Промышленные автомобильные индикаторы разряда батареи. Какие существуют индикаторы заряда автомобильного аккумулятора
Индикатор разряда аккумулятора предназначен для получения оперативного предупреждения о разряде аккумуляторной батареи, что поможет защитить вас от многих проблем. Предлагаемая схема достаточно проста, а вся регулировка заключается в выставление порога срабатывания переменным резистором для включения светодиодной индикации.
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.
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.
Как же плотно вошли в нашу жизнь Li-ion аккумуляторы. То, что они применяются почти во все микропроцессорной электронике это уже норма. Так и радиолюбители уже давно взяли их себе на вооружение и используют в своих самоделках. Способствую этому значительные плюсы Li-ion аккумуляторов, такие как небольшой размер, большая емкость, большой выбор исполнений различных ёмкостей и форм.
Самый распространенный аккумулятор имеет марку 18650 его напряжение составляет 3,7 В. Для которого я у буду делать индикатор разряда.
Наверное, не стоит рассказывать, как вредна для аккумуляторов кране низкая их разрядка. Причем для аккумуляторов всех разновидностей. Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей продлит их жизнь в несколько раз и сэкономит ваши деньги.
Схема индикатора зарядки
Схема довольно универсально и может работать в диапазоне 3-15 вольт. Порог срабатывания можно настроить переменным резистором. Так что устройство можно использовать почти для любых аккумуляторов, будь то кислотные, никелево-кадмиевые (nicd) или литий-ионные (Li-ion).
Схема отслеживает напряжение и как только оно упадет ниже заданного уровня – загорится светодиод, сигнализируя о низкой разрядке батареи.
В схеме используется регулируемый (ссылка где брал). Вообще этот стабилитрон является очень интересным радиоэлементом, который может существенно облегчить жизнь радиолюбителям, при построении схем, завязанных на стабилизации или пороговом срабатывании. Так что берите его на вооружение, особенно при постройке блоков питания, схем стабилизации токов и т.п.
Транзистор можно заменить любым другим NPN структуры, отечественный аналог КТ315, КТ3102.
R2- регулирует яркость светодиода.
R1 – переменный резистор номиналом от 50 до 150 кОм.
Номинал R3 можно прибавить до 20-30 кОм для экономии энергии, если использован транзистор с высоким коэффициентом передачи.
Если у вас не окажется регулируемого стабилизатора TL431, то можно использовать проверенную советскую схему на двух транзисторах.
Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Вместо них можно запаять один переменный, чтобы дать возможность регулировки и уменьшить количество элементов. Советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).
Схему можно собрать на плате или навесным монтажом. Одеть термоусадочную трубку и обдуть термофеном. Приклеить на двухсторонний скотч к тыльной стороне корпуса. Я лично установил данную плату в шуруповерт и теперь не до вожу его аккумуляторы до критического разряда.
Так же параллельно резистору со светодиодом можно подключить зуммер (пищалку) и тогда вы точно будете знать о критических порогах.
По случаю досталось мне два аккумулятора от ИБП Back-UPS 12V 7.2Ah (12 вольт,7 a/час), которые я дома использую на случай отключения света: радио послушать, телик маленький посмотреть, да и телефон с АОНом чтобы работал (правда там есть отсек для батареек, но зачем они нужны, если есть аккумулятор).
Разряжать же аккумулятор до уровня напряжения ниже допустимого не рекомендуется. Это приводит к снижению его емкости и преждевременному выходу из строя. Для 12-вольтового нижним порогом является напряжение 10 вольт, после чего требуется его зарядить. Стало быть надо регулярно тестером замерять напряжение или иметь индикатор разряда. Они бывают световые и звуковые. Световые - опять доставай, подключай и смотри. А если забыл..., да и не удобно. А этот нацепил на него и никаких забот. Как только напряжение снизится до 10 вольт выдаст звуковой сигнал.
Наверняка такая проблема уже решена успешно давно, полазил по интернету и на сайте www.radioman.ru попалась на глаза небольшая схемка. В отличие от моря других как-то вызвала сразу доверие и порывшись в барахле собрал то что изобразил на схеме.
Рис.1.
В дежурном режиме потребляемый ток не превышает 0.2 мА (ток саморазряда аккумулятора и то больше). Как только напряжение на аккумуляторе составит менее 10 вольт (буквально на 0.1 вольта, сам проверял) открываются транзисторы VT1 и VT2, после чего запускается автогенератор на транзисторах VT3 и VT4.
