Proteção da bateria do carro contra descarga profunda. Dispositivos de proteção de bateria

Eu queria soldar alguma coisa... Não se negue esse prazer 🙂

A história de fundo é esta. Estou construindo um quadricóptero 🙂 Preciso de boas baterias: grande capacidade, com boa saída de corrente, leve. Aqueles. íon de lítio. Foram compradas algumas baterias e decidiu-se testá-las. Ultimamente verifico tudo que compro na China. É muito melhor montar o dispositivo a partir de peças em boas condições: em primeiro lugar, há tempo para reordenar a peça se ela chegar morta e, em segundo lugar, é mais fácil verificar o elemento na mesa do que no dispositivo e você ganha ' não preciso arrancá-lo das entranhas se algo acontecer. O controle de entrada está certo!

Então, verifico minhas baterias e descubro que elas apresentam uma capacidade muito menor que a declarada. Bem, acontece que eles estavam no armazém e tudo mais (embora a tensão estivesse normal e isso deveria ter alertado). Lembro que as baterias podem ser "treinadas", ou seja, realizar vários ciclos de descarga e carga e então a capacidade pode ser restaurada.

Coloquei uma bateria no carregador iMax B6, que pode gerenciar automaticamente os processos de descarga e carga. O processo é longo... o que fazer com o segundo? Ah, pensei! Vamos, vou descarregar à moda antiga, com lâmpada! Sim, eu sei que as baterias de íon de lítio não podem ser descarregadas abaixo de cerca de 3 volts por célula (“banco”), mas eu tenho um testador, vou controlar a tensão diretamente no conector de balanceamento... Em geral, uma má ideia. Eu, claro, girei e baixei a bateria para zero 🙁

Achei que não era grande coisa. A experiência anterior com níquel-cádmio diz que uma descarga completa é ruim, mas não fatal. Mas não! Minha bateria levou uma vez para que um elemento em cada três inchasse e morresse (tive que amputá-la e agora tenho uma bateria 2S). Aqueles. Não só é impossível descarregar uma bateria de íons de lítio abaixo de 3 V por célula, como também é absolutamente impossível!

Então, pensamos mais longe. Nem todos os dispositivos, especialmente os caseiros, possuem um controlador que evita que a bateria seja descarregada a um nível perigoso. Então você precisa de algum tipo de dispositivo que monitore a tensão e avise se algo acontecer. Modelistas de todo o mundo estão rindo de mim por causa de uma ideia tão nova 😀

Como fazer isso? O pensamento fluiu para algumas distâncias úmidas, em direção a um circuito em um microcontrolador com controle de bateria elemento por elemento... E então um vídeo me chamou a atenção, no qual foi proposto um circuito analógico muito simples que desliga a energia quando a tensão cai abaixo de um determinado limite. É verdade que ele apenas monitora a tensão geral da bateria e não controla "bancos" individuais.... mas carregamos nossa bateria honestamente, em um carregador balanceado, então na hora de trabalhar basta saber a tensão total.

Enquanto penso, os chineses estão agindo! E agora um deles estragou em vez do “rolo” ordenado (L7805) enviou poderosos transistores MOS (eles também são MOSFETs). Nuuuuu... já que tantas coisas aconteceram - é hora de pegar um ferro de soldar 🙂

Sim, o esquema é bom. Mas há uma nuance (c). Possui um botão iniciar. Aqueles. para ligar a carga é necessário aplicar tensão e pressionar brevemente o botão. Inconveniente: duas ações em vez de uma. Não quero botões!

Todos sabem que a descarga profunda das baterias reduz drasticamente a vida útil destas. Para excluir este modo de funcionamento das baterias, são utilizados vários esquemas - limitadores de descarga. Com o advento dos microcircuitos e dos poderosos transistores de comutação de campo, tais circuitos passaram a ter dimensões pequenas e tornaram-se mais econômicos.

O circuito limitador, que já se tornou um clássico, é mostrado na Figura 1, pode ser encontrado em diversos circuitos de radioamadores. O dispositivo foi projetado para funcionar como parte de uma fonte de alimentação ininterrupta para uma incubadora doméstica. O transistor de efeito de campo VT1 - IRF4905 neste circuito desempenha a função de chave, e o microcircuito KR142EN19 é um comparador de tensão.

