Самый простой индикатор напряжения: Простейший индикатор уровня заряда батареи

Простой самодельный индикатор уровня заряда аккумулятора

При разработке или модернизации различных портативных DIY устройств частенько возникает потребность в отображении актуального текущего уровня заряда аккумулятора или батареек. Первое, что приходит на ум — купить готовый модуль, типа такого. Это самый простой вариант, но он вынуждает идти на компромиссы: его придется ждать неопределенное время и останавливать разработку на этот срок; он может не подойти по размерам; может сильно врать по показаниям, и исправить это никак не получится. Я хочу показать довольно простой способ изготовления такого индикатора из минимального количества широкодоступных деталей.

Прошивка, схема и список деталей

Модуль реализован на простейшем микроконтроллере Attiny13A и 4х индикаторных светодиодах. Схема сильно упрощенная, без какой-либо защиты от помех и неправильной полярности, в моем случае это допустимо, т. к. индикатор устанавливается в маломощное устройство. Если предполагается работа в более жестких условиях, то стоит добавить в цепь питания микроконтроллера диод Шоттки и конденсатор 1-10мкФ, а так же пересчитать в прошивке пороговые значения напряжений с учетом падения напряжения на диоде.

Исходные коды, готовые прошивки и прочие нужные материалы можно найти у меня на гитхабе.

Схема:

Для сборки нам понадобятся:

• Attiny13A
• Резисторы на 18 кОм и 4.7 кОм — для делителя напряжения. Не обязательно SMD и именно с такими значениями, прошивку можно настроить под другие
• Резисторы 220 Ом — для подключения к светодиодам
• Arduino Nano 3.0 — для использования в качестве программатора
• SOIC клипса — по желанию, без нее можно обойтись, но она сильно ускоряет и облегчает прошивку микроконтроллера в SOIC-8 исполнении
• Разноцветные 3мм светодиоды

У тех, кто увлекается DIY и всякими ардуинами, перечисленных выше компонентов скорее всего навалом, так что покупать ничего не придется, разве что Attiny13A.

Возможности

Я поставил цель запилить максимально простой, но в то же время достаточно функциональный индикатор. Для отображения уровня заряда в нем используются 4 светодиода, логика работы проста:

• Горят 4 светодиода — заряд 100% — 75%, напряжение 4.2В — 3.9В
• 3 светодиода — 75% — 50%, напряжение 3.9В — 3.7В
• 2 светодиода — 50% — 25%, напряжение 3.7В — 3.5В
• 1 светодиод — 25% — 0%, напряжение 3.5В — 3.3В

Первый и последний светодиоды могут мигать, сигнализируя соответственно либо о перезаряде (напряжение > 4.25В), либо слишком низком напряжении (< 3.3В). Диапазон рабочих напряжений модуля лежит в пределах от 2.7В до 5.5В, максимальный потребляемый ток — около 50мА (зависит от значений ограничительных резисторов).

Настройки и режимы работы

На гитхабе в разделе firmware лежат уже готовые «отполированные» мною бинарники прошивок (файлы all_leds. hex и single_led.hex), они рассчитаны на применение резисторов номиналами 18 кОм и 4.7 кОм в делителе напряжений. Но бывает так, что именно таких резисторов может не оказаться, либо может попасться кривой микроконтроллер (по даташиту у Attiny13A заявлена точность измерений ADC в районе 10%), тогда потребуется самостоятельно модифицировать и пересобрать прошивку для себя, сделать это можно в программе Atmel Studio.

Доступные для изменения настройки в прошивке:

UHI здесь задает порог напряжения, выше которого начинает работать индикация перезаряда, остальные (U100, U75, U50, U25) — пороги для зажигания соответствующих светодиодов. При напряжении ниже U25 срабатывает индикация низкого напряжения. Общая формула для вычисления этих пороговых значений в зависимости от номиналов резисторов и напряжения аккумулятора имеет вид:

Где Ubat — напряжение на входе, R1, R2 — значения сопротивлений резисторов делителя. В случае, если МК подключен через диод Шоттки, в формулу добавляется величина падения на диоде Ud:

Но, как я уже говорил, погрешность АЦП у этого типа МК довольно большая, поэтому занесенные мною в прошивку значения слегка отличаются от теоретических. В идеале можно добиться очень высокой точности, но только методом проб и ошибок на конкретном экземпляре микроконтроллера. Для использования индикатора в качестве простого показомера «заряжено» — «разряжено» подойдут и мои значения.

