Для изготовления многоуровневого индикатора можно использовать микросхему LM3914. Это серия компараторов со встроенным делителем напряжения.
Схемы для изготовления индикатора заряда батареи
Чтобы продлить срок службы аккумулятора, важно избегать перезарядки или глубокой разрядки. Современные зарядные устройства часто имеют индикатор фактического заряда, а некоторые нагрузки также оснащены такой функцией. Если ее нет, можно собрать простую электронную схему.
Уровень фактического запаса энергии и пределы зарядки удобно контролировать по напряжению на клеммах батареи. Оно примерно пропорционально фактическому заряду. Это хорошо работает для свинцово-кислотных батарей:
- Уровень заряда довольно четко определяется выходным напряжением.
- Разница между полностью заряженным и полностью разряженным состоянием составляет 2,1 вольта (от 12,6 до 10,5), что позволяет сделать даже многоступенчатый индикатор с точностью, достижимой в любительских условиях.
То же самое относится к никель-кадмиевым источникам питания и никель-металлгидридным источникам питания. Для литий-ионных батарей этот метод может быть очень неточным. Выходное напряжение этих химических источников тока, несомненно, не соответствует состоянию заряда. На диаграмме видно, что одно и то же напряжение может соответствовать разным уровням запасенной энергии (SOC).
Более того, разница между 0% (2,4 В) и 100% (3,7 В) для литий-ионных элементов составляет всего 1,3 вольта, что требует большей точности измерений. С литий-железо-фосфатными батареями все еще сложнее. Их преимуществом является «плоская» кривая разряда, т.е. они сохраняют одно и то же напряжение в течение почти всего цикла. Это явное преимущество, но определение остаточного заряда путем измерения выходного напряжения будет очень неточным.
Можно измерить остаточный заряд литий-ионной батареи более точно, чем постоянное напряжение разомкнутой цепи, но этот метод требует особых условий, которые почти никогда не существуют в реальности. Другие методы еще сложнее и требуют специальных датчиков. Поэтому для них используются специальные расчеты, которые позволяют уменьшить погрешность.
В любительских приложениях используются схемы измерения остаточного заряда на основе напряжения, в том числе и для литий-ионных элементов. Это приемлемо, но необходимо учитывать описанные резонансы и знать, что измерения могут быть неточными.
Простой индикатор порогового уровня
Простая конструкция может быть построена с использованием одного транзистора и стабилизатора. Пока выходное напряжение выше 3,2 вольт (стабилизированное напряжение транзистора 2 В + падение напряжения на переходе коллектор-база и база-эмиттер 1,2 В), транзистор открыт, напряжение на нем остается постоянным, остальное падает на резисторе R2. Транзистор закрыт, ток от батареи течет через зеленый светодиод. Как только напряжение падает ниже установленного порога, транзистор начинает открываться, через него течет ток, зеленый светодиод начинает гаснуть, красный светодиод постепенно включается. В определенный момент транзистор открывается полностью, шунтирует зеленый светодиод, и красный светодиод загорается с полной интенсивностью. Недостаток этой схемы в том, что порог открывания устанавливается подбором стабилизатора, поэтому требуется не менее двенадцати полупроводниковых компонентов. Но этот вариант интересен тем, что если использовать транзисторы с противоположной структурой, то светодиоды загораются в процессе зарядки — при переходе от меньшего напряжения к большему.
Алгоритм для самостоятельного изготовления
Самые красивые самодельные электронные устройства — это те, которые сделаны на печатных платах. Трудозатраты вознаграждаются эстетичным внешним видом, да и надежность такой сборки выше.
Сначала нужно спроектировать печатную плату (если она не включена в описание в схеме). Это можно сделать по старинке — нарисовать на бумаге расположение компонентов и провести соединительные линии. Однако в настоящее время удобнее делать это с помощью специальных компьютерных программ, таких как бесплатная Spint Layout. Большим преимуществом является то, что вы можете перемещать элементы на экране, добиваясь оптимального расположения.
Затем нужно перенести дизайн на печатную плату. Плату можно раскрасить вручную (например, лаком для ногтей).
