Схема индикатора разряда аккумулятора. Индикатор разряда литиевых аккумуляторов

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.

Из теории об аккумуляторных батареях мы помним, что литиевые аккумуляторы нельзя разряжать ниже уровня 3,2 Вольт на банку, иначе он теряет заложенную емкость и гораздо быстрее выходит из строя. Поэтому контроль минимального уровня напряжения очень важен для литиевых батарей. Конечно в мобильном телефоне или ноутбуке вариант критического разряда исключен умным контроллером, а вот аккумулятор для китайского фонарика можно убить очень быстро, а потом писать на форумах, какое гавно выпускают китайцы. Чтобы подобное не произошло предлагаю собрать одну из простых схем индикатора разряда литиевого аккумулятора.

В роли элемента индикации в данной схеме используется светодиод. В качестве компаратора используется прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Напомним TL 431 - регулируемый кремниевый стабилитрон с выходным напряжением, которое задается в любом значение от 2.5 до 36 вольт с использованием двух внешних резисторов. Порог срабатывания схемы задается делителем напряжения в цепи управляющего электрода. Для автомобильного аккумулятора надо подобрать другие значения резисторов.

Светодиоды лучше всего взять синие яркие, они наиболее заметны. Стабилитрон TL431 - используется во многих импульсных блоках питания в цепи управления оптроном защиты и его можно позаимствовать от туда.

Пока напряжение выше заданного уровня, в нашем примере 3,25 Вольта, стабилитрон работает в режиме пробоя, поэтому, транзистор заперт и весь ток протекает через зеленый светодиод. Как только напряжение на li ion батареи начинает снижаться в интервале от 3.25 до 3.00 вольт VT1 начинает отпираться и ток идет через оба светодиода.

При напряжение на аккумуляторе 3В или менее горит только красный индикатор. Серьезным минусом схемы является сложность подбора стабилитронов для получения нужного порога срабатывания, а также в высоком токовом потреблении от 1 мА.

Уровень срабатывания индикатора задается подбором номиналов резистора R2 и R3.

Благодаря использованию полевиков, ток потребления схемы очень мал.

Положительное напряжения, на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя собранного на двух сопротивлениях R1-R2. Если его уровень выше напряжение отсечки полевика, он открывается и смажает затвор VT2 на общий провод, тем самым блокируя его.

В заданный момент, по мере разряда li ion батареи, напряжение, с делителя нехватает для открытия VT1 и он запирается. На затворе VT2 появляется потенциал, близкий к уровню питающего, следовательно Он открывается и загорается светодиод. Свечение которого говорит о необходимости подзаряда аккумулятора.

Индикатор разряда на микросхеме TL431

Порог срабатывания задается делителем на сопротивлениях R2-R3. При указанных на рисунке номиналах он равен 3.2 Вольта. При снижении этого порога на аккумуляторе, микросборка перестанет шунтировать светодиод и он загорится.

Если используется аккумулятор состоящий из нескольких последовательно включенных батарей, то схему выше придется подсоединить к каждой банке.

Для наладки схемы подключаем вместо аккумулятора регулируемый источник питания и подбором R2 (R4) добиваемся загорания индикатора в нужный интервал.

Индикатор, в роли которого используется с ветодиод начинает мигать, как только напряжения на батарее снизится ниже контролируемого уровня. Схема детектора базируется на специализированной микросборке MN13811, а схема реализована на основе биполярных транзисторов Q1 и Q2.

Если используется микросхема MN13811-M, то когда напряжение на батарее падает ниже 3.2В, светодиод начинает мигать. Огромным плюсом схемы является то, что во время мониторинга схема потребляет меньше 1 мкА, а в режиме мигания около 20 мА. В устройстве задействованы два биполярных транзистора разной проводимости. Интегральные микросхемы серии MN13811 имеются на разное напряжение, в зависимости от последней буквы, поэтому если требуется микросборка на другой порог срабатывания, то можно использовать эту же микросхему, но с другим буквенным индексом.

Индикатор заряда аккумулятора – нужная штука в хозяйстве любого автомобилиста. Актуальность такого устройства возрастает многократно, когда холодным зимним утром автомобиль, почему-то, отказывается заводиться. В этой ситуации стоит определиться, то ли звонить другу, что бы тот приехал и помог завестись от своей батареи, либо аккумулятор приказал долго жить, разрядившись ниже критического уровня.

Зачем следить за состоянием аккумулятора?

Автомобильный аккумулятор состоит из шести последовательно соединённых аккумуляторных батарей с напряжением питания 2,1 — 2,16В. В норме АКБ должен выдавать 13 — 13,5В. Нельзя допускать значительного разряда аккумуляторной батареи, поскольку при этом падает плотность и, соответственно, повышается температура промерзания электролита.

