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:

Спасение коралловых рифов пересадкой доноров 10.12.2024

Ученые из Университета Бар-Илана предложили пересаживать фрагменты экосистемы здорового коралла на поврежденный. В результате здоровая экосистема помогает кораллу восстановиться. В новом исследовании был применен метод "пересадки экосистемы кораллового рифа". Он заключается в том, что со здорового рифа берется разнообразное сообщество организмов, в том числе беспозвоночных и микробов, выращивается на терракотовой плитке, а потом вместе с плиткой переносится на поврежденный риф. Эксперименты показали заметное улучшение здоровья кораллов: повысилась эффективность фотосинтеза и увеличилась популяция симбиотических водорослей. Результаты показали, что пересадка здоровой экосистемы может значительно повысить жизнестойкость и физиологические функции кораллов. Важным элементом эксперимента являются сами терракотовые плитки. Они повторяют сложную 3D-структуру природных коралловых рифов и обеспечивают удобную среду для разнообразных организмов. Ученые подробно описали проведенный эк ...>>

Разработана долговечная алмазная батарея 10.12.2024

Британские ученые построили уникальную батарею, способную работать тысячелетиями. Это устройство, получившее название алмазной батареи, основано на использовании радиоактивного изотопа углерода-14 и может стать революцией в мире энергетики. Принцип работы алмазной батареи схож с работой солнечных панелей, но с одной важной разницей: вместо света она использует радиоактивный распад углерода-14. Углерод-14 - это радиоактивный изотоп, известный по методу радиоуглеродного датирования, который широко применяется в археологии и геологии для определения возраста органических материалов. При распаде углерода-14 высвобождаются электроны, которые алмазная структура улавливает и преобразует в электрический ток. Этот процесс обеспечивает стабильное и долговечное производство энергии, так как период полураспада углерода-14 составляет около 5700 лет. Алмазная батарея обладает рядом значительных преимуществ: 1. Долговечность: Благодаря стабильности радиоактивного изотопа устройство способ ...>>

Влияние просмотра телевизора на размер мозга 09.12.2024

Продолжительный просмотр телевизора может негативно сказаться на здоровье мозга, снижая объем серого вещества - области, где сосредоточены нейроны, ответственные за обработку информации. Эти данные были получены в рамках исследования, проведенного командой ученых из Школы общественного здравоохранения Блумберга при Университете Джонса Хопкинса. Возглавлял проект Райан Догерти. Ученые анализировали данные крупного долгосрочного исследования "Развитие риска коронарных артерий у молодых взрослых" (CARDIA), начатого в 1985 году при поддержке Национального института сердца, легких и крови США. В исследовании участвовали более 5000 человек из четырех городов Соединенных Штатов, и его цель заключалась в изучении факторов, влияющих на здоровье на протяжении жизни. Один из аспектов, изученных в рамках CARDIA, был связан с привычками участников, включая время, проводимое перед экраном телевизора. Выяснилось, что те, кто смотрел телевизор более 1,4 часа в день, к 50 годам теряли около 0,5% ...>>

Случайная новость из Архива Магнитный ползун 23.01.2012 Очистка стальных конструкций от ржавчины - тяжелый труд, и для нее требуется возводить леса вокруг очищаемого сооружения либо использовать передвижные лестницы. В Англии начали выпускать устройство, которое благодаря восьми постоянным магнитам ползет по стальной стене и струей воды под большим давлением смывает ржавчину и старую краску. Аппарат можно использовать и для очистки корпуса судов от обрастаний.

Другие интересные новости:

▪ Доказан смертельный вред от электронных сигарет

▪ Вид на дом свысока

▪ Тайна исчезнувшей Луны

▪ Самые опасные страны

▪ Apple создает 3D-интерфейс для iPhone и iPad

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Мобильная связь. Подборка статей

▪ статья Семь футов под килем. Крылатое выражение

▪ статья Чья реклама во всю высоту Эйфелевой башни размещалась на ней с 1925 по 1934 годы? Подробный ответ

▪ статья Унаби. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Условные обозначения силовых кабелей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Плавное выключение дальнего света. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024