Защита акб автомобиля от глубокого разряда. Устройства защиты аккумуляторов

Что-то попаять захотелось… Не отказывать же себе в таком удовольствии 🙂

Предыстория такова. Собираю квадрокоптер 🙂 Нужны хорошие аккумуляторы: большой ёмкости, с хорошей токоотдачей, лёгкие. Т.е. литий-ионные. Была закуплена пара аккумуляторов и было решено их протестировать. Я в последнее время проверяю всё что покупаю в Китае. Гораздо лучше собирать устройство из заведомо исправных деталей: во-первых, есть время перезаказать детальку если пришла дохлая, во-вторых, на столе элемент проверить проще чем в устройстве и не придётся выдирать его из недр в случае чего. Входной контроль — это правильно!

Итак, проверяю мои батарейки и обнаруживаю что они показывают ёмкость заметно меньше заявленной. Ну, бывает, полежали на складе и всё такое (хотя напряжение было в норме и это должно было насторожить). Помню что аккумуляторы можно «потренировать», т.е. провести несколько циклов разряд-заряд и тогда ёмкость может восстановиться.

Ставлю одну батарею на зарядник iMax B6 , который умеет автоматически управлять процессами разряда и заряда. Процесс долгий… что делать со второй? Ага, мысль! Давай-ка я её по-старинке, лампочкой разряжу! Да, я знаю что литий-ионные аккумуляторы нельзя разряжать ниже примерно 3 Вольт на элемент («банку»), но у меня же есть тестер, я буду контролировать напряжение прям на балансировочном разъёме… В общем, плохая идея. Я, конечно закрутился и угандошил батарейку в ноль 🙁

Я думал — ничего страшного. Прошлый опыт с никель-кадмием говорит что полный разряд это плохо, но не смертельно. Ан нет! Моему аккумулятору хватило одного раза чтобы один элемент из трёх вздулся и сдох (пришлось его ампутировать и теперь у меня есть 2S аккумулятор). Т.е. литий-ионный аккумулятор разряжать ниже 3В на элемент не просто нельзя, а совсем, вообще нельзя!

Так, думаем дальше. Далеко не во всех приборах, особенно самодельных есть контроллер, который не даст разрядить батарею до опасного уровня. Значит нужно некое устройство, которое будет следить за напряжением и предупредит в случае чего. Моделисты всего мира в голос ржут надо мной за такую свежую идею 😀

Как это сделать? Мысль потекла в какие-то влажные дали, в сторону схемы на микроконтроллере с поэлементным контролем батареи… И тут на глаза попалось видео , в котором была предложена очень простая аналоговая схемка, которая отключает питание при снижении напряжения ниже заданного порога. Правда, она следит только за общим напряжением на батарее и не контролирует отдельные «банки»…. но мы же заряжаем наш аккумулятор по-честному, на балансирующем заряднике , поэтому при работе достаточно знать общее напряжение.

Пока я размышляю, китайцы действуют! И вот один из них накосячил вместо заказанных «кренок» (L7805) прислал мощные МОП-транзисторы (они же MOSFET). Нууууу… раз столько всего сошлось — пора браться за паяльник 🙂

Так, схема годная. Но есть нюанс (c). В ней есть кнопка запуска. Т.е. чтобы включить нагрузку, надо подать напряжение и кратковременно нажать кнопку. Неудобно: два действия вместо одного. Хочу без кнопки!

Всем известно, что глубокая разрядка аккумуляторных батарей резко уменьшает срок эксплуатации последних. Для того чтобы исключить такой режим работы аккумуляторов применяют различные схемы – ограничители разрядки. С появлением микросхем и мощных полевых переключательных транзисторов такие схемы стали иметь небольшие габариты, стали более экономичными.

Схема ограничителя, ставшая уже классической, показана на рисунке 1, ее можно встретить во многих схемах радиолюбителей. Устройство предназначено для работы в составе бесперебойного источника питании домашнего инкубатора. Полевой транзистор VT1 – IRF4905 в данной схеме выполняет функцию ключа, а микросхема КР142ЕН19 является компаратором напряжения.