Но платы, изготовленные с помощью ЛУТ (метод лазерной резки), гораздо красивее. Мотив печатается на глянцевой бумаге с помощью лазерного принтера, а затем переносится на плату с помощью утюга.
В этом случае красота изображения не зависит от художественного таланта мастера.
Пластина гравируется в растворе хлорида железа. Однако практичнее использовать следующий раствор:
- 30 грамм лимонной кислоты (продается в любом продуктовом магазине);
- 2-3 чайные ложки поваренной соли;
- 100 грамм аптечной перекиси водорода.
Компоненты легче достать, а при случайном пролитии сложнее повредить одежду и находящиеся поблизости предметы.
После гравировки пластину промывают большим количеством воды, высушивают, сверлят отверстия и можно приступать к герметизации компонентов.
Другая возможность — менее эстетичная, но не менее надежная — собрать схему на макетной плате. От такой платы нужно отпилить кусок подходящего размера (лучше всего использовать плату с металлическими отверстиями). Компоненты впаиваются в отверстия, а соединения выполняются с помощью куска монтажного провода.
В крайнем случае можно собрать схему без печатной платы («паук»), но при этом велика вероятность короткого замыкания и обрыва проводников и клемм во время работы.
Собранная схема должна быть подвергнута хотя бы одному функциональному испытанию. Собранный блок должен быть подключен к регулируемому источнику постоянного напряжения. Увеличивая и уменьшая выходной уровень, следует убедиться, что индикация (включение и выключение светодиодов) соответствует отрегулированному напряжению. При обнаружении несоответствия следует подобрать элементы регулировки порога срабатывания (обычно указаны на схеме). Если схема вообще не работает, ищите ошибку сборки или неисправный компонент.
В видео объясняется, как собрать индикатор заряда из старого тиристора.
Необходимые детали
- Транзистор IRFZ44N — http://alii.pub/5ct567
- Микросхема-стабилизатор TL431 — http://alii.pub/5mclsi
- Два светодиода — http://alii.pub/5lag4f
- Резисторы: 4,7 кОм, 15 кОм, 1 кОм, 5,6 кОм, 220 Ом — http://alii.pub/5h6ouv
На транзисторе «Q1» делается переключатель, который отключает аккумулятор от источника питания. На микросхеме «U1» установлен логический пороговый стабилизатор. Состояние отображается с помощью светодиодов.
Резистор «R4» может быть использован для выбора точного уровня активации. Вместо него может быть установлен подстроечный резистор.
Изготовление зарядного устройства для литий-ионного аккумулятора 3,7 В
Схема не имеет печатной платы и сварена с помощью петель. В качестве моста используется одножильный медный провод.
С левой стороны припаяны провода от источника питания 5 В (зарядное устройство для смартфона), с правой стороны — провода от батарейного блока.
Вставьте аккумулятор 18650 в батарейный отсек. Подключите схему к батарейному блоку через USB-разъем. Загорается красный светодиод, указывающий на протекание зарядного тока.
Через определенное время, когда аккумулятор полностью заряжен, транзистор выключается, и загорается зеленый светодиод, указывая на то, что аккумулятор полностью заряжен.
Проверка тестером показывает, что батарея заряжена до максимального напряжения 4,2 В.
Несколько батарей можно подключить к схеме параллельно.
13 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов: от простых к сложным
Усилитель для наушников, который я собрал в прошлый раз, работает на батарейках. Батареи имеют свойство терять свой заряд. Они теряют заряд даже тогда, когда к ним ничего не подключено, т.е. они разряжаются сами. Несмотря на то, что современные батареи разряжаются очень долго, это происходит. А если на них подается нагрузка, пусть и не очень большая, это время сокращается. И это нормально. Их просто нужно заряжать. Недостаток литий-ионных батарей в том, что они не любят глубокого разряда. Чтобы этого избежать, нужно просто следить за тем, чтобы напряжение на клеммах не падало ниже 2,9-3 вольт. Это, конечно, значение для одного элемента. Если у вас есть батарея с последовательно соединенными элементами, то с этим можно что-то сделать. Я думал оснастить усилитель каким-нибудь индикатором заряда/разряда. Индикатор разряда для уха был одним из самых простых.
Принцип работы очень прост. Когда напряжение на клеммах батареи больше 3,25 вольт, а стабилизатор батареи (Uст=2 вольта) еще не перегорел, транзистор выключается и загорается зеленый светодиод на ограничительном резисторе. Когда напряжение приближается к 3,25 вольта, затвор переходит в состояние пробоя, транзистор открывается и загорается зеленый светодиод. Это вызывает протекание тока через R1, эмиттер-коллектор красного светодиода.
Поскольку в этой схеме используются нелинейные элементы, оба светодиода будут тускло светиться при напряжении около 3,25 вольт, а если используется только один двойной светодиод, то он будет светиться красновато-зеленым светом.
Но при всей кажущейся простоте, есть одна проблема. Она связана с настройкой и выбором AVR. Разные устройства одной и той же марки имеют большой разброс в пределе пробоя:
Это приведет лишь к тому, что красный диод начнет светиться либо немного раньше, либо немного позже. Но он будет светиться. Для меня этого достаточно.
Просто мое применение. Регулятор на 2 вольта я вообще не смог найти. Я решил заменить его цепочкой из 4 диодов 1N4148 из интернета.
Логика немного другая, но в целом можно довольно точно предсказать, когда аккумулятор нужно заряжать. На этом этапе я остановился.
Оказалось, что индикатор зарядки является признаком того, что устройство включено:
Зеленый свет означает, что напряжение аккумулятора выше 3,3 вольт и вам не нужно беспокоиться о его зарядке. Как только появляется красноватый оттенок, вы можете не забыть подключить USB-кабель телефона и запитать аккумулятор.
Питание осуществляется с помощью популярных контроллеров зарядки Alishka:
Но за неделю пробного использования мне еще не приходилось заряжать его. Это связано с тем, что усилитель очень экономичный, и я не слушаю на полной громкости, потому что мне жалко свои уши. В данный момент я проверяю напряжение мультиметром, но планирую закрыть корпус.
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431.
Все мы знаем, что полный разряд очень вреден для аккумулятора и сокращает срок его службы. Во многих схемах нет защиты или есть только индикация, когда батарея достигает минимального предела разряда, а потом мы удивляемся, почему срок службы батареи так мал. Для таких устройств я специально включил простой индикатор заряда батареи, который продлевает срок службы батареи: когда загорается индикатор, это означает, что пришло время зарядить батарею.
Этот индикатор заряда универсален, а напряжение срабатывания можно менять в широком диапазоне от 2,5 В до 36 В, так что его можно использовать как для маленьких игрушек, так и для более мощных устройств, таких как аккумуляторные отвертки, шлифовальные машины и т.д., не сигнализируя об их разрядке. Можно даже прочно спаять все это с шарнирами без необходимости травления печатной платы.
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431
Принципиальная схема универсального индикатора разряда батареи:
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431
Немного поясню схему, как видите она очень простая построена на микросхеме регулируемого регулятора TL431, резистором R2 мы выбираем необходимый порог срабатывания схемы, т.е. минимальное напряжение во входной цепи при котором аккумулятор считается разряженным, например для литий-ионного аккумулятора это — 3,2 В. Устанавливаем это напряжение на регулируемом источнике питания и подключаем его к схеме индикации, затем подстроечным резистором, который мы припаяли заранее вместо резистора R2, устанавливаем мощность свечения светодиодов (можно использовать переменный резистор 10 кОм), затем начинаем изменять напряжение на источнике питания и проверяем, что при установке напряжения выше 3,2 В светодиоды выключаются, а при меньшем — работают. Резистор R1 в схеме 100 кОм, я поставил 10 кОм.
Затем измерьте мультиметром резистор триммера, подберите рядом с ним подходящий фиксированный резистор и впаяйте его в схему вместо триммера.
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431
Ниже приведена фотография готового индикатора разряда батареи:
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431
Я обернул трубку в верхней части термоусадочной трубкой.
Простой универсальный индикатор разряда батареи на микросхеме TL431.
Таким образом, можно настроить этот простой индикатор разряда батареи на любую батарею или сборку батарей с требуемым минимальным напряжением разряда до 36 В.