Quando os contatos K1 estão fechados, estes são os contatos do relé que conectam a bateria na ausência de uma tensão de rede de 220 V, a tensão é fornecida ao circuito pela bateria GB1, mas como a própria chave do transistor não pode abrir, dois elementos adicionais são introduzido para iniciá-lo - C1 e R2. E assim, quando surge uma tensão na entrada, ela começa a carregar o capacitor C1. No primeiro momento do início de sua carga, a porta do transistor é desviada por este capacitor para o fio comum do circuito. O transistor abre e se a tensão da bateria estiver acima do limite definido no comparador, ele permanece aberto e ainda mais, se a tensão for menor..., o transistor fecha imediatamente. O limite para desconectar a bateria da carga é definido pelo resistor R3. O comparador funciona da seguinte maneira. À medida que a bateria descarrega, a tensão no pino 1 do chip DA1 KR142EN19 diminuirá, e assim que se aproximar da tensão de referência deste chip -2,5V, a tensão no seu pino 3 começará a aumentar, o que corresponde a uma diminuição em tensão na seção fonte-porta do transistor VT1. O transistor começará a fechar, o que levará a uma diminuição ainda maior da tensão no pino 1 do DA1. Ocorre um processo semelhante a uma avalanche de fechamento do VT1. Isso desconectará a carga da bateria. A corrente de carga comutada por este transistor pode ser aumentada muitas vezes, desde que observado o regime térmico do transistor. Quero dizer montá-lo em um dissipador de calor, mas não esqueça que a 100°C a corrente máxima de drenagem é reduzida para 52A. A potência de drenagem do transistor de 200W é fornecida no manual para uma temperatura de 25°C.

O resistor R1 é necessário para criar a corrente necessária através do microcircuito, que deve ser de pelo menos um miliampere. Bloqueio dos capacitores C1 e C3. R4 é a resistência da carga. Se você ligar um diodo em série com a carga, de preferência com barreira Schottky, poderá inserir neste circuito um indicador de transição de trabalho para a bateria - o LED HL1. Para economizar bateria, é melhor usar um LED superbrilhante como indicador e selecionar o valor do resistor R para o brilho desejado.

Não é nenhum segredo que as baterias de íon-lítio não gostam de descarga profunda. A partir disso, murcham e murcham, além de aumentarem a resistência interna e perderem capacidade. Alguns espécimes (aqueles com proteção) podem até mergulhar em hibernação profunda, de onde é bastante problemático retirá-los. Portanto, ao usar baterias de lítio, é necessário limitar de alguma forma sua descarga máxima.

Para isso, são utilizados circuitos especiais que desconectam a bateria da carga no momento certo. Às vezes, esses circuitos são chamados de controladores de descarga.

Porque o controlador de descarga não controla a magnitude da corrente de descarga; estritamente falando, não é um controlador. Na verdade, este é um nome bem estabelecido, mas incorreto, para circuitos de proteção contra descarga profunda.

Ao contrário da crença popular, as baterias embutidas (placas PCB ou módulos PCM) não se destinam a limitar a corrente de carga/descarga, nem a desligar a carga em tempo hábil quando totalmente descarregada, ou a determinar corretamente o fim da carga .

Primeiramente, as placas de proteção, em princípio, não são capazes de limitar a corrente de carga ou descarga. Isso deve ser feito pela memória. O máximo que são capazes é desligar a bateria em caso de curto-circuito na carga ou superaquecimento.

Em segundo lugar, a maioria dos módulos de proteção desativa a bateria de íons de lítio em 2,5 volts ou até menos. E para a grande maioria das baterias, esta é uma descarga muito forte, isso não deveria ser permitido de forma alguma.

Terceiro, Os chineses estão rebitando esses módulos aos milhões... Você realmente acredita que eles usam componentes de precisão e qualidade? Ou que alguém aí os testa e ajusta antes de instalá-los nas baterias? Claro que isso não é verdade. Na produção de placas chinesas, apenas um princípio é rigorosamente observado: quanto mais barato, melhor. Portanto, se a proteção desconectar a bateria do carregador exatamente em 4,2 ± 0,05 V, então é mais provável que seja um acidente feliz do que um padrão.