При замыкании контактов К1, это контакты реле, которые подключают аккумулятор при отсутствии напряжения сети 220В, на схему подается напряжение с аккумуляторной батареи GB1, но так как сам по себе транзисторный ключ открыться не может, то для его запуска введены два дополнительных элемента – С1 и R2. И так, при появлении напряжения на входе, начинает заряжать конденсатор С1. В первый момент начала его заряда затвор транзистора оказывается зашунтирован этим конденсатором на общий провод схемы. Транзистор открывается и если напряжение на аккумуляторной батарее находится выше установленного на компараторе порога, он остается открытым и далее, если же напряжение ниже…, то транзистор сразу же закрывается. Порог отключения аккумулятора от нагрузки устанавливается резистором R3. Компаратор работает следующим образом. По мере разряда аккумуляторной батареи напряжение на выводе 1 микросхемы DA1 КР142ЕН19 будет уменьшаться и как только оно приблизится к опорному напряжению данной микросхемы -2,5В, начнет увеличиваться напряжение на ее выводе 3, что соответствует уменьшению напряжения на участке исток-затвор транзистора VT1. Транзистор начнет закрываться, что приведет к еще большему уменьшению напряжению на выводе 1 DA1. Возникает лавинообразный процесс закрывания VT1. В результате этого нагрузка будет отсоединена от аккумулятора. Ток нагрузки, коммутируемый данным транзистором, может быть увеличен в разы при условии соблюдения теплового режима транзистора. Я имею в виду установку его на радиатор, но не забывайте, что при температуре кристалла 100°С, максимальный ток стока уменьшается до 52А. Мощность стока транзистора 200Вт дана в справочнике для температуры 25°С.

Резистор R1 нужен для создания необходимого тока через микросхему, который должен быть не менее одного миллиампера. Конденсаторы С1 и С3 блокировочные. R4 это сопротивление нагрузки. Если последовательно с нагрузкой включить диод, лучше с барьером Шоттки, то можно ввести в данную схему индикатор перехода работы на аккумуляторную батарею – светодиод HL1. Для экономии энергии батареи в качестве индикатора лучше взять сверхъяркий светодиод и подобрать номинал резистора R по нужной яркости.

Не секрет, что Li-ion аккумуляторы не любят глубокого разряда. От этого они хиреют и чахнут, а также увеличивают внутреннее сопротивление и теряют емкость. Некоторые экземпляры (те, которые с защитой) могут даже погрузиться в глубокую спячку, откуда их довольно проблематично вытаскивать. Поэтому при использовании литиевых аккумуляторов необходимо как-то ограничить их максимальный разряд.

Для этого применяют специальные схемы, отключающие батарею от нагрузки в нужный момент. Иногда такие схемы называют контроллерами разряда.

Т.к. контроллер разряда не управляет величиной тока разряда, он, строго говоря, никаким контроллером не является. На самом деле это устоявшееся, но некорректное название схем защиты от глубокого разряда.

Вопреки распространенному мнению, встроенные в аккумуляторы (PCB-платы или PCM-модули) не предназначены ни для ограничения тока заряда/разряда, ни для своевременного отключения нагрузки при полном разряде, ни для корректного определения момента окончания заряда.

Во-первых, платы защиты в принципе не способны ограничивать ток заряда или разряда. Этим должно заниматься ЗУ. Максимум, на что они способны - это вырубить аккумулятор при коротком замыкании в нагрузке или при его перегреве.

Во-вторых, большинство модулей защиты отключают li-ion батарею при напряжении 2.5 Вольта или даже меньше. А для подавляющего большинства аккумуляторов - это ооооочень сильный разряд, такого вообще нельзя допускать.

