зеленого к красному свечению происходил в случае повышения входного напряжения. Для этого транзистор Q1 надо заменить на NPN и поменять местами эмиттер и коллектор. А с помощью пары NPN и PNP транзисторов можно сделать оконный компаратор.
С учетом довольно большой ширины переходной области, схема на Рисунке 1 лучше всего подходит для 9-вольтовых батарей, в то время как схема на Рисунке 2 может быть адаптирована для других напряжений.
Думаю эта тема будет актуальна тем, у кого в пользовании более двух автомобилей. Как правило, один эксплуатируется зимой, другой — летом. То есть один из них сезон в году стоит в гараже или на стоянке. А пока он стоит там, мы не знаем, как себя чувствует его аккумулятор. Нет, конечно можно "щупать" его периодически вольтметром или купить готовый индикатор, коих много на том же Али-экспресс (например вставляющийся в прикуриватель). Но мне захотелось сделать свой индикатор, который бы показывал промежуточные значения остаточного заряда АКБ. Ну, например, — более 75%, 75%, 50% и 25% заряда. Причем хотелось бы так лениво радеть за здоровьем АКБ, чтобы лишний раз не лезть под капот авто и не распаковывать без надобности зарядное устройство.
Долго искал приемлемые схемы в инете. Собрал некоторые. Но все не то. То гистерезис срабатывания индикации такой, что лучше бы ее и не было, этой индикации, проще и надежнее тестером померить. То установки плавают и нет стабильности, то вообще яркость светодиода плавно изменяется в зависимости от напряжения на АКБ и поди узнай, что там на ней есть. И вот нашел одну схему на каком-то португальском сайте. Проста до неприличия и вроде должна работать. Построена она на операционном усилителе UA741. Вот она:
В ней я поменял только номинал стабилитрона с 6,2 в на 7,5 в. Срабатывания четкие. Светодиод загорается на нужной установке (регулируется подстроечным резистором R2). R2 лучше применять многооборотный, так как выставить им нужное напряжение не просто. Чувствительность в зоне срабатывания очень нежная и почти незримый поворот винта регулировки уносит нужное напряжение в сторону.
Настраивать необходимо, используя точный регулируемый лабораторный источник питания с цифровым вольтметром, показывающим десятые (а лучше сотые, я параллельно включал цифровой тестер) доли вольт. Поскольку я возжелал видеть степень зарядки АКБ в градациях указанных выше, я собрал схему из трех таких блоков. Вот рисунок печатки:
При полной зарядке батареи напряжение на ней выше 12,7 в, при этом ни один светодиод не горит и все прекрасно (фото 1).
Первый блок зажигает зеленый светодиод при напряжении на клеммах АКБ менее 12,5 в, что соответствует около 75% заряда АКБ (фото 2).
Второй зажигает желтый светодиод при напряжении ниже 12,2 в, что есть около 50% заряда (Фото 3).
Ну а третий, красный, загорается при напряжении ниже 11,7 в или около 25% остаточного заряда АКБ (Фото 4).
Значения установок напряжения я использовал для AGM батарей (у меня на автомобилях такие стоят). Для обычных кислотных их можно изменить на другие. Плату поместил в небольшой (40 мм х 70 мм) корпус. На корпусе разместил дополнительно малогабаритный выключатель в разрыве плюсового провода для удобства, чтобы не скидывать зажимы с клемм АКБ, когда не требуются замеры и чтобы устройство не потребляло при этом хотя и небольшой (около 20 мА, в основном определяется током горящих светодиодов) ток от батареи. К аккумулятору от устройства подключается двойной красно-черный провод с зажимами на концах (Фото 5).
Устройство подключено к клеммам аккумулятора стоящего в гараже автомобиля постоянно. Когда нужно, зайдя в гараж, без лишних "плясок" включаю выключатель на устройстве, наблюдаю, каким цветом горят "лампочки" и вижу здоров ли мой АКБ или его надо "подлечить".
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 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
Скачать печатную плату
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
Загрузка...