É bom se você tiver um módulo PCB que irá disparar um pouco mais cedo (por exemplo, em 4,1V). Então a bateria simplesmente não atingirá dez por cento da capacidade e pronto. É muito pior se a bateria for recarregada constantemente, por exemplo, até 4,3V. Então a vida útil diminui e a capacidade cai e, em geral, pode aumentar.

É IMPOSSÍVEL utilizar as placas de proteção incorporadas nas baterias de íons de lítio como limitadores de descarga! E como limitadores de carga - também. Estas placas destinam-se apenas ao desligamento de emergência da bateria em caso de situações anormais.

Portanto, são necessários circuitos separados de limitação de carga e/ou proteção contra descarga excessiva.

Simples dispositivo de carregamento em componentes discretos e ASICs, consideramos em . E hoje falaremos sobre as soluções que existem hoje para proteger a bateria de lítio de descarga excessiva.

Para começar, proponho um circuito de proteção de íons de lítio simples e confiável contra descarga excessiva, composto por apenas 6 elementos.

As classificações indicadas no diagrama levarão ao desligamento das baterias da carga quando a tensão cair para ~ 10 Volts (fiz proteção para 3 baterias 18650 conectadas em série, que estão no meu detector de metais). Você pode definir seu próprio limite de viagem selecionando R3.

A propósito, a tensão de descarga total de uma bateria de íon-lítio é de 3,0 V e nada menos.

Um trabalhador de campo (como no diagrama ou similar) pode ser retirado do antigo placa-mãe de um computador, geralmente há vários deles ao mesmo tempo. A propósito, TL-ku também pode ser retirado de lá.

O capacitor C1 é necessário para iniciar inicialmente o circuito quando a chave é ligada (ele puxa brevemente a porta T1 para menos, o que abre o transistor e energiza o divisor de tensão R3, R2). Além disso, após carregar C1, a tensão necessária para desbloquear o transistor é mantida pelo microcircuito TL431.

Atenção! O transistor IRF4905 indicado no diagrama protegerá perfeitamente três baterias de íons de lítio conectadas em série, mas não é absolutamente adequado para proteger um banco de 3,7 volts. Diz-se sobre como determinar se um transistor de efeito de campo é adequado ou não.

A desvantagem deste circuito: em caso de curto-circuito na carga (ou muito consumo de corrente), o transistor de efeito de campo não fechará imediatamente. O tempo de reação dependerá da capacitância do capacitor C1. E é bem possível que durante esse período algo tenha tempo de queimar adequadamente. Um circuito que responde instantaneamente a um short stack na carga é apresentado abaixo:

A chave SA1 é necessária para “reiniciar” o circuito após o disparo da proteção. Se o design do seu dispositivo prevê a remoção da bateria para carregá-lo (em um carregador separado), essa opção não é necessária.

A resistência do resistor R1 deve ser tal que o estabilizador TL431 entre no modo de operação na tensão mínima da bateria - é selecionado de forma que a corrente ânodo-cátodo não seja inferior a 0,4 mA. Isto dá origem a outra desvantagem deste circuito - após o acionamento da proteção, o circuito continua a consumir energia da bateria. A corrente, embora pequena, é suficiente para descarregar completamente uma bateria pequena em alguns meses.

O esquema abaixo para controle caseiro da descarga de baterias de lítio não tem essa desvantagem. Quando a proteção é acionada, a corrente consumida pelo dispositivo é tão pequena que meu testador nem detecta.

Abaixo está mais versão moderna limitador de descarga bateria de lítio usando estabilizador TL431. Isso, em primeiro lugar, permite definir de forma fácil e simples o limite de resposta desejado e, em segundo lugar, o circuito possui estabilidade de alta temperatura e desligamento claro. Bata palmas e tudo!

Conseguir TL-ku hoje não é um problema, eles são vendidos por 5 copeques por pacote. O resistor R1 não precisa ser instalado (em alguns casos é até prejudicial). O Trimmer R6, que ajusta a tensão de resposta, pode ser substituído por uma cadeia de resistores fixos, com resistências selecionadas.

Para sair do modo de bloqueio, você precisa carregar a bateria acima do limite de proteção e, em seguida, pressionar o botão S1 “Reset”.