Пьезоизлучатель я применил от телефонного аппарата (от тонального звонка), дает достаточно громкости, на всю комнату.
Катушка намотана на каркасе от индуктивности фильтра БП персоналки (смотри рисунок платы) и содержит 800 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0.1 мм. Очень удобный каркас, натурально как катушка из под ниток и выводы запресованы снизу под печатный монтаж.
Рис.2.
Транзисторы подойдут любые маломощные.
Комбинацией номинала конденсатора С1 и витков катушки L1 в незначительных пределах можно менять частоту генератора. У меня получилось около 800 герц, дальше подбирать даже и не стал. Сел аккумулятор, свистит? Свистит, а другого от нее и не требуется. При исправных деталях нужно только установить порог срабатывания индикатора - 10 вольт. На этом настройка заканчивается.
Можно контролировать и 6 вольт и 24 вольта, только подбирать номиналы придется самому. Занятие скажем увлекательное...
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.
Светодиодный индикатор уровня заряда обычной или аккумуляторной батареи, где все пороги устанавливаются с помощью потенциометров, можно собрать по приведённой в данном материале схеме. Огромным плюсом является то, что он работает с батареями от 3 до 28 В.
Схема индикатора разряда аккумулятора
Сами светоизлучающие диодные индикаторы бывают различных типов и цветов, рекомендуемые показаны на самой схеме. Из-за различий в прямом падении напряжения, токоограничивающие резисторы должны быть скорректированы для достижения наилучшей производительности и однородности свечения. По схеме R18-R22 предлагаются одинакового сопротивления — обратите внимание, что эти резисторы в итоге не должны быть равны. Однако, если все они одного цвета, одного номинала резистора будет достаточно.
Цвет светодиода — уровень заряда
- Красный : от 0 до 25%
- Оранжевый : 25 — 50%
- Желтый : 50 — 75%
- Зеленый : 75 — 100%
- Синий : >100% напряжения
Здесь LM317 работает как простой источник опорного напряжения 1.25 В. Минимальное входное напряжение должно превышать выходное напряжение на значение в пару вольт. Минимальное входное напряжение = 1,25 В + 1,75 В = 3 В. Хотя LM317 имеет минимальную нагрузку по даташиту 5 мА, не обнаружен ни один экземпляр, который не функционировал бы при 3,8 мА. Именно резистор R5 (330 Ом) обеспечивает минимальную нагрузку.
При испытаниях оценивался уровень заряда 4,5 В батареи, именно для неё и приводятся напряжения на схеме. Настройка происходит так: сначала должны быть определены напряжения срабатывания каждого компаратора в соответствии с уровнем разряда батареи, потом напряжение должно быть разделено по коэффициенту деления делителя напряжения. Так, для 4,5 В АКБ, оно выглядит следующим образом:
Пороговое значение напряжений
- 4.8V 1.12V
- 4.5V 1.05V
- 4,2 0.98V
- 3.9V 0.91V
Работа индикатора состояния АКБ
Микросхема LM317 U3 — это 1.25 вольтовый источник опорного напряжения. Резисторы R5 и R6 образуют делитель напряжения, что снижает напряжение батареи до уровня, который находится недалеко от значения опорного напряжения. Элемент U2A является усилителем, так что независимо от того, сколько ток потребления этого узла, напряжение остается стабильным. Резисторы R8 — R11 обеспечивают высокое сопротивление на входы компаратора. U1 состоит из четырёх компараторов, которые сравнивают опорное напряжение потенциометров с напряжением батареи. ОУ LM358 U2B — тоже работает как своеобразный компаратор, который контролирует светодиод низшего порядка.
На граничных значениях напряжения светодиоды могут светить не чётко, как правило происходит мерцание между двумя соседними светодиодами. Чтобы предотвратить это, небольшое количество напряжения положительной обратной связи добавляется через R14 — R17.
Тестирование индикатора
Если тестирование проводится непосредственно с аккумулятора, обратите внимание, что защита от обратной полярности не предусмотрена. Лучше изначально цепи питания подключать через резистор 100 Ом, чтобы ограничить возможные неисправности. А после определения того, что полярность правильная, этот резистор может быть удален.
Упрощённая версия индикатора
Для тех, кто хочет собрать устройство попроще, микросхема U2, все диоды и некоторые резисторы могут быть устранены. Советуем начать с этой версии, а затем, убедившись в нормальной работе, собирать полную версию индикатора разряда аккумулятора. Всем удачи в запуске!