Помимо пороговых значений изменять можно еще 2 параметра: гистерезис UHYS и режим отображения USE_ALL_LEDS. Первый служит для предотвращения мерцания светодиодов при переходе через пороговые напряжения, чем выше значение — тем меньше вероятность мерцаний. Если никаких неожиданных миганий при работе индикатора вы не наблюдаете — то этот параметр трогать нет необходимости. Второй параметр, USE_ALL_LEDS, задает один из двух способов индикации: в случае наличия строки с этим параметром в индикации будут участвовать все «младшие» светодиоды, если же эту строку закомментировать или вовсе удалить — будет гореть только один светодиод, отвечающий за текущий уровень заряда. Как это выглядит — покажу дальше, а пока предлагаю приступить к сборке модуля.

DIY, DIY, DIY

В случае использования МК в исполнении DIP-8 удобнее всего собирать модуль навесным монтажом. В моем случае МК в SOIC-8, поэтому я буду делать плату буквально на коленке и покажу небольшой лайфхак, как можно легко от руки разводить платы для SMD. Первое, что нам для этого нужно — кусок текстолита, размером примерно 20×10мм:

Его даже не обязательно покупать, можно вырезать из ненужной платы какого-либо устройства, покрытые медью площадки такого маленького размера встречаются довольно часто. Далее шкурим и обезжириваем поверхность, затем примеряем наш МК:

Придерживая пинцетом, с помощью тонкого перманентного маркера наносим на будущую плату риски между контактами контроллера:

Так легко и просто мы получаем практически идеальное посадочное место под пайку, и так можно «обрисовать» практически любой SMD компонент:

Далее просто от руки дорисовываем места под резисторы делителя и выводы на светодиоды:

Осталось протравить нарисованную плату, сделать это легко и просто с помощью валяющихся у каждого дома ингредиентов, записываем рецепт:

• Пол рюмки перекиси водорода из аптечки
• Кидаем в нее половину чайной ложки поваренной соли
• Добавляем чайную ложку лимонной кислоты
• Перемешиваем до полного растворения компонентов, если плохо растворяется — смесь можно подогреть

Кидаем плату в раствор:

О начавшемся процессе травления возвещают появившиеся на поверхности меди пузырьки. Пока плата травится, я распечатал на принтере будущий корпус для индикатора:

Спустя 15-20 минут плата полностью протравилась, а раствор стал бирюзовым:

Вытаскиваем плату, смываем маркер, проверяем дорожки:

Все протравилось идеально, можно паять компоненты, которых не так много: всего 1 МК и 2 резистора. Паять удобнее всего пастой, фен в нашем случае не нужен, можно обойтись обычным паяльником с тонким жалом:

Плата готова, теперь нам нужно подготовить светодиоды. Я использовал обычные дешевые 3мм светодиоды: красный, оранжевый, зеленый и белый. Для удобства пайки я распечатал второй корпус и сделал из него подставку:

Минусовые выводы светодиодов подрезаны и запаяны вместе, к плюсовым паяем ограничительные резисторы:

Я использовал по 220 Ом, но при использовании одинаковых резисторов для всех светодиодов у них будет сильно отличаться яркость. В моем случае это не критично, но для большей красоты следует подбирать резисторы индивидуально.

Далее берем нашу плату, размещаем между выводами светодиодов и паяем минусовой контакт диодов к нижней дорожке земли на плате:

Свободные концы резисторов паяем к соответствующим пятакам платы:

Последний штрих — паяем провода питания. Я забыл развести пятаки для удобства, поэтому пришлось паять так:

Вид с обратной стороны:

Модуль готов, теперь в него необходимо «вдохнуть жизнь» прошивкой.