O inconveniente de todos os esquemas acima reside no fato de que para retomar o funcionamento dos esquemas após entrar em proteção é necessária a intervenção do operador (ligar ou desligar o SA1 ou pressionar um botão). Esta é a compensação pela simplicidade e baixo consumo de energia no modo de bloqueio.

O circuito mais simples para proteger íons de lítio contra descarga excessiva, desprovido de todas as deficiências (bem, quase todas), é mostrado abaixo:

O princípio de funcionamento deste circuito é muito semelhante aos dois primeiros (no início do artigo), mas não existe um microcircuito TL431 e, portanto, o próprio consumo de corrente pode ser reduzido a valores muito pequenos - cerca de dez microamperes . Um interruptor ou botão de reinicialização também não é necessário; o circuito conectará automaticamente a bateria à carga assim que a tensão nela exceder o valor limite especificado.

O capacitor C1 suprime falsos disparos ao operar em uma carga pulsada. Quaisquer diodos de baixa potência são adequados, são suas características e número que determinam a tensão de operação do circuito (você terá que selecioná-lo localmente).

O transistor de efeito de campo pode ser usado em qualquer canal n adequado. O principal é que ele pode suportar a corrente de carga sem esforço e ser capaz de abrir com baixa tensão porta-fonte. Por exemplo, P60N03LDG, IRLML6401 ou similar (consulte).

O circuito acima é bom para todos, mas há um momento desagradável - o fechamento suave do transistor de efeito de campo. Isso se deve ao nivelamento da seção inicial da característica corrente-tensão dos diodos.

Esta deficiência pode ser eliminada com a ajuda de modernos base do elemento, nomeadamente, com a ajuda de detectores de tensão de micropotência (monitores de potência com consumo de energia extremamente baixo). Outro esquema para proteger o lítio contra descargas profundas é apresentado abaixo:

O MCP100 está disponível em pacotes DIP e planares. Para nossas necessidades, uma opção de 3 volts é adequada - MCP100T-300i/TT. O consumo típico de corrente no modo de bloqueio é de 45 μA. O custo do pequeno atacado é de cerca de 16 rublos/peça.

É ainda melhor usar o monitor BD4730 em vez do MCP100, porque. possui saída direta e, portanto, será necessário excluir o transistor Q1 do circuito (conectar a saída do microcircuito diretamente à porta Q2 e ao resistor R2, aumentando R2 para 47 kOhm).

O circuito usa um MOSFET IRF7210 de canal p microohm, que comuta correntes de 10-12 A sem problemas. A chave de campo abre totalmente já com uma tensão de porta de cerca de 1,5 V, no estado aberto tem resistência desprezível (menos de 0,01 Ohm )! Resumindo, um transistor muito legal. E, o mais importante, não é muito caro.

Na minha opinião, o último esquema é o mais próximo do ideal. Se eu tivesse acesso ilimitado aos componentes do rádio, eu a escolheria.

Uma ligeira mudança no circuito permite o uso de um transistor de canal N (então ele é incluído no circuito de carga negativa):

Os monitores de energia BD47xx (supervisores, detectores) são uma linha completa de microcircuitos com tensão de resposta de 1,9 a 4,6 V em passos de 100 mV, para que você sempre possa escolher de acordo com seus propósitos.

pequena digressão

Qualquer um dos circuitos acima pode ser conectado a uma bateria de várias baterias (após alguns ajustes, é claro). No entanto, se os bancos tiverem capacidades diferentes, a bateria mais fraca entrará constantemente em descarga profunda muito antes de o circuito funcionar. Portanto, nesses casos, é sempre recomendável utilizar baterias não apenas da mesma capacidade, mas preferencialmente do mesmo lote.

E embora no meu detector de metais essa proteção funcione perfeitamente há dois anos, ainda seria muito mais correto monitorar a tensão de cada bateria individualmente.

Sempre use seu controlador pessoal de descarga de bateria de íon de lítio para cada lata. Então, qualquer uma de suas baterias funcionará feliz para sempre.

Como escolher o FET certo

Todos os circuitos acima para proteger baterias de íons de lítio contra descarga profunda usam MOSFETs operando em modo chave. Os mesmos transistores são comumente usados em proteção contra sobrecarga, proteção contra curto-circuito e outras aplicações onde o controle de carga é necessário.