В-третьих, китайцы клепают эти модули миллионами... Вы правда верите, что в них используются качественные прецизионные компоненты? Или что их кто-то там тестирует и настраивает перед установкой в аккумуляторы? Разумеется, это не так. При производстве китайских плат неукоснительно соблюдается лишь один принцип: чем дешевле - тем лучше. Поэтому если защита будет отключать АКБ от зарядного устройства точно при 4.2 ± 0.05 В, то это, скорее, счастливая случайность, чем закономерность.

Хорошо, если вам достался PCB-модуль, который будет срабатывать чуть раньше (например, при 4.1В). Тогда аккумулятор просто не доберет с десяток процентов емкости и все. Гораздо хуже, если аккумулятор будет постоянно перезаряжаться, например, до 4.3В. Тогда и срок службы сокращается и емкость падает и, вообще, может вспухнуть.

Использовать встроенные в литий-ионный аккумуляторы платы защиты в качестве ограничителей разряда НЕЛЬЗЯ! И в качестве ограничителей заряда - тоже. Эти платы предназначены только для аварийного отключения аккумулятора при возникновении нештатных ситуаций.

Поэтому нужны отдельные схемы ограничения заряда и/или защиты от слишком глубокого разряда.

Простые зарядные устройства на дискретных компонентах и специализированных интегральных схемах мы рассматривали в . А сегодня поговорим о существующих на сегодняшний день решениях, позволяющих оградить литиевый аккумулятор от слишком большого разряда.

Для начала предлагаю простую и надежную схему защиты Li-ion от переразряда, состоящую всего из 6 элементов.

Указанные на схеме номиналы дадут приведут к отключению аккумуляторов от нагрузки при снижении напряжения до ~10 Вольт (я делал защиту для 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650, стоящих в моем металлоискателе). Вы можете задать свой собственный порог отключения путем подбора резистора R3.

К слову сказать, напряжение полного разряда Li-ion аккумулятора составляет 3.0 В и никак не меньше.

Полевик (такой как в схеме или ему подобный) можно выколупать из старой материнской платы от компа, обычно их там сразу несколько штук стоит. ТЛ-ку, кстати, тоже можно взять оттуда же.

Конденсатор С1 нужен для первоначального запуска схемы при включении выключателя (он кратковременно подтягивает затвор Т1 к минусу, что открывает транзистор и запитывает делитель напряжения R3,R2). Далее, после заряда С1, нужное для отпирания транзистора напряжение поддерживается микросхемой TL431.

Внимание! Указанный на схеме транзистор IRF4905 отлично будет защищать три последовательно включенных литий-ионных аккумулятора, но совершенно не подойдет для защиты одной банки напряжением 3.7 Вольта. О том, как самому определить подходит полевой транзистор или нет, говорится .

Минус данной схемы: в случае КЗ в нагрузке (или слишком большого потребляемого тока), полевой транзистор закроется далеко не сразу. Время реакции будет зависеть от емкости конденсатора С1. И вполне возможно, что за это время что-нибудь успеет как следует выгореть. Схема, мгновенно реагирующая на коротыш в нагрузке, представлена ниже:

Выключатель SA1 нужен для "перезапуска" схемы после срабатывания защиты. Если конструкция вашего прибора предусматривает извлечение аккумулятора для его зарядки (в отдельном ЗУ), то этот выключатель не нужен.

Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы стабилизатор TL431 выходил на рабочий режим при минимальном напряжении аккумулятора - его подбирают таким образом, чтобы ток анод-катод был не меньше 0.4 мА. Это порождает еще один недостаток данной схемы - после срабатывания защиты схема продолжает потреблять энергию от батареи. Ток хоть и небольшой, но его вполне достаточно, чтобы полностью высосать небольшой аккумулятор за какие-то пару-тройку месяцев.

Приведенная ниже схема самодельного контроля разряда литиевых аккумуляторов лишена указанного недостатка. При срабатывании защиты потребляемый устройством ток настолько мал, что мой тестер его даже не обнаруживает.