Заливаем прошивку

Для заливки прошивок в контроллеры я приспособил Arduino Nano. Прямо в Arduino Studio есть специальный скетч, который заливается в Nano и превращает его в AVRISP программатор:

В коде скетча перед заливкой в Arduino необходимо предварительно раскомментировать строку #define USE_OLD_STYLE_WIRING:

В результате мы получаем удобный ISP программатор, который можно использовать с avrdude. Подключаем ардуину к микроконтроллеру в соответствии со схемой:

SOIC клипса в таких делах очень сильно выручает, но при ее отсутствии можно подпаяться напрямую к контроллеру. Конденсатор между RESET и GND можно не использовать, все должно работать и без него.

После подключения и проверки всех проводов пытаемся запустить прошивку командой, подставив нужное название файла:

avrdude -p t13 -c avrisp -b 19200 -u -Uflash:w:название_файла_прошивки.hex:a -Ulfuse:w:0x65:m -Uhfuse:w:0xFD:m

В случае успеха на экране будет что-то типа такого:

Если ошибка — то проверяем в первую очередь провода и правильность установки софта/драйверов, правильность выбора COM-порта. По опыту скажу, что сломать Attiny при прошивке очень сложно, они практически не убиваемые. Ни внезапно отвалившаяся в процессе прошивки клипса, ни баги с софтом на компе ему не страшны. Единственное, чем можно запороть этот МК — это неправильными фьюзами.

Проверяем работоспособность

После удачной прошивки модуль должен сразу заработать, потому что на него подается питание через программатор. Для большей уверенности необходимо подключить его к регулируемому источнику питания и прогнать диапазон 3В — 5В и проверить, что все светодиоды и режимы индикации работают. За неимением ЛБП выйти из положения можно с помощью наборов различных элементов питания: при работе от одной CR2032 модуль должен мигать красным светодиодом, сигнализируя о слишком низком напряжении; при питании от 3xAA или 2xCR2032 должен напротив мигать белый светодиод, обозначая превышение допустимого для Li-ion напряжения. Если при проверке на ЛБП выясняются расхождения с заявленными пороговыми напряжениями и индикацией, то для повышения точности можно методом проб и ошибок найти более точные значения UHI, U100, U…

Примеры работы в гифках

Изменение напряжения от 4.2В до 3.3В и обратно:

Индикация превышения допустимого напряжения:

Те же примеры с удаленной из прошивки строкой USE_ALL_LEDS:

Индикация низкого напряжения:

Продолжаем DIY

Модуль прошит, проверен и отлажен, теперь осталось разместить его в напечатанном ранее корпусе. Вставляем плату:

Для надежности внутренности я залил эпоксидной смолой:

Как оказалось, сделал я это зря) Эпоксидка при застывании расширилась и немного повела корпус, для целей фиксации все же лучше использовать герметик или термоклей.

Переднюю часть для красоты шкурим и тем самым матируем:

Итоговый вид:

Разница в яркости немного портит впечатление, но при желании это можно легко решить.

Выводы

По функциональности самодельный модуль ни в чем не уступает покупным, и при этом имеет кучу преимуществ:

• В нем легко добиться высокой точности с помощью подгона параметров
• Легко адаптировать под любой дизайн и встроить куда угодно
• Его можно собрать на коленке из имеющихся элементов
• При необходимости можно модифицировать его на работу с 2S и выше, либо вообще на другие элементы питания

Единственный недостаток — сделать его все же несколько сложнее, чем просто заказать и ждать)

Схемы индикаторов разряда li-ion аккумуляторов для определения уровня заряда литиевой батареи (например, 18650)

Главная

>

Схемы и чертежи

>

13 схем индикаторов разряда Li-ion аккумуляторов: от простых к сложным

Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.

