Захист акб автомобіля від глибокого розряду. Пристрої захисту акумуляторів

Щось попаяти захотілося… Не відмовляти ж собі у такому задоволенні 🙂

Передісторія така. Збираю квадрокоптер 🙂 Потрібні гарні акумулятори: великої ємності, З гарною струмовіддачею, легкі. Тобто. літій-іонні. Було закуплено пару акумуляторів і було вирішено їх протестувати. Я останнім часом перевіряю все, що купую в Китаї. Набагато краще збирати пристрій із свідомо справних деталей: по-перше, є час перезамовити детальку якщо прийшла дохла, по-друге, на столі елемент перевірити простіше, ніж у пристрої, і не доведеться видерти його з надр у разі чого. Вхідний контроль – це правильно!

Отже, перевіряю мої батарейки і виявляю, що вони показують ємність помітно менше заявленої. Ну, буває, полежали на складі і таке інше (хоча напруга була в нормі і це мало насторожити). Пам'ятаю, що акумулятори можна «потренувати», тобто. провести кілька циклів розряд-заряд, і тоді ємність може відновитися.

Ставлю одну батарею на зарядник iMax B6, який вміє автоматично керувати процесами розряду та заряду. Процес довгий… що робити з другого? Ага, думка! Давай-но я її по-старому, лампочкою розряджу! Так, я знаю що літій-іонні акумулятори не можна розряджати нижче приблизно 3 Вольт на елемент («банку»), але в мене ж є тестер, я контролюватиму напругу прямий на балансувальному роз'ємі ... Загалом, погана ідея. Я, звичайно, закрутився і вторгнув батарейку в нуль 🙁

Я думав, нічого страшного. Попередній досвід з нікель-кадмієм говорить, що повний розряд це погано, але не смертельно. Та ні! Моєму акумулятору вистачило одного разу, щоб один елемент з трьох здувся і здох (довелося його ампутувати і тепер у мене є 2S акумулятор). Тобто. літій-іонний акумулятор розряджати нижче 3В на елемент не просто не можна, а зовсім взагалі не можна!

Так, думаємо далі. Далеко не у всіх приладах, особливо саморобних, є контролер, який не дасть розрядити батарею до небезпечного рівня. Отже необхідно деяке пристрій, яке стежитиме за напругою і попередить у разі чого. Моделісти всього світу в голос іржуть наді мною за таку свіжу ідею 😀

Як це зробити? Думка потекла в якісь вологі дали, у бік схеми на мікроконтролері з поелементним контролем батареї. Щоправда, вона стежить лише за загальним напруженням на батареї і не контролює окремі «банки». але ми ж заряджаємо наш акумулятор по-чесному, на заряднику, що балансує, тому при роботі достатньо знати загальну напругу.

Поки я міркую, китайці діють! І ось один із них накосячив замість замовлених «кренок» (L7805) надіслав потужні МОП-транзистори (вони ж MOSFET). Нууууу ... раз стільки всього зійшлося - настав час братися за паяльник 🙂

Так схема придатна. Але є аспект (c). У ній є кнопку запуску. Тобто. щоб увімкнути навантаження, треба подати напругу та короткочасно натиснути кнопку. Незручно: дві дії замість однієї. Хочу без кнопки!

Всім відомо, що глибоке розряджання акумуляторних батарей різко зменшує термін експлуатації останніх. Щоб виключити такий режим роботи акумуляторів застосовують різні схеми – обмежувачі розрядки. З появою мікросхем та потужних польових перемикальних транзисторів такі схеми стали мати невеликі габарити, стали економічнішими.

Схема обмежувача, що вже стала класичною, показана малюнку 1, її можна зустріти у багатьох схемах радіоаматорів. Пристрій призначений для роботи у складі безперебійного джерела живлення домашнього інкубатора. Польовий транзистор VT1 – IRF4905 у цій схемі виконує функцію ключа, а мікросхема КР142ЕН19 є компаратором напруги.

При замиканні контактів К1 це контакти реле, які підключають акумулятор за відсутності напруги мережі 220В, на схему подається напруга з акумуляторної батареї GB1, але так як сам по собі транзисторний ключ відкритися не може, то для його запуску введені два додаткові елементи - С1 і R2. І так, при появі напруги на вході починає заряджати конденсатор С1. У перший момент початку заряду затвор транзистора виявляється зашунтований цим конденсатором на загальний провід схеми. Транзистор відкривається і якщо напруга на акумуляторній батареї знаходиться вище встановленого на компараторі порога, він залишається відкритим і далі, якщо напруга нижче, то транзистор відразу ж закривається. Поріг вимкнення акумулятора від навантаження встановлюється резистором R3. Компаратор працює в такий спосіб. У міру розряду акумуляторної батареї напруга на виведенні мікросхеми 1 DA1 КР142ЕН19 буде зменшуватися і як тільки воно наблизиться до опорної напруги даної мікросхеми -2,5В, почне збільшуватися напруга на її виведенні 3, що відповідає зменшенню напруги на ділянці витік-затвор транзистора. Транзистор почне закриватися, що призведе до ще більшого зменшення напруги виводу 1 DA1. Виникає лавиноподібний процес закривання VT1. Внаслідок цього навантаження буде від'єднане від акумулятора. Струм навантаження, що комутується даним транзистором, може бути збільшений у рази за умови дотримання теплового режиму транзистора. Я маю на увазі встановлення його на радіатор, але не забувайте, що при температурі кристала 100 ° С, максимальний струм стоку зменшується до 52А. Потужність стоку транзистора 200Вт дана в довіднику температури 25°С.