Ниже представлен более современный вариант ограничителя разряда литиевого аккумулятора с применением стабилизатора TL431. Это, во-первых, позволяет легко и просто выставить нужный порог срабатывания, а во-вторых, схема имеет высокую температурную стабильность и четкость отключения. Хлоп и все!

Достать ТЛ-ку сегодня вообще не проблема, они продаются по 5 копеек за пучок. Резистор R1 устанавливать не нужно (в некоторых случаях он даже вреден). Подстроечник R6, задающий напряжение срабатывания, можно заменить цепочкой из постоянных резисторов, с подобранными сопротивлениями.

Для выхода из режима блокировки, нужно зарядить аккумулятор выше порога срабатывания защиты, после чего нажать кнопку S1 "Сброс".

Неудобство всех вышеприведенных схем заключается в том, что для возобновления работы схем после ухода в защиту, требуется вмешательство оператора (включить-выключить SA1 или нажать кнопочку). Это плата за простоту и низкое потребление энергии в режиме блокировки.

Простейшая схема защиты li-ion от переразряда, лишенная всех недостатков (ну почти всех) показана ниже:

Принцип действия этой схемки очень похож на первые две (в самом начале статьи), но здесь нет микросхемы TL431, а поэтому собственный ток потребления можно уменьшить до очень небольших значений - порядка десяти микроампер. Выключатель или кнопка сброса также не нужны, схема автоматически подключит аккумулятор к нагрузке как только напряжение на нем превысит заданное пороговое значение.

Конденсатор С1 подавляет ложные срабатывание при работе на импульсную нагрузку. Диоды подойдут любые маломощные, именно их характеристики и количество определяют напряжение срабатывания схемы (придется подобрать по месту).

Полевой транзистор можно использовать любой подходящий n-канальный. Главное, чтобы он не напрягаясь выдерживал ток нагрузки и умел открываться при низком напряжении затвор-исток. Например, P60N03LDG, IRLML6401 или аналогичные (см. ).

Вышеприведенная схема всем хороша, но имеется один неприятный момент - плавное закрытие полевого транзистора. Это происходит из-за пологости начального участка вольт-амперной характеристики диодов.

Устранить этот недостаток можно с помощью современной элементной базы, а именно - с помощью микромощных детекторов напряжения (мониторов питания с экстремально низким энергопотреблением). Очередная схема защиты лития от глубокого разряда представлена ниже:

Микросхемы MCP100 выпускается как в DIP-корпусе, так и в планарном исполнении. Для наших нужд подойдет 3-вольтовый вариант - MCP100T-300i/TT . Типовой потребляемый ток в режиме блокировки - 45 мкА. Стоимость мелким оптом порядка 16 руб/шт .

Еще лучше вместо MCP100 применить монитор BD4730 , т.к. у него выход прямой и, следовательно, нужно будет исключить из схемы транзистор Q1 (выход микросхемы соединить напрямую с затвором Q2 и резистором R2, при этом R2 увеличить до 47 кОм).

В схеме применяется микроомный p-канальный MOSFET IRF7210 , без проблем коммутирующий токи в 10-12 А. Полевик полностью открывается уже при напряжении на затворе около 1.5 В, в открытом состоянии имеет ничтожное сопротивление (менее 0.01 Ом)! Короче, очень крутой транзистор. А, главное, не слишком дорогой.

По-моему, последняя схема наиболее близка к идеалу. Если бы у меня был неограниченный доступ к радиодеталям, я бы выбрал именно ее.

Небольшое изменение схемы позволяет применить и N-канальный транзистор (тогда он включается в минусовую цепь нагрузки):

Мониторы (супервизоры, детекторы) питания BD47xx - это целая линейка микросхем с напряжением срабатывания от 1.9 до 4.6 В с шагом 100 мВ, так что можно всегда подобрать под ваши цели.