И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений — от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

Далее будут представлены только те индикаторы разряда li-ion аккумуляторов, которые не только проверены временем и заслуживают вашего внимания, но и с легкостью собираются своими руками.

Внимание! Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Для предупреждения глубокого разряда необходимо вручную отключить нагрузку либо использовать контроллеры разряда.

Вариант №1

Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:

Разберем, как она работает.

Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.

Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.

Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.

Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный — чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.

Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.

Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом — переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:

Вариант №2

В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.

Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).

Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:

Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.

Вариант №3

А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Вариант №4

Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.

При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.

В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.

Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше — тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.

Вариант №5

На трех транзисторах:

Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко — между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации — 3 мА, при выключенном светодиоде — 0.3 мА.

Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:

С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 — разрешено, 0 — запрещено.

Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.

Вариант №6

Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.

Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.

Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:

*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.

Вариант №7

Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector’ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.

Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.

Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.

Вот еще несколько вариантов на выбор:

• на 3.08V: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G;
• на 2.93V: MCP102T-300E/TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
• серия MN1380 (или 1381, 1382 — они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка «1» в обозначении микросхемы — MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.

Также можно взять советский аналог — КР1171СПхх:

В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:

Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.

Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения — чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:

Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую «моргалку» на двух биполярных транзисторах.

Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:

Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.

Вариант №8

Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:

Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза — коротка вспышка — опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений — в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом — всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.

Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.

Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.

Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы — инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.

Вариант №9

Схема на 74HC04.

Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 — 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.

Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.

Вариант №10

Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914:

Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.

Подключив 9-ый вывод микросхемы на «землю», можно перевести ее в режим «точка». В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.

В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения, т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.

Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.

Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!

Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:

Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.

Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.

Вариант №11

Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339.

Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).

Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.

Вариант №12

Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.

Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.

Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.

Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.

Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке.

Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.

Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).

Вариант №13

Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют контроллерами заряда-разряда), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.

Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.

Внимание!!! Попадаются платы, включающие защиту от переразряда при недопустимо низком напряжении (2.5В и ниже). Поэтому из всех имеющихся у вас плат необходимо отобрать только те экземпляры, которые срабатывают при правильном напряжении (3.0-3.2V).

Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:

Микросборка 8205 — это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.

Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.

Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.

Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.

Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.

Пожалуйста, учитывайте тот факт, что схемы индикаторов разряда сами потребляют энергию аккумулятора! Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, предотвращающие глубокий разряд.

Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот — в качестве индикатора заряда.

4 Схемы индикатора напряжения светодиода

В электронных приборах необходимы. Один мой друг как-то сказал, что хороший инструмент. Не обязательно дорого.
Важно использовать достаточно. Сегодня я постараюсь собрать 4 схемы светодиодных индикаторов напряжения постоянного тока

Это четыре схемы светодиодных индикаторов напряжения, которые просты и легки в сборке для проверки напряжения батареи и других, используются в качестве стабилитрона, транзистора, LM339 и т. д.

Схема 1# Простейший индикатор включения-выключения батареи с использованием двух светодиодов 912В Монитор уровня заряда свинцово-кислотной батареи

Похожие сообщения

Схема 1# Простейший двухпозиционный индикатор заряда батареи с использованием двух светодиодов

Если вы хотите научить детей изучать простую светодиодную схему. Это одна из хороших схем. Это самый простой индикатор включения-выключения батареи с использованием двух светодиодов. Оба светодиода покажут вам.

Когда вы включаете S1 в положение «ON», в цепь поступает ток. При этом LED1 будет кратковременно мигать. Но LED2 гаснет.

Затем мы выключаем S1, чтобы не использовать схему. Смотрите LED1 все еще гаснет. Но LED2 кратковременно вспыхнет, после чего тоже погаснет.

Почему?

Конденсатор C1 емкостью 1000 мкФ — главный герой.

В схеме есть переключатель SPDT-S1.

Если мы включаем, ток течет через R1 к LED1, он кратковременно мигает, когда C1 начинает заряжаться. Пока C1 полностью не зарядится, LED1 погаснет.

Так как LED1 получает обратное смещение. Так что для LED1 ничего не происходит.

