Индикаторы разряда акб светодиодные схема. Простой индикатор разряда Li-ion аккумуляторов. Индикатор окончания заряда аккумулятора на светодиодах
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.
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!
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
В литературе часто публикуются описания устройств, оповещающих о разряде аккумуляторной батареи. Строятся они как на дискретных элементах, так и на микросхемах. Но для этих целей выпускаются и специализированные микросхемы, которые называются супервизорами (детектор понижения напряжения). Основой индикатора разряда АКБ является специализированная микросхема серии КР1171.
Эти микросхемы специально разработаны для контроля о снижении напряжения питания в микропроцессорной технике. В состав микросхемы входит источник опорного напряжения, компаратор, сравнивающий опорное и питающее напряжения, и транзисторный ключ, выполненный по схеме с открытым коллектором (Рис.1).
Для реализации простейшего индикатора достаточно подключить к микросхеме светодиод и токоограничительный резистор. При этом габариты устройства практически равны габаритам микросхемы и светодиода (резистор можно взять самый миниатюрный). Единственным недостатком данного индикатора можно считать жестко фиксированный ряд изготавливаемых микросхем в этой серии, каждая из которых рассчитана на конкретное пороговое напряжение. Пороговое напряжение для каждой микросхемы в серии указывается непосредственно в ее наименовании после букв СП. Основные характеристики приведены в табл.1.
Фиксированные пороговые напряжения хотя и создают некоторые трудности, но все же позволяют создавать индикаторы для разных аккумуляторов. Так на микросхеме КР1171СП20 (Uпор = 2 В) можно создать очень компактный индикатор для использования в устройствах, питаемых от двух никель-кадмиевых аккумуляторов - игрушках, фототехнике, плеерах, приемниках, фонарях и др. Малые габариты и минимальный ток потребления позволяют встроить индикатор в любое готовое устройство. Дальнейшим развитием индикатора может служить добавление звукового сигнализатора. Схема его может быть любой, но потребляемый ток в режиме «Выключено» должен быть как можно меньше, и сигнализатор должен сохранять работоспособность при необходимом пороговом напряжении. Для свинцовой герметичной аккумуляторной батареи на номинальное напряжение 12В был собран индикатор, схема которого приведена на рис.2.
Малый потребляемый ток в режиме «Вык.» позволяет встраивать данный индикатор в устройства с непрерывным контролем напряжения аккумуляторной батареи. При этом индикатор можно подключить до выключателя питания устройства, непосредственно на клеммы аккумулятора. Для переработки данного индикатора на другое напряжение достаточно поставить соответствующую микросхему серии КР1171 и рассчитать резистор R1 для нового напряжения. Исключение составляет КР1171СП20, т. к. при пороговом напряжении в 2В генератор на микросхеме К561ЛА7 отказывается работать.
Для достижения минимальных габаритов вместо динамика Ls1 желательно применить наиболее миниатюрный излучатель с приемлемой громкостью звучания. C помощью резистора R6 можно менять громкость звука. Резисторы - типа МЛТ, ОМЛТ и т.п. мощностью 0,125Вт. Конденсатор СЗ-любой с минимальным током утечки, остальные К10-7, К10-17 или КМ. Светодиод - любой с номинальным током не более 10 мА. Цвет, яркость и габариты выбираются исходя из конкретных условий. Настройка индикатора сводится к подбору резистора R6 для обеспечения максимальной громкости примененной модели пьезоизлучателя.
Самое удивительное то, что схема индикатора уровня заряда аккумуляторной батареи не содержит ни транзисторов, ни микросхем, ни стабилитронов. Только светодиоды и резисторы, включенные таким образом, что обеспечивается индикация уровня подведенного напряжения.
Схема индикатора
Работа устройства основывается на начальном напряжении включения светодиода. Любой светодиод - это полупроводниковый прибор, который имеет граничную точку напряжения, только превысив которую он начинает работать (светить). В отличии от лампы накаливания, которая имеет почти линейные вольтамперные характеристики, светодиоду очень близка характеристика стабилитрона, с резкой крутизной тока при увеличении напряжения.Если включить светодиоды в цепь последовательно с резисторами, то каждый светодиод начнет включаться только после того, как напряжение превысит сумму светодиодов в цепи для каждого отрезка цепи в отдельности.
Порог напряжения открытия или начала загорания светодиода может колебаться от 1,8 В до 2,6 В. Все зависит от конкретной марки.
В итоге, каждый светодиод загорается только после того, как загорелся предыдущий.
Схему я собрал на универсальной монтажной плате, спаяв вывода элементов между собой. Для лучшего восприятия я взял светодиоды разных цветов.
Такой индикатор можно сделать не только на шесть светодиодов, а к примеру, на четыре.
Использовать индикатор можно не только для аккумулятора, но для создания индикации уровня на музыкальных колонках. Подключив устройство к выходу усилителя мощности, параллельно колонке. Тем самым можно отслеживать критические уровни для акустической системы.
Возможно найти и другие применения этой, по истине, очень простой схемы.