Небольшое отступление

Любую из вышеприведенных схем можно подключить к батарее из нескольких аккумуляторов (после некоторой подстройки, конечно). Однако, если банки будут иметь отличающуюся емкость, то самый слабый из аккумуляторов будет постоянно уходить в глубокий разряд задолго до того, как схема будет срабатывать. Поэтому в таких случаях всегда рекомендуется использовать батареи не только одинаковой емкости, но и желательно из одной партии.

И хотя в моем металлодетекторе такая защита работает без нареканий уже года два, все же гораздо правильнее было бы следить за напряжением на каждом аккумуляторе персонально.

Всегда используйте свой персональный контроллер разряда Li-ion аккумулятора на каждую банку. Тогда любая ваша батарея будет служить долго и счастливо.

О том, как подобрать подходящий полевой транзистор

Во всех вышеприведенных схемах защиты литий-ионных аккумуляторов от глубокого разряда применяются MOSFETы, работающие в ключевом режиме. Такие же транзисторы обычно используются и в схемах защиты от перезаряда, защиты от КЗ и в других случаях, когда требуется управление нагрузкой.

Разумеется, для того, чтобы схема работала как надо, полевой транзистор должен удовлетворять определенным требованиям. Сначала мы определимся с этими требованиями, а затем возьмем парочку транзисторов и по их даташитам (по техническим характеристикам) определим, подходят они нам или нет.

Внимание! Мы не будем рассматривать динамические характеристики полевых транзисторов, такие как скорость переключения, емкость затвора и максимальный импульсный ток стока. Указанные параметры становятся критично важными при работе транзистора на высоких частотах (инверторы, генераторы, шим-модуляторы и т.п.), однако обсуждение этой темы выходит за рамки данной статьи.

Итак, мы должны сразу же определиться со схемой, которую хотим собрать. Отсюда первое требование к полевому транзистору - он должен быть подходящего типа (либо N- либо P-канальный). Это первое.

Предположим, что максимальный ток (ток нагрузки или ток заряда - не важно) не будет превышать 3А. Отсюда вытекает второе требование - полевик должен длительное время выдерживать такой ток .

Третье. Допустим наша схема будет обеспечивать защиту аккумулятора 18650 от глубокого разряда (одной банки). Следовательно мы можем сразу же определиться с рабочими напряжениями: от 3.0 до 4.3 Вольта. Значит, максимальное допустимое напряжение сток-исток U ds должно быть больше, чем 4.3 Вольта.

Однако последнее утверждение верно только в случае использования только одной банки литиевого аккумулятора (или нескольких включенных параллельно). Если же для питания вашей нагрузки будет задействована батарея из нескольких последовательно включенных аккумуляторов, то максимальное напряжение сток-исток транзистора должно превышать суммарное напряжение всей батареи .

Вот рисунок, поясняющий этот момент:

Как видно из схемы, для батареи из 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650 в схемах защиты каждой банки необходимо применять полевики с напряжением сток-исток U ds > 12.6В (на практике нужно брать с некоторым запасом, например, в 10%).

В то же время, это означает, что полевой транзистор должен уметь полностью (или хотя бы достаточно сильно) открываться уже при напряжении затвор-исток U gs менее 3 Вольт. На самом деле, лучше ориентироваться на более низкое напряжение, например, на 2.5 Вольта, чтобы с запасом.

Для грубой (первоначальной) прикидки можно глянуть в даташите на показатель "Напряжение отсечки" (Gate Threshold Voltage ) - это напряжение, при котором транзистор находится на пороге открытия. Это напряжение, как правило, измеряется в момент, когда ток стока достигает 250 мкА.

Понятно, что эксплуатировать транзистор в этом режиме нельзя, т.к. его выходное сопротивление еще слишком велико, и он просто сгорит из-за превышения мощности. Поэтому напряжение отсечки транзистора должно быть меньше рабочего напряжения схемы защиты . И чем оно будет меньше, тем лучше.

На практике для защиты одной банки литий-ионного аккумулятора следует подбирать полевой транзистор с напряжением отсечки не более 1.5 - 2 Вольт.