Теперь C1 имеет полный ток и меньше тока утечки.

Затем отключаем, НЕТ тока на выходе. Но не конец, ток в C1 разряжается на LED2. Он также кратковременно мигает. Единица тока в C1 пуста. LED2 гаснет.

Светодиод 1 гаснет из-за обратной полярности.

Цепь 2# Микросхема визуального индикатора нулевых биений

Вы столкнулись с крошечной визуальной схемой индикатора нулевого биения. Он подходит для показа звукового сигнала или индикатора настройки CW. Что ниже, чем 3Vp-p.

В схеме используются всего два светодиода и только один резистор.
Светодиоды (LED) Светодиодный индикатор является индикатором. Поскольку светодиод может выдерживать 20-30 мА, резистор R1 обеспечивает более чем правильное ограничение тока.

Схема миниатюрного визуального индикатора нулевого биения

Оба светодиода подключены параллельно, имеет разную полярность. Они укажут частоту нулевого биения.

Каждый светодиод будет работать только половину периода входного сигнала.

Когда входная частота отличается от нулевой частоты более чем на 1 кГц. Оба светодиода будут увеличиваться все время.

Когда входная частота находится в пределах 20 Гц от нуля, светодиоды будут мигать до тех пор, пока не будет достигнута нулевая частота.

Оба светодиода светятся или мигают до тех пор, пока не будет достигнуто нулевое биение, после чего они гаснут.

Цепь 3# Простой индикатор уровня напряжения с использованием стабилитрона

Простой индикатор напряжения со светодиодом и стабилитроном

Вы изучаете концепцию. Хотя есть небольшие схемы. Но это может сделать большую работу цепей завершенной.

Сегодня мы увидим индикатор уровня напряжения в самой простой модели. Он использует только простую электронику. В результате стабилитрон, резистор и светодиод уже могут показывать. В каждой цепи светодиод горит ярко, когда V + повышается, чтобы достичь напряжения пробоя. И Vz стабилитрона + VLed должны использовать RS для светодиода один за другим. Схема справа будет свидетельствовать о чтении значения в виде гистограммы. Когда стабилитрон спокойно увеличивает значение Vz. Эта схема может быть проста и полезна для друзей, пожалуйста, сэр.

Схема 4# Простой трехступенчатый индикатор уровня

Сегодня мы рассмотрим концепцию простой схемы индикатора уровня, которая очень мала и может отображаться с помощью трехступенчатого светодиодного индикатора. Когда вы видите на схеме ниже, это очень просто. Мы используем переменный резистор (потенциометр) только с 3 единицами, что делает эту схему дешевой и простой.

Значения резисторов потенциометра VR1-3 определяются типом светодиода, когда мы использовали светодиоды MV 50 с большим сопротивлением, с шагом 2K для 2V и током стока (последовательные цепи) во всех трех светодиодах на 5 мА. , Цепочку светодиодов можно удлинить, Но быстрый рост тока стока и первый светодиод в токоподводе.

Как показано на рисунке ниже, мы тестируем эту схему на макетной плате с 3 В для первого светодиода 1, 6 В для второго светодиода 2 и 9 В для третьего светодиода 3.

Цепь 5# Цепь индикатора уровня заряда батареи

Эта схема является простой схемой индикатора уровня заряда батареи. Что может быть простым и сложным, можно увидеть, что схема имеет светодиодный индикатор для отображения на 3 шаге.
Работа схемы была исправлена, чтобы дать храмовый вольт, обычно около 11В-14В. Какой уровень напряжения будет нормальным, если уровень напряжения немного больше 11 В сделает красную палочку LED1 яркой.

Большое спасибо Denis эта ошибка схемы. Мой сын снова тестирует эту схему и модифицирует эту новую.
Большое спасибо!!