É claro que, para que o circuito funcione corretamente, o FET deve atender a determinados requisitos. Primeiro, determinaremos esses requisitos e, em seguida, pegaremos alguns transistores e de acordo com suas fichas técnicas (de acordo com especificações técnicas) determinaremos se eles são adequados para nós ou não.

Atenção! Não consideraremos as características dinâmicas dos FETs, como velocidade de comutação, capacitância da porta e corrente máxima de pulso de dreno. Esses parâmetros tornam-se críticos quando o transistor opera em altas frequências (inversores, geradores, moduladores PWM, etc.), mas a discussão deste tópico está além do escopo deste artigo.

Portanto, devemos decidir imediatamente sobre o circuito que queremos montar. Daí o primeiro requisito para um transistor de efeito de campo - deve ser do tipo certo(canal N ou P). Este é o primeiro.

Suponhamos que a corrente máxima (corrente de carga ou corrente de carga - não importa) não exceda 3A. É aqui que entra o segundo requisito. o trabalhador de campo deve muito tempo suportar tal corrente.

Terceiro. Digamos que nosso circuito proteja a bateria 18650 contra descarga profunda (é possível). Portanto, podemos determinar imediatamente as tensões de operação: de 3,0 a 4,3 Volts. Significa, tensão máxima permitida da fonte de drenagem U ds deve ser superior a 4,3 volts.

No entanto, a última afirmação só é verdadeira se apenas uma bateria de lítio (ou várias conectadas em paralelo) for usada. Se uma bateria de várias baterias conectadas em série for usada para alimentar sua carga, então a tensão máxima da fonte de drenagem do transistor deve exceder a tensão total de toda a bateria.

Aqui está uma imagem explicando este ponto:

Como pode ser visto no diagrama, para uma bateria de 3 18650 baterias conectadas em série, nos circuitos de proteção de cada banco, é necessário utilizar dispositivos de campo com tensão dreno-fonte U ds > 12,6V (na prática, você preciso tirar com alguma margem, por exemplo, 10%).

Ao mesmo tempo, isso significa que o transistor de efeito de campo deve ser capaz de abrir completamente (ou pelo menos com força suficiente) já em uma tensão porta-fonte U gs inferior a 3 volts. Na verdade, é melhor focar em mais baixa voltagem, por exemplo, em 2,5 Volts, então com margem.

Para uma estimativa aproximada (inicial), você pode procurar na folha de dados o indicador "Tensão de corte" ( Tensão limite do portão) é a tensão na qual o transistor está no limiar de abertura. Esta tensão é normalmente medida quando a corrente de dreno atinge 250 µA.

É claro que é impossível operar o transistor neste modo, porque. sua impedância de saída ainda é muito alta e simplesmente queimará devido ao excesso de energia. É por isso a tensão de corte do transistor deve ser menor que a tensão operacional do circuito de proteção. E quanto menor for, melhor.

Na prática, para proteger uma lata de bateria de íon de lítio, um transistor de efeito de campo com tensão de corte não superior a 1,5 - 2 Volts deve ser selecionado.

Assim, os principais requisitos para transistores de efeito de campo são os seguintes:

tipo de transistor (canal p ou n);
corrente de drenagem máxima permitida;
a tensão máxima permitida da fonte de drenagem U ds (lembre-se de como nossas baterias serão conectadas - em série ou em paralelo);
baixa impedância de saída em uma determinada tensão U gs da porta-fonte (para proteger uma lata de íons de lítio, você deve se concentrar em 2,5 Volts);
dissipação de potência máxima permitida.

Agora vamos dar exemplos concretos. Por exemplo, temos à nossa disposição os transistores IRF4905, IRL2505 e IRLMS2002. Vamos dar uma olhada neles.

Exemplo 1 - IRF4905

Abrimos a folha de dados e vemos que este é um transistor de canal p. Se nos convém, procuramos mais longe.

A corrente máxima de drenagem é 74A. Exagero, claro, mas cabe.

Tensão da fonte de drenagem - 55V. De acordo com a condição do problema, temos apenas uma lata de lítio, então a tensão é ainda maior que a necessária.