Таким образом, главные требования к полевым транзисторам следующие:

тип транзистора (p- или n-channel);
максимально допустимый ток стока;
максимально допустимое напряжение сток-исток U ds (вспоминаем, как будут включены наши аккумуляторы - последовательно или параллельно);
низкое выходное сопротивление при определенном напряжение затвор-исток U gs (для защиты одной банки Li-ion следует ориентироваться на 2.5 Вольта);
максимально допустимая мощность рассеивания.

Теперь давайте на конкретных примерах. Вот, например, в нашем распоряжении имеются транзисторы IRF4905, IRL2505 и IRLMS2002. Взглянем на них поближе.

Пример 1 - IRF4905

Открываем даташит и видим, что это транзистор с каналом p-типа (p-channel). Если нас это устраивает, смотрим дальше.

Максимальный ток стока - 74А. С избытком, конечно, но подходит.

Напряжение сток-исток - 55V. У нас по условию задачи всего одна банка лития, так что напряжение даже больше, чем требуется.

Далее нас интересует вопрос, каким будет сопротивление сток-исток, при открывающем напряжении на затворе 2.5V. Смотрим в даташит и так сходу не видим этой информации. Зато мы видим, что напряжение отсечки U gs(th) лежит в диапазоне 2...4 Вольта. Нас это категорически не устраивает.

Последнее требование не выполняется, поэтому транзистор забраковываем .

Пример 2 - IRL2505

Вот его даташит . Смотрим и сразу же видим, что это очень мощный N-канальный полевик. Ток стока - 104А, напряжение сток-исток - 55В. Пока все устраивает.

Проверяем напряжение V gs(th) - максимум 2.0 В. Отлично!

Но давайте посмотрим, каким сопротивлением будет обладать транзистор при напряжении затвор-исток = 2.5 вольта. Смотрим график:

Получается, что при напряжении на затворе 2.5В и токе через транзистор в 3А, на нем будет падать напряжение в 3В. В соответствии с законом Ома, его сопротивление в этот момент будет составлять 3В/3А=1Ом.

Таким образом, при напряжении на банке аккумулятора около 3 Вольт, он просто не сможет отдать в нагрузку 3А, так как для этого общее сопротивление нагрузки вместе с сопротивлением сток-исток транзистора должно составлять 1 Ом. А у нас только один транзистор уже имеет сопротивление 1 Ом.

К тому же при таком внутреннем сопротивлении и заданном токе, на транзисторе будет выделяться мощность (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Поэтому потребуется установка радиатора (корпус ТО-220 без радиатора сможет рассеивать где-то 0.5...1 Вт).

Дополнительным тревожным звоночком должен стать тот факт, что минимальное напряжение затвора для которого производитель указал выходное сопротивление транзистора равно 4В.

Это как бы намекает на то, что эксплуатация полевика при напряжении U gs менее 4В не предусматривалась.

Учитывая все вышесказанное, транзистор забраковываем .

Пример 3 - IRLMS2002

Итак, достаем из коробочки нашего третьего кандидата. И сразу смотрим его ТТХ .

Канал N-типа, допустим с этим все в порядке.

Ток стока максимальный - 6.5 А. Подходит.

Максимально допустимое напряжение сток-исток V dss = 20V. Отлично.

Напряжение отсечки - макс. 1.2 Вольта. Пока нормально.

Чтобы узнать выходное сопротивление этого транзистора нам даже не придется смотреть графики (как мы это делали в предыдущем случае) - искомое сопротивление сразу приведено в таблице как раз для нашего напряжения на затворе.

Предлагаемое устройство постоянно контролирует напряжение батареи аккумуляторов во время её эксплуатации, не допуская глубокой разрядки, отрицательно влияющей на состояние аккумуляторов.

Однако оно не имеет гистерезиса порога срабатывания. В результате этого, когда напряжение батареи под нагрузкой окажется меньше порога срабатывания, а без нагрузки — больше, то устройство будет периодически отключать и подключать нагрузку до тех пор, пока напряжение батареи без нагрузки не станет ниже порога срабатывания. Предлагаемое устройство не имеет этого недостатка, так как при его проектировании предусмотрен гистерезис порога срабатывания.