Если напряжение больше 11 В, но не превышает 14 В, светодиод 1 горит красным, а светодиод 2 зеленым. Поскольку напряжение, превышающее 11 В, имеет ток, протекающий через R1 и ZD1, идет на то, чтобы стимулировать контакт B Q1, заставляя Q1 работать LED2 ярко. Но если уровень напряжения источника питания превышает 15В, светодиод 3 должен гореть на обеих палочках. Из-за источника вольтового геркона ток 15 В проходит через R4 и ZD2, чтобы стимулировать контакт B Q2, он заставляет Q2 работать LED3, а затем ярко светится.

При повышении напряжения на 15 В загораются все светодиоды 1, 2, 3. Светодиод 1 в норме, потому что через него проходит меньший ток.

Цепь 6# Контроль уровня заряда 12-вольтовой свинцово-кислотной батареи

В приведенной ниже схеме счетверенный компаратор напряжения (LM3914) используется в качестве простого гистограммного индикатора для индикации состояния заряда 12-вольтовой свинцово-кислотной батареи.

Опорное напряжение 5 В подается на каждый из (+) входов четырех компараторов, а (-) входы подключаются к последовательным точкам делителя напряжения.

Светодиоды загораются, когда напряжение на отрицательном (-) входе превышает опорное напряжение. Калибровку можно выполнить, отрегулировав потенциометр 2K так, чтобы все четыре светодиода загорались, когда напряжение батареи составляет 12,7 В, указывая на полный заряд без нагрузки на батарею.

При напряжении 11,7 В светодиоды должны погаснуть, указывая на разряженную батарею. Каждый светодиод представляет примерно 25-процентное изменение состояния заряда или 300 мВ, так что 3 светодиода показывают 75 %, 2 светодиода — 50 % и т. д. Фактическое напряжение будет зависеть от температурных условий и типа аккумулятора, жидкостного элемента, гелевого элемента и т. д.

Хотя схемы уже не те. Но это поможет вам добиться успеха в безусловно электронных проектах.

Проверьте эти связанные статьи:

• 8 Циклы индикатора тревоги с низким напряжением батареи с использованием SCR Transistor IC
• с использованием операционного усилителя и простой схемы индикатора уровня заряда батареи 723

с использованием операционного усилителя

В современном мире мы используем батареи почти во всех электронных гаджетах, от портативных мобильных телефонов, цифровых термометров, смарт-часов до электромобилей, самолетов, спутников и даже роботизированных вездеходов, используемых на Марсе, батарея которых работала около 700 сол (марсианских дней). . Можно с уверенностью сказать, что без изобретения этих электрохимических накопителей, известных как батареи, мир, каким мы его знаем, не существовал бы. Существует множество различных типов батарей, таких как свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, литий-ионные и т. д. С появлением технологий мы видим, как изобретаются новые батареи, такие как литий-воздушные батареи, твердотельные литиевые батареи и т. д., которые имеют более высокую энергоемкость и широкий диапазон рабочих температур. Мы уже обсуждали больше о батареях и как они работают в наших предыдущих статьях. В этой статье мы узнаем, как спроектировать простой 12 В индикатор уровня заряда батареи с использованием операционного усилителя.

Хотя уровень заряда батареи является неоднозначным термином, потому что мы не можем реально измерить заряд, оставшийся в батарее, если мы не используем сложные расчеты и измерения с использованием системы управления батареями. Но в простых приложениях у нас нет роскоши этого метода, поэтому мы обычно используем простой метод для оценки уровня заряда батареи на основе напряжения разомкнутой цепи , который действительно хорошо работает для свинцово-кислотных 12-вольтовых аккумуляторов, поскольку их кривая разряда почти линейна от 13,8 В до 10,1В, которые обычно считаются его верхним и нижним крайними пределами. Ранее мы также построили индикатор уровня заряда батареи на основе Arduino и схему мониторинга напряжения нескольких ячеек, вы также можете проверить их, если вам интересно.

В этом проекте мы спроектируем и создадим индикатор уровня заряда батареи 12 В с помощью четырехъядерного компаратора на основе OPAMP IC LM324, который позволит нам использовать 4 компаратора на основе OPAMP на одном кристалле. Мы измерим напряжение батареи и сравним его с заданным напряжением, используя микросхему LM324, и запустим светодиоды, чтобы отобразить полученный результат. Давайте прыгнем прямо в него, не так ли?