A seguir, nos interessa a questão de qual será a resistência dreno-fonte, com tensão de abertura na porta de 2,5V. Olhamos na ficha técnica e por isso não vemos imediatamente esta informação. Mas vemos que a tensão de corte U gs (th) está na faixa de 2 ... 4 Volts. Não estamos absolutamente satisfeitos com isso.

O último requisito não foi atendido, então rejeitamos o transistor.

Exemplo 2 - IRL2505

Aqui está a ficha técnica dele. Observamos e imediatamente vemos que este é um trabalhador de campo de canal N muito poderoso. Corrente de drenagem - 104A, tensão de fonte de drenagem - 55V. Contanto que tudo sirva.

Verificamos a tensão V gs (th) - máximo de 2,0 V. Ótimo!

Mas vamos ver qual resistência o transistor terá na tensão porta-fonte = 2,5 volts. Vejamos o gráfico:

Acontece que com uma tensão de porta de 2,5V e uma corrente através do transistor de 3A, uma tensão de 3V cairá nele. De acordo com a lei de Ohm, sua resistência neste momento será de 3V/3A = 1 Ohm.

Assim, quando a tensão no banco de baterias é de cerca de 3 volts, ele simplesmente não consegue entregar 3A à carga, pois para isso a resistência total da carga, juntamente com a resistência dreno-fonte do transistor, deve ser de 1 ohm. E temos apenas um transistor que já tem resistência de 1 ohm.

Além disso, com essa resistência interna e uma determinada corrente, a potência (3 A) 2 * 3 Ohm = 9 W será liberada no transistor. Portanto, será necessária a instalação de um radiador (o gabinete TO-220 sem radiador poderá dissipar algo em torno de 0,5 ... 1 W).

Um alerta adicional deve ser o fato de que a tensão mínima da porta para a qual o fabricante indicou a resistência de saída do transistor é de 4V.

Isto, por assim dizer, sugere o fato de que a operação do trabalhador de campo em uma tensão U gs inferior a 4V não foi prevista.

Considerando tudo o que foi dito acima, rejeitamos o transistor.

Exemplo 3 - IRLMS2002

Então, tiramos nosso terceiro candidato da caixa. E imediatamente olhamos para suas características de desempenho.

Canal tipo N, digamos que está tudo bem.

A corrente máxima de drenagem é 6,5 A. Adequado.

A tensão máxima permitida da fonte de drenagem é V dss = 20V. Ótimo.

Tensão de corte - máx. 1,2 Volts. Ainda bem.

Para descobrir a resistência de saída deste transistor, nem precisamos olhar os gráficos (como fizemos no caso anterior) - a resistência necessária é imediatamente mostrada na tabela apenas para a tensão da nossa porta.

O dispositivo proposto monitora constantemente a tensão da bateria durante sua operação, evitando descargas profundas, o que afeta negativamente o estado das baterias.

O limitador de descarga desconecta a carga da bateria quando a tensão cai abaixo de um limite predefinido. A descrição de um dispositivo para finalidade semelhante foi publicada em Radio, 2004, nº 6.

No entanto, não possui histerese de limite. Como resultado, quando a tensão da bateria sob carga for menor que o limite e sem carga - maior, o dispositivo desconectará e conectará periodicamente a carga até que a tensão da bateria sem carga esteja abaixo do limite. O dispositivo proposto não apresenta esta desvantagem, pois seu projeto prevê uma histerese do limiar de resposta.

Circuito limitador de descarga da bateria

O circuito limitador de descarga inclui dois elementos principais - um microcircuito regulador de tensão paralelo DA1 e um transistor de efeito de campo de comutação de canal P de alta corrente VT1. O chip DA1 é usado como comparador que controla a tensão da bateria, o transistor VT1 é usado como chave eletrônica que interrompe o circuito de alimentação da carga.

O dispositivo funciona da seguinte maneira. Uma corrente de não mais que 0,5 mA flui através do chip DA1. independente da tensão em sua entrada de controle, desde que seja menor que o limite de ativação do microcircuito (cerca de 2,5 V). Quando a tensão na entrada de controle exceder o limite de ativação do microcircuito, a corrente através dele aumentará significativamente.