Схема ограничителя разрядки аккумуляторной батареи

В схему ограничителя разрядки входят два основных элемента — микросхема параллельного стабилизатора напряжения DA1 и сильноточный р-канальный переключательный полевой транзистор VT1. Микросхема DA1 использована как компаратор , контролирующий напряжение батареи, транзистор VT1 — как электронный ключ, разрывающий цепь питания нагрузки.

Устройство работает следующим образом. Через микросхему DA1 течёт ток не более 0,5 мА. не зависящий от напряжения на её входе управления, пока оно меньше порога включения микросхемы (около 2,5 В). Когда напряжение на входе управления превысит порог включения микросхемы, ток через неё существенно возрастёт.

Порог срабатывания устройства устанавливают подстроечным резистором R1. На вход управления микросхемы контролируемое напряжение поступает через фильтр НЧ R3C2, чтобы устройство реагировало на среднее значение питающего напряжения, а не на мгновенные его изменения. Чем больше ёмкость конденсатора С2, тем менее оно чувствительно к пульсациям этого напряжения.

Когда напряжение батареи превышает установленный порог, через микросхему протекает ток несколько миллиампер, падение напряжения на резисторе R2 достаточно для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии, поэтому нагрузка подключена к батарее. Благодаря тому что сопротивление открытого канала транзистора VT1 составляет сотые доли ома, потери напряжения на нём даже при токе в несколько ампер невелики.

Когда напряжение батареи станет менее установленного порога, ток через микросхему упадёт, напряжение на резисторе R2 окажется недостаточным для открывания транзистора VT1, в результате чего он закроется и разорвёт цепь питания нагрузки. При подключении разряженной батареи транзистор VT1 вообще останется закрытым.

Чтобы переключение происходило более чётко, в устройство введена положительная обратная связь через резистор R4. Благодаря этому устройство обладает гистерезисом: отключение нагрузки осуществляется при меньшем напряжении питания, чем её подключение Величину гистерезиса можно регулировать подборкой резистора R4. Для указанных на схеме номиналах гистерезис составил 0,4 В при напряжении питания 9 В и 0,6 В при напряжении питания 12 В. Если напряжение питания ниже порога срабатывания и увеличивается, то напряжение на входе управления микросхемы также возрастает. Но так как нагрузка обесточена, напряжение на вход управления поступает с движка резистора R1 через делитель R3R4. Поэтому подключение нагрузки происходит при напряжении на движке резистора R1, на несколько сотен милливольт большем порога включения микросхемы.

Когда ток через микросхему начинает расти, транзистор VT1 открывается и на выходе появляется напряжение. Через резистор R4 оно поступает на вход управления микросхемы, напряжение на нём возрастает, что приводит к тому, что ток через неё возрастает ещё больше и в конечном итоге транзистор VT1 открывается полностью. При уменьшении питающего напряжения происходит обратный процесс.

Так как полевой транзистор VT1 начинает открываться при напряжении затвор-исток 2,5…3 В, то устройство может работать в интервале питающих напряжений от 5…7 В до 20 В. В нём можно применить микросхему , номера выводов которой на схеме указаны в скобках, переключательные транзисторы с р-канапом из списка, приведённого в Радио, 2001, № 5, с. 45, подстроечный резистор СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33, оксидный конденсатор — К50-35, неполярный — К10-17.

При использовании малогабаритных деталей для поверхностного монтажа габариты устройства можно сделать небольшими. Для примера на рис. 2 показан эскиз печатной платы при использовании микросхемы в корпусе SO-8 и транзистора в корпусе SOT-23. Этот транзистор имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,06 Ом и малый ток утечки в закрытом состоянии (несколько микроампер). Он обеспечивает коммутацию тока до 2…3 А. Подстроечный резистор R1 — . Оксидный конденсатор — танталовый импортный типоразмера D. Резисторы — Р1-12.