Необходимые компоненты

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4×светодиодные лампы (красные)
• Резистор 1×2,5 кОм
• Резистор 5×1 кОм
• 1×1,6 кОм Резистор
• Резистор 4×0,5 кОм
• 14-контактный держатель ИС
• Винтовая клемма для печатной платы
• Перфорированная плита
• Набор для пайки

LM324 Счетверенный операционный усилитель IC

LM324 — это счетверенный операционный усилитель, интегрированный с четырьмя операционными усилителями , питаемыми от общего источника питания. Диапазон дифференциального входного напряжения может быть равен диапазону напряжения источника питания. Входное напряжение смещения по умолчанию очень низкое и составляет 2 мВ. Диапазон рабочих температур составляет от 0°C до 70°C при температуре окружающей среды, тогда как максимальная температура перехода может достигать 150°C. Как правило, операционные усилители могут выполнять математические операции и могут использоваться в различных конфигурациях, таких как усилитель, повторитель напряжения, компаратор и т. д. Таким образом, используя четыре операционных усилителя в одной ИС, вы сэкономите место и упростите схему. Он может питаться от одного источника питания в широком диапазоне напряжений от -3 В до 32 В, что более чем достаточно для проверки уровня заряда батареи до 24 В в этой цепи.

Схема для индикатора уровня заряда батареи 12 В

Полная схема, используемая в индикаторе батареи 12 В , представлена ​​ниже. Я использовал батарею 9 В для иллюстрации на изображении ниже, но предполагаю, что это батарея 12 В.

Если вам не нравятся графические схемы, вы можете проверить схемы на изображении ниже. Здесь Vcc и Ground — это клеммы, которые должны быть подключены к положительному и отрицательному аккумулятору 12 В соответственно.

Теперь давайте приступим к пониманию работы схемы. Для простоты мы можем разделить схему на 2 разные части.

Раздел опорных напряжений:

Во-первых, нам нужно решить, какие уровни напряжения мы хотим измерить в цепи, и вы можете соответствующим образом спроектировать схему делителя напряжения на основе резисторов. В этой схеме D2 является эталонным стабилитроном с номиналом 5,1 В 5 Вт, поэтому он будет регулировать выходное напряжение до 5,1 В на нем. К нему последовательно подключено сопротивление 4 1 кОм, поэтому падение примерно 1,25 В будет на каждом резисторе, который мы будем использовать для сравнение с напряжением батареи . Опорные напряжения для сравнения составляют приблизительно 5,1 В, 3,75 В, 2,5 В и 1,25 В.

Кроме того, есть еще одна схема делителя напряжения, которую мы будем использовать для сравнения напряжения батареи с напряжением, выдаваемым делителем напряжения, подключенным к стабилитрону. Этот делитель напряжения важен, потому что, настроив его значение, вы определите точки напряжения, за пределами которых вы хотите зажечь соответствующие светодиоды. В этой схеме мы выбрали последовательно резистор 1,6 кОм и резистор 1,0 кОм, чтобы обеспечить коэффициент деления 2,6.

Таким образом, если верхний предел батареи составляет 13,8 В, тогда соответствующее напряжение, заданное делителем потенциала, будет 13,8/2,6 = 5,3 В, что больше, чем 5,1 В, заданное первым опорным напряжением от стабилитрона, следовательно, все светодиоды будет гореть, если напряжение батареи составляет 12,5 В, т. е. она не полностью заряжена и не полностью разряжена, тогда соответствующее напряжение будет 12,5/2,6 = 4,8 В, что означает, что оно меньше 5,1 В, но больше, чем три других эталонных напряжения, поэтому три Светодиоды загорятся, а один нет. Таким образом, мы можем определить диапазоны напряжения для освещения отдельного светодиода.

Секция компаратора и светодиода:

В этой части схемы мы просто подключаем разные светодиоды к разным уровням напряжения. Поскольку IC LM324 представляет собой компаратор на основе операционного усилителя, поэтому всякий раз, когда неинвертирующая клемма конкретного операционного усилителя находится под более высоким потенциалом, чем инвертирующая клемма, выход операционного усилителя будет иметь высокий уровень примерно до уровня напряжения VCC, который в нашем случае является напряжением батареи. . Здесь светодиод не загорится, потому что напряжения на аноде и катоде светодиода равны, поэтому ток не будет течь. Если напряжение на инвертирующей клемме выше, чем на неинвертирующей клемме, то выход OPAMP будет понижен до уровня GND, поэтому светодиод загорится, потому что на его клеммах есть разность потенциалов.

В нашей схеме мы подключили неинвертирующий вывод каждого операционного усилителя к резистору 1 кОм цепи делителя потенциала, подключенного к батарее, а инвертирующие выводы подключены к разным уровням напряжения от делителя потенциала, подключенного к Зенер. Таким образом, всякий раз, когда пропорциональное напряжение батареи ниже, чем соответствующее опорное напряжение этого операционного усилителя, выход будет высоким, и светодиод не загорится, как объяснялось ранее.

Проблемы и улучшения:

Это довольно грубый и базовый метод аппроксимации напряжения батареи, и вы можете дополнительно изменить его, чтобы считывать диапазон напряжения по вашему выбору, добавив дополнительный резистор последовательно с делитель напряжения, подключенный через диод Зенера 5,1 В, таким образом, вы можете получить большую точность в меньшем диапазоне, чтобы вы могли определить больше уровней напряжения в меньшем диапазоне для реальных приложений, таких как свинцово-кислотная батарея.

Вы также можете подключить светодиоды разного цвета для разных уровней напряжения и, если хотите, гистограмму. Я использовал только один LM324 в этой схеме, чтобы упростить ее, вы можете использовать n количество микросхем компаратора и с n резисторами, последовательно со стабилитроном опорного напряжения, вы можете иметь столько опорных напряжений для сравнения, сколько хотите что еще больше повысит точность вашего индикатора.

Сборка и тестирование индикатора уровня заряда батареи 12 В

Теперь, когда мы закончили разработку схемы, нам нужно изготовить ее на перфорированной плате. Если вы хотите, вы также можете сначала протестировать его на макетной плате, чтобы увидеть, как он работает, и отладить ошибки, которые вы можете увидеть в схеме. Если вы хотите избавить себя от хлопот, связанных со пайкой всех компонентов, вы также можете спроектировать свою собственную печатную плату в AutoCAD Eagle, EasyEDA или Proteus ARES или любом другом программном обеспечении для проектирования печатных плат, которое вам нравится.

Поскольку LM324 может работать с широким диапазоном источников питания в диапазоне от -3 В до 32 В, вам не нужно беспокоиться об отдельном источнике питания для микросхемы LM324, поэтому мы использовали только одну пару винтов для печатной платы. Клеммы, которые будут напрямую подключены к клеммам аккумулятора и питают всю печатную плату. Вы можете проверить уровни напряжения от минимального 5,5 В до максимального 15 В с помощью этой схемы. Я настоятельно рекомендую вам добавить еще один резистор последовательно в делитель потенциала на стабилитроне и уменьшить диапазон напряжения каждого светодиода.

Если вы хотите увеличить диапазон измерения напряжения с 12 В до 24 В, поскольку LM324 может тестировать батареи до 24 В, вам просто нужно изменить коэффициент деления напряжения делителя напряжения, подключенного к батарее, чтобы сделать их сопоставимыми. до уровней напряжения, заданных эталонной схемой Зенера, а также удвоить сопротивление, подключенное к светодиодам, чтобы защитить его от протекания через них сильного тока.

Полную работу этого руководства также можно найти в видео, ссылка на которое приведена ниже. Надеюсь, вам понравился урок и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или вы можете использовать наши форумы для других технических вопросов.