O limite operacional do dispositivo é definido por um resistor de ajuste R1. A tensão controlada é fornecida à entrada de controle do microcircuito através do filtro passa-baixa R3C2 para que o dispositivo responda ao valor médio da tensão de alimentação, e não às suas alterações instantâneas. Quanto maior a capacitância do capacitor C2, menos sensível ele é às ondulações desta tensão.

Quando a tensão da bateria excede o limite definido, alguns miliamperes de corrente fluem através do microcircuito, a queda de tensão no resistor R2 é suficiente para manter o transistor VT1 no estado aberto, para que a carga seja conectada à bateria. Devido ao fato de que a resistência canal aberto o transistor VT1 tem centésimos de ohm, a perda de tensão nele, mesmo com uma corrente de vários amperes, é pequena.

Quando a tensão da bateria se torna menor limite, a corrente através do microcircuito cairá, a tensão no resistor R2 será insuficiente para abrir o transistor VT1, como resultado ele fechará e interromperá o circuito de alimentação da carga. Quando uma bateria descarregada é conectada, o transistor VT1 geralmente permanece fechado.

Para tornar a comutação mais clara, um feedback positivo é introduzido no dispositivo através do resistor R4. Devido a isso, o dispositivo possui uma histerese: a carga é desconectada com uma tensão de alimentação inferior à sua conexão. O valor da histerese pode ser ajustado selecionando o resistor R4. Para as classificações indicadas no diagrama, a histerese foi de 0,4 V com uma tensão de alimentação de 9 V e 0,6 V com uma tensão de alimentação de 12 V. Se a tensão de alimentação estiver abaixo do limite de resposta e aumentar, então a tensão na entrada de controle do microcircuito também aumenta. Mas como a carga está desenergizada, a tensão na entrada de controle vem do resistor R1 do motor através do divisor R3R4. Portanto, a carga é conectada a uma tensão no motor do resistor R1, várias centenas de milivolts maior que o limite de ativação do microcircuito.

Quando a corrente através do microcircuito começa a crescer, o transistor VT1 abre e uma tensão aparece na saída. Através do resistor R4 ele entra na entrada de controle do microcircuito, a tensão nele aumenta, o que faz com que a corrente através dele aumente ainda mais e eventualmente o transistor VT1 abra completamente. Quando a tensão de alimentação diminui, ocorre o processo inverso.

Como o transistor de efeito de campo VT1 começa a abrir em uma tensão porta-fonte de 2,5...3 V, o dispositivo pode operar na faixa de tensão de alimentação de 5...7 V a 20 V. Você pode usar um microcircuito em isto, cujos números de pinos são indicados entre colchetes no diagrama , transistores de comutação com p-canapés da lista fornecida em Radio, 2001, No. 45, resistor de sintonia SPZ-19, constantes - MLT, S2-33, capacitor de óxido - K50-35, não polar - K10-17.

Ao usar peças de tamanho pequeno para montagem em superfície, as dimensões do dispositivo podem ser reduzidas. Para um exemplo na fig. 2 mostra um esboço placa de circuito impresso ao usar um microcircuito no pacote SO-8 e um transistor no pacote SOT-23. Este transistor tem uma resistência de canal no estado de 0,06 ohms e uma baixa corrente de fuga no estado (vários microamperes). Ele fornece corrente de comutação de até 2 ... 3 A. Resistor trimmer R1 -. Capacitor de óxido - tântalo importado tamanho D. Resistores - P1-12.

O ajuste é feito com carga real e bateria. Antes de ligar pela primeira vez, o motor do resistor de sintonia R1 é colocado na posição inferior de acordo com o diagrama. O resistor R2 é selecionado de forma que quando o chip DA1 está desligado, o transistor VT1 está fechado, e quando está ligado, está aberto. O limite de resposta é definido pelo motor do resistor de sintonia R1, e sua histerese é definida pela seleção do resistor R4. Ressalta-se que esses ajustes estão interligados, portanto, para atingir os parâmetros exigidos, pode ser necessário repeti-los um por um. O valor da histerese é definido de forma que quando a tensão da bateria cair, a carga seja desconectada sem reconexão.