Налаживание проводят с реальной нагрузкой и аккумуляторной батареей. Перед первым включением движок подстроечного резистора R1 устанавливают в нижнее по схеме положение. Резистор R2 подбирают так, чтобы при выключенной микросхеме DA1 транзистор VT1 был закрыт, а при включённой — открыт. Порог срабатывания устанавливают движком подстроечного резистора R1, а его гистерезис — подборкой резистора R4. Следует учесть, что эти регулировки взаимосвязаны, поэтому для достижения требуемых параметров может возникнуть необходимость повторить их поочерёдно. Величину гистерезиса устанавливают так, чтобы при снижении напряжения батареи нагрузка отключалась без повторного подключения.

Ограничитель разрядки отключает нагрузку от батареи при уменьшении напряжения ниже заранее установленного порогового значения. Описание устройства аналогичного назначения опубликовано в . Однако оно не имеет гистерезиса порога срабатывания. В результате этого, когда напряжение батареи под нагрузкой окажется меньше порога срабатывания, а без нагрузки - больше, то устройство будет периодически отключать и подключать нагрузку до тех пор, пока напряжение батареи без нагрузки не станет ниже порога срабатывания. Предлагаемое устройство не имеет этого недостатка, так как при его проектировании предусмотрен гистерезис порога срабатывания.

Схема ограничителя разрядки показана на рис. 1. В его состав входят два основных элемента - микросхема параллельного стабилизатора напряжения DA1 и сильноточный р-канальный переключательный полевой транзистор VT1. Микросхема DA1 использована как компаратор , контролирующий напряжение батареи, транзистор VT1 - как электронный ключ, разрывающий цепь питания нагрузки.

Так как полевой транзистор VT1 начинает открываться при напряжении затвор-исток 2,5...3 В, то устройство может работать в интервале питающих напряжений от 5...7 В до 20 В. В нём можно применить микросхему TL431, номера выводов которой на схеме указаны в скобках, переключательные транзисторы с р-канапом из списка, приведённого в , подстроечный резистор СПЗ-19, постоянные - МЛТ, С2-33, оксидный конденсатор - К50-35, неполярный - К10-17.

При использовании малогабаритных деталей для поверхностного монтажа габариты устройства можно сделать небольшими. Для примера на рис. 2 показан эскиз печатной платы при использовании микросхемы TL431CD в корпусе SO-8 и транзистора IRLML6402P в корпусе SOT-23. Этот транзистор имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,06 Ом и малый ток утечки в закрытом состоянии (несколько микроампер). Он обеспечивает коммутацию тока до 2...3 А. Подстроечный резистор R1 - POZ3AN. Оксидный конденсатор - танталовый импортный типоразмера D. Резисторы - Р1-12.

Налаживание проводят с реальной нагрузкой и аккумуляторной батареей. Перед первым включением движок под-строечного резистора R1 устанавливают в нижнее по схеме положение. Резистор R2 подбирают так, чтобы при выключенной микросхеме DA1 транзистор VT1 был закрыт, а при включённой - открыт. Порог срабатывания устанавливают движком подстроечного резистора R1, а его гистерезис - подборкой резистора R4. Следует учесть, что эти регулировки взаимосвязаны, поэтому для достижения требуемых параметров может возникнуть необходимость повторить их поочерёдно. Величину гистерезиса устанавливают так, чтобы при снижении напряжения батареи нагрузка отключалась без повторного подключения.

Литература

1. Нечаев И. Ограничитель разрядки аккумуляторной батареи. - Радио, 2004, № 6, с. 38.

2. Нечаев И. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. - Радио, 2003, № 5, с. 53, 54.

3. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. - Радио, 2001, № 5, с. 45.

Дата публикации: 10.02.2013

Мнения читателей

Иван / 30.05.2016 - 05:19
Собрал. Работает.