Чем выше износ аккумулятора, тем меньшее время он удерживает заряд. В тёплое время года это не критично, а вот зимой забытые во включённом состоянии габаритные огни к моменту возвращения способны полностью «убить» аккумулятор, превратив содержимое в кусок льда.

В таблице можно увидеть температуру промерзания электролита, в зависимости от степени заряженности агрегата.

Зависимость температуры промерзания электролита от степени заряда аккумулятора
Плотность электролита, мг/см. куб.	Напряжение, В (без нагрузки)	Напряжение, В (с нагрузкой 100 А)	Степень заряда АКБ, %	Температура замерзания электролита, гр. Цельсия
1110	11,7	8,4	0,0	-7
1130	11,8	8,7	10,0	-9
1140	11,9	8,8	20,0	-11
1150	11,9	9,0	25,0	-13
1160	12,0	9,1	30,0	-14
1180	12,1	9,5	45,0	-18
1190	12,2	9,6	50,0	-24
1210	12,3	9,9	60,0	-32
1220	12,4	10,1	70,0	-37
1230	12,4	10,2	75,0	-42
1240	12,5	10,3	80,0	-46
1270	12,7	10,8	100,0	-60

Критическим считается падение уровня заряда ниже 70%. Все автомобильные электроприборы потребляют не напряжение, а ток. Без нагрузки даже сильно разряженный аккумулятор может показывать нормальное напряжение. Но при низком уровне, во время запуска двигателя, будет отмечаться сильная «просадка» напряжения, что является тревожным сигналом.

Своевременно заметить приближающуюся катастрофу возможно лишь в том случае, когда непосредственно в салоне установлен индикатор. Если во время работы автомобиля он постоянно сигнализирует о разрядке – пора ехать на СТО.

Какие существуют индикаторы

Многие АКБ, особенно необслуживаемые, имеют встроенный датчик (гигрометр), принцип работы которого основан на измерении плотности электролита.

Этот датчик контролирует состояние электролит и ценность его показателей относительна. Не очень удобно по несколько раз залазить под капот автомобиля, что бы проконтролировать состояние электролита в разных режимах работы.

Для контроля состояния АКБ значительно удобнее электронные приборы.

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

В автомагазинах продаётся множество таких устройств, различающихся дизайном и функционалом. Фабричные приборы условно делятся на нескольких типов.

По способу подключения:

• к разъёму прикуривателя;
• к бортовой сети.

По способу отображения сигнала:

• аналоговые;
• цифровые.

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Принципиальная схема индикатора

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Существуют десятки разнообразных схем контроля, но результат они выдают идентичный. Подобное устройство возможно собрать самостоятельно из подручных материалов. Выбор схемы и комплектующих зависит исключительно от ваших возможностей, фантазии и ассортимента ближайшего магазина радиотоваров.

Вот схема для понимания как работает индикатор заряда аккумулятора на светодиодах. Такую портативную модель можно собрать «на коленке» за несколько минут.

Д809 – стабилитрон на 9В ограничивает напряжение на светодиодах, а на трёх резисторах собран сам дифференциатор. Такой светодиодный индикатор срабатывает на силу тока в цепи. При напряжении 14В и выше сила тока достаточно для свечения всех светодиодов, при напряжении 12-13,5В светятся VD2 и VD3 , ниже 12В — VD1 .

Более продвинутый вариант при минимуме деталей можно собрать на бюджетном индикаторе напряжения — микросхеме AN6884 (KA2284) .

Схема led индикатора уровня заряда АКБ на компараторе напряжения

Схема работает по принципу компаратора. VD1 – стабилитрон на 7,6В, он служит в качестве эталонного источника напряжения. R1 – делитель напряжения. При первоначальной настройке он выставляется в такое положение, чтобы при напряжении 14В светились все светодиоды. Напряжение, поступающее на входы 8 и 9, сравнивается через компаратор, а результат дешифруется на 5 уровней, зажигая соответствующие светодиоды.

Контроллер зарядки АКБ

Что бы отслеживать состояние аккума во время работы зарядного устройства, делаем контроллер заряда АКБ. Схема устройства и используемые компоненты максимально доступны, в то же время обеспечивают полный контроль над процессом подзарядки батарей.

Принцип работы контроллера следующий: пока напряжение на аккумуляторе ниже напряжения заряда – горит зелёный светодиод. Как только напряжение сравняется, открывается транзистор, зажигая красный светодиод. Изменение резистора перед базой транзистора меняет уровень напряжения, необходимого для открытия транзистора.

Это универсальная схема контроля, которую можно использовать как для мощных автомобильных аккумуляторов, так и для миниатюрных литиевых батареек-аккумуляторов.

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!

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.

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью 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 .

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.

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.

Портативный USB осциллограф, 2 канала, 40 МГц....