Резистор R1 потрібний для створення необхідного струму через мікросхему, який повинен бути не менше одного міліампера. Конденсатори С1 та С3 блокувальні. R4 це опір навантаження. Якщо послідовно з навантаженням включити діод, краще з бар'єром Шоттки, можна ввести в цю схему індикатор переходу роботи на акумуляторну батарею - світлодіод HL1. Для економії енергії батареї як індикатор краще взяти надяскравий світлодіод і підібрати номінал резистора R за потрібною яскравістю.

Не секрет, що Li-ion акумулятори не люблять глибокого розряду. Від цього вони хиріють і марніють, а також збільшують внутрішній опір і втрачають ємність. Деякі екземпляри (ті, які із захистом) можуть навіть поринути у глибоку сплячку, звідки їх досить проблематично витягувати. Тому при використанні літієвих акумуляторів необхідно обмежити їх максимальний розряд.

Для цього застосовують спеціальні схеми, що відключають батарею від навантаження у потрібний момент. Іноді такі схеми називають контролерами розряду.

Т.к. Контролер розряду не управляє величиною струму розряду, він, строго кажучи, ніяким контролером не є. Насправді це стала, але некоректна назва схем захисту від глибокого розряду.

Попри поширену думку, вбудовані в акумулятори (PCB-плати або PCM-модулі) не призначені ні для обмеження струму заряду/розряду, ні для своєчасного відключення навантаження при повному розряді, ні для коректного визначення моменту закінчення заряду.

По перше,плати захисту у принципі неспроможні обмежувати струм заряду чи розряду. Цим має займатися ЗП. Максимум, на що вони здатні - це вирубати акумулятор при короткому замиканні навантаження або при його перегріві.

По-друге,більшість модулів захисту відключають li-ion батарею при напрузі 2.5 Вольта чи навіть менше. А для переважної більшості акумуляторів - це дуже сильний розряд, такого взагалі не можна допускати.

По-третє,китайці клепають ці модулі мільйонами... Ви вірите, що в них використовуються якісні прецизійні компоненти? Або що їх хтось там тестує та налаштовує перед встановленням в акумулятори? Зрозуміло, це негаразд. При виробництві китайських плат неухильно дотримується лише один принцип: що дешевше - то краще. Тому якщо захист відключатиме АКБ від зарядного пристрою точно при 4.2 ± 0.05, то це, швидше, щаслива випадковість, ніж закономірність.

Добре, якщо вам дістався PCB-модуль, який спрацьовуватиме трохи раніше (наприклад, при 4.1В). Тоді акумулятор просто не добере з десяток відсотків ємності та все. Набагато гірше, якщо акумулятор постійно перезаряджатиметься, наприклад, до 4.3В. Тоді і термін служби скорочується і ємність падає і взагалі може спалахнути.

Використовувати вбудовані в літій-іонний акумулятори плати захисту як обмежувачі розряду НЕ МОЖНА! І як обмежувач заряду - теж. Ці плати призначені лише для аварійного вимкнення акумулятора при виникненні нештатних ситуацій.

Тому потрібні окремі схеми обмеження заряду та/або захисту від надто глибокого розряду.

Прості зарядні пристроїна дискретних компонентах та спеціалізованих інтегральних схемах ми розглядали у . А сьогодні поговоримо про існуючі на сьогоднішній день рішення, що дозволяють захистити літієвий акумулятор від великого розряду.

Для початку пропоную просту та надійну схему захисту Li-ion від перерозряду, що складається лише з 6 елементів.

Вказані на схемі номінали дадуть приведуть до відключення акумуляторів від навантаження при зниженні напруги до ~10 Вольт (я робив захист для 3х послідовно включених акумуляторів 18650, що стоять у моєму металошукачі). Ви можете встановити свій власний поріг відключення шляхом підбору резистора R3.

До речі, напруга повного розряду Li-ion акумулятора становить 3.0 В і не менше.

Полевик (такий як у схемі або йому подібний) можна виколупати зі старої материнської плативід комп'ютера, зазвичай їх там відразу кілька штук коштує. ТЛ-ку, до речі, теж можна взяти звідти.

Конденсатор С1 потрібен для початкового запуску схеми при включенні вимикача (він короткочасно підтягує затвор Т1 до мінусу, що відкриває транзистор і випробовує дільник напруги R3, R2). Далі, після заряду С1, необхідне відмикання транзистора напруга підтримується мікросхемою TL431.

Увага! Вказаний на схемі транