Индикаторы степени разряда аккумуляторных батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Контроль состояния аккумуляторных батарей - забота как владельцев автомобилей, так и радиолюбителей, применяющих их в переносной аппаратуре или в составе резервных источников питания. Несоблюдение правил эксплуатации аккумуляторов (перезаряд, глубокий разряд) сокращает срок службы и ухудшает характеристики этих изделий.

В радиолюбительской литературе описано довольно много устройств, предназначенных для контроля напряжения батарей. Для аккумуляторов малой емкости главное требование - малый потребляемый ток. Такому требованию отвечает, например, однопороговый сигнализатор [1], потребляющий в ждущем режиме всего 2 мкА. Для автомобильных аккумуляторов вполне подходят "прожорливые", но с более широкими возможностями двухпороговые индикаторы, например предложенные в [2, 3].

Сигнализация состояния батареи в них осуществляется по-разному: в первом устройстве при понижении напряжения ниже порога включается и постоянно светится единственный светодиод; во втором непрерывно светится единственная лампа накаливания при выходе напряжения за верхний (или нижний) предел; в третьем используют два светодиода, и состояние батареи определяют по яркости их свечения (половинной или нормальной).

Бесспорно, что такие варианты сигнализации не совсем удобны - постоянно светящийся индикатор слабо привлекает внимание (тем более что на приборной доске автомобиля светящихся индикаторов более чем достаточно), а различить еще и степень яркости свечения светодиодов весьма затруднительно, особенно при дневном свете.

Принципиальным отличием представленных в этой статье конструкций является то, что нестандартные режимы индицируются мигающими индикаторами, которые с гораздо большей вероятностью способны привлекать внимание. Это особенно важно, если они не постоянно перед глазами (как приборный щиток в автомобиле), а расположены в блоке резервного питания, который гораздо реже контролируют визуально - проблемы с выходом напряжения батареи из "нормы" довольно редки. Однако необходимо быть уверенным, что батарея заряжена или подзаряжается, а также знать степень ее разрядки.

На рис.1 изображена принципиальная схема индикатора для контроля напряжения в пределах 7-9 В аккумуляторной батареи типа 7Д-0,115, которые часто используют в переносной аппаратуре. За основу взята схема, опубликованная в [1], где источник опорного напряжения и пороговое устройство выполнены на универсальной логической микросхеме К176ЛП1, причем отмеченный авторами этой публикации недостаток - заметная зависимость порога от окружающей температуры (снижается на 0,25 В с ростом температуры на 10°С) можно считать вполне приемлемой платой за малое энергопотребление. Этот датчик, кроме изменения параметров нескольких резисторов, дополнен генератором импульсов на КМОП-инверторах К176ЛА7.

(нажмите для увеличения)

Напряжение контролируемого аккумулятора с делителя на резисторах R1-R3 подается на вход компаратора (вывод 3 DD1). Если напряжение на нем окажется выше установленного резистором R2 порога, на его выходе (вывод 12) - лог."0", который удерживает генератор импульсов в заторможенном состоянии. При этом на выводе 3 DD1 - лог."1", а инвертор DD2.3 обеспечивает выключение светодиода. В этом состоянии энергопотребление не превышает нескольких микроампер, что позволяет подключать индикатор к аккумулятору, минуя выключатель питания, и контролировать его состояние постоянно.

Если напряжение оказывается ниже порога, то на выходе компаратора появляется лог.1", запускающая генератор на элементах DD2.1-DD2.2. Светодиод VD1, являющийся нагрузкой инвертора DD2.3, начинает вспыхивать с частотой около 1 Гц, и устройство потребляет хотя и меньший, чем в прототипе [1], но все-таки значительный ток (единицы миллиампер).

Соединение светодиода VD1 непосредственно с выходом инвертора без балластного резистора возможно, поскольку логический элемент действует как источник тока - выходной ток ограничивается величинами начальных токов КМОП-структур и согласуется с интервалом рабочих токов большинства светодиодов [4].

На рис.2 показана печатная плата устройства (вид со стороны проводников).

Предусмотрена возможность составления резисторов R1 и R4 из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Неиспользуемые входы лишнего элемента 2И-НЕ микросхемы DD2 заземлены.

Вторая конструкция разработана для функционирования в составе аварийного источника питания со стационарной герметичной аккумуляторной батареей FIAMM-GS 12 В емкостью 7,2 А.ч. В отличие от автомобильных батарей, в таком источнике питания батарея подзаряжается от сетевого зарядного устройства постоянно, через ограничитель тока и напряжения. При правильном конструировании перезаряд практически исключен и индицировать повышенное напряжение явно излишне.

Но крайне необходим контроль степени разряда батареи после исчезновения сетевого напряжения и переключения потребителей на резервный источник, чтобы предотвратить глубокую разрядку и вовремя отключить эту нагрузку. Желательно также, чтобы индикатор разряда показывал несколько уровней - близкий к номинальному заряд (при подзарядке аккумуляторной батареи от сети), а также разряд, например, на уровне 50 и 75%.

Принципиальная схема индикатора, который удовлетворяет таким требованиям, показана на рис.3. Он имеет уже двухпороговый компаратор (за основу взята схема включения двух операционных усилителей [2]), который в сочетании с генератором импульсов и двумя светодиодными индикаторами способен показывать 3 степени разрядки батареи, причем две из них для большей заметности - миганием, при разрядке на половину емкости.

(нажмите для увеличения)

Пороги срабатывания компараторов устанавливают резисторами делителя напряжения R1 (подстройка), R2-R4. Указанные в схеме номиналы соответствуют двум порогам: U1=12,1 В (DA1.1) и U2=12,8 В (DA1.2) при опорном напряжении Uоп = 3,3 В, полученным от стабилитрона типа КС133А зарядного устройства. При другом применении следует предусмотреть для него место на печатной плате вместе с резистором 1-1,2 кОм.

Один из компараторов (ОУ DA1.2) управляет генератором импульсов, а второй (ОУ DA1.1) - цветом включенного светодиода. Логику работы индикатора поможет иллюстрировать табл.1

Таблица 1

(нажмите для увеличения)

Примечание: М - меандр скважностью 2 и периодом ≥1 с.

Если напряжение батареи превышает U2, на выходе компаратора DA1.2 (контрольная точка D) будет лог."0", который удерживает генератор импульсов, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, R5, C2 аналогично предыдущей схеме, в ждущем режиме. В контрольной точке G, куда подключены катоды обоих светодиодов, присутствует лог."0". Цвет включенного в данный момент времени светодиода определяется напряжением на выходе компаратора DA1.1 (контрольная точка C) - при лог."0" погаснет зеленый VD4, но инвертор DD1.1 (контрольная точка E) включит красный VD3.

Когда Ucc ниже порога U1, на выходе DA1.2 в точке D появляется лог."1", которая запускает генератор импульсов, и в точке G появляется меандр: при "0" светодиоды горят, а при "1" выключены. Диоды VD1 и VD2 блокируют появление на светодиодах напряжения обратной полярности.

Несмотря на то что светодиоды могли бы быть подключенными к выходам логических элементов DD1 непосредственно, как в предыдущей конструкции, в данном устройстве все-таки установлен балластный резистор R6. Это сделано потому, что здесь напряжение питания индикатора выше, и зеленый светодиод в дежурном режиме светится постоянно. Чтобы излишне не разогревать корпус и не превышать рекомендуемый в [4] предел мощности для микросхемы DD1, ток ограничен на уровне 10 мА - яркость импортного двухцветного светодиода вполне достаточна, чтобы его включение было заметным даже при дневном свете.

Таким образом, постоянно светящийся зеленый индикатор показывает нормальное состояние и достаточный заряд аккумулятора; мигание зеленого указывает на скорое исчерпание емкости; мигание красного - на необходимость через короткое время отключить резервируемые устройства.

Потребляемый ток индикатора около 25-30 мА, что вполне приемлемо для стационарной аккумуляторной батареи такой емкости.

На рис.4 показана печатная плата со стороны проводников.

В обоих устройствах можно использовать следующие детали: резисторы - любые подходящие по размеру; конденсаторы: C1 - малогабаритные электролитические на напряжение не менее 16 В (их емкость некритична), C2 - керамические малогабаритные импортные; светодиоды типа АЛ307 или любые другие, которые повторяющий конструкцию сочтет подходящими по цвету и размеру.

В первом индикаторе микросхему DD2 можно заменить на К561ЛА7, но DD1 аналогов в других сериях не имеет. Во втором индикаторе DA1 можно заменить (с коррекцией печатной платы) любой парой одинарных или сдвоенным ОУ с напряжением питания 15 В, а диоды VD1, VD2 - на КД521, КД522 с любым индексом или импортным аналогом 1N4148.

Наладка обоих устройств сводится к подбору резисторов в делителях и уточнению порогов подстроечными резисторами. Описанные конструкции эксплуатируются без замечаний более 2 лет.

Литература:

1. Ходаковский Е., Андрущенко В. Сигнализатор разрядки батареи аккумуляторов//Радио.-1986.-№11.С.62.
2. Маргулис А. Автомобильный сигнализатор напряжения//Радио.-1987.№ 2.-С.54-55.
3. Серебровский О. Индикатор напряжения аккумуляторной батареи автомобиля//Радио.-1991.- №12.С.64.
4. 4. Данюк Д., Пилько Г. Применение серии 176 со светодиодами//Радiоаматор.-1994.- №2.-С.24.

Авторы: А.И. Хоменко, В.П. Чигринский

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Обнаружены 5 копий Земли 17.10.2013 Космический телескоп Kepler обнаружил экзопланеты, похожие по условиям обитания на Землю. Их всего 5 штук из 18 000 с лишним кандидатов. Новый анализ наблюдений Kepler-а дал астрономам надежду на то, что удалось обнаружить первые планеты, схожие по массе, температуре и типу родительской звезды с нашей родной Землей. До сих пор почти непрерывные наблюдения за 150 000 звезд достоверно не подтвердили существование планет размером с Землю. До сих пор удавалось находить в основном горячие гиганты, непригодные для жизни или более привлекательные с точки зрения потенциальной обитаемости суперземли с диаметром от 1,5 раз большим, чем Земля. Кроме того, планеты земного типа были найдены в обитаемой зоне небольших холодных красных карликов, которые хоть и могут поддерживать жизнь, но отнюдь не комфортную и безопасную, как на нашей планете. Kepler обнаружил множество вероятных экзопланет. Но сколько из них существуют на самом деле? На рисунке варианты ложных показаний (b и с), когда за искомую планету воспринимается другое явление. Возможно, и среди сигнатур 5 наиболее вероятных копий Земли есть ошибочные измерения Поиск двойников Земли был одной из основных целей телескопа Kepler, ведь именно на таких планетах может развиться жизнь, похожая на земную. Также, изучение такой планеты важно для понимания эволюции Земли. К сожалению, найти землеподобную планету у звезды похожей на Солнце очень трудно, поскольку планета размером с Землю блокирует во время транзита (прохождения на фоне диска звезды) только 0,01 % света родительского светила. В декабре прошлого года, команда Kepler-а опубликовала список возможных 18 406 планет-кандидатов и разработала особый алгоритм поиска, согласно которому из тысяч транзитных событий определили 87 вероятных копий Земли. К сожалению, особенности работы телескопа и неполадки с его фотоматрицей поставили под сомнение полученные ранее наблюдения транзитов. Обычно, телескоп Kepler около 3 месяцев неподвижно "смотрел" на определенный участок звездного неба. В конце каждого квартала, телескоп поворачивался на 90 градусов, сканируя все тот же участок неба, только другой частью CCD-матрицы. После очередного квартала телескоп вновь поворачивался, и таким образом в течение 4 лет каждую конкретную звезду наблюдали четыре разные участка матрицы. Проблема заключается в том, что конкретные участки CCD-матрицы оказались немного нестабильными. Данные, которые они собрали, бесспорно полезны для науки, но небольшой случайный шум можно ошибочно принять за транзит экзопланеты. Проще говоря, небольшие помехи могут создавать ложный сигнал о наличии экзопланеты. Хуже всего, что ложные сигналы появляются через строго определенные интервалы (как и настоящие планеты), да к тому же кажутся свидетельствами присутствия планет именно земного типа. В общем, из 87 землеподобных планет подавляющее большинство, судя по всему, - ложные сигналы. Используя особый алгоритм отсеивания ложных сигналов, ученые обнаружили 5 особых транзитных событий, которые регулярно повторялись на протяжении 4 лет. Скорее всего, это и есть экзопланеты земного типа - всего пять возможных копий Земли из тысяч планет-кандидатов. Тем не менее, это тоже успех. Хоть найденные планеты находятся на расстоянии порядка 2000 световых лет и изучить их прямым наблюдением не представляется возможным, астрономы хотя бы имеют шанс исследовать статистические данные.

Другие интересные новости:

▪ Разорительное топливо из зелени

▪ Начал работу телескоп Эвклид

▪ Во льдах Антарктиды появилась гигантская дыра

▪ Самая быстрая звезда в галактике

▪ Карманный проектор от TI

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство аудио. Подборка статей

▪ статья Качающаяся стереоскопия. Энциклопедия зрительных иллюзий

▪ статья Кто такие посредники? Подробный ответ

▪ статья Раувольфия змеиная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Диапазонные фильтры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебное путешествие платка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025