O limitador de descarga desconecta a carga da bateria quando a tensão cai abaixo de um limite predefinido. Uma descrição de um dispositivo para finalidade semelhante é publicada em. No entanto, não possui histerese de limite. Como resultado, quando a tensão da bateria sob carga for menor que o limite e sem carga - maior, o dispositivo desconectará e conectará periodicamente a carga até que a tensão da bateria sem carga esteja abaixo do limite. O dispositivo proposto não apresenta esta desvantagem, pois seu projeto prevê uma histerese do limiar de resposta.

O circuito limitador de descarga é mostrado na fig. 1. Ele consiste em dois elementos principais - um chip regulador de tensão paralelo DA1 e um transistor de efeito de campo de comutação de canal p de alta corrente VT1. O chip DA1 é usado como comparador que controla a tensão da bateria, o transistor VT1 é usado como chave eletrônica que interrompe o circuito de alimentação da carga.

O dispositivo funciona da seguinte maneira. Uma corrente de não mais que 0,5 mA flui através do chip DA1. independente da tensão em sua entrada de controle, desde que seja menor que o limite de ativação do microcircuito (cerca de 2,5 V). Quando a tensão na entrada de controle excede o limite de ativação do microcircuito, a corrente através dele aumentará significativamente

Quando a tensão da bateria excede o limite definido, alguns miliamperes de corrente fluem através do microcircuito, a queda de tensão no resistor R2 é suficiente para manter o transistor VT1 no estado aberto, para que a carga seja conectada à bateria. Devido ao fato de a resistência do canal aberto do transistor VT1 ser de centésimos de ohm, a perda de tensão nele, mesmo com uma corrente de vários amperes, é pequena.

Quando a tensão da bateria for menor que o limite definido, a corrente através do microcircuito cairá, a tensão no resistor R2 será insuficiente para abrir o transistor VT1, como resultado ele fechará e interromperá o circuito de alimentação da carga. Quando uma bateria descarregada é conectada, o transistor VT1 geralmente permanece fechado.

Como o transistor de efeito de campo VT1 começa a abrir em uma tensão porta-fonte de 2,5...3 V, o dispositivo pode operar na faixa de tensão de alimentação de 5...7 V a 20 V. Ele pode usar o chip TL431 , cujos números de pinos no diagrama estão indicados entre colchetes, transistores chaveadores com p-canap da lista fornecida, resistor de sintonia SPZ-19, constantes - MLT, C2-33, capacitor de óxido - K50-35, não- polar - K10-17.

Ao usar peças de tamanho pequeno para montagem em superfície, as dimensões do dispositivo podem ser reduzidas. Para um exemplo na fig. A Figura 2 mostra um esboço da PCB usando o chip TL431CD no pacote SO-8 e o transistor IRLML6402P no pacote SOT-23. Este transistor tem uma resistência de canal no estado de 0,06 ohms e uma baixa corrente de fuga no estado (vários microamperes). Fornece comutação de corrente de até 2...3 A. Resistor trimmer R1 - POZ3AN. Capacitor de óxido - tântalo importado tamanho D. Resistores - P1-12.

O ajuste é feito com carga real e bateria. Antes de ligar pela primeira vez, o motor do resistor de sintonia R1 é colocado na posição inferior de acordo com o diagrama. O resistor R2 é selecionado de forma que quando o chip DA1 está desligado, o transistor VT1 está fechado, e quando está ligado, está aberto. O limite é definido pelo motor do resistor de sintonia R1, e sua histerese é definida pela seleção do resistor R4. Ressalta-se que esses ajustes estão interligados, portanto, para atingir os parâmetros exigidos, pode ser necessário repeti-los um por um. O valor da histerese é definido de forma que quando a tensão da bateria cair, a carga seja desconectada sem reconexão.

Literatura

1. Nechaev I. Limitador de descarga da bateria. - Rádio, 2004, nº 6, p. 38.

2. Nechaev I. Aplicação incomum do microcircuito KR142EN19A. - Rádio, 2003, nº 5, p. 53, 54.

3. Potentes transistores de comutação de campo da International Rectifier. - Rádio, 2001, nº 5, p. 45.

Data de publicação: 10.02.2013

Opiniões dos leitores

Ivan / 30/05/2016 - 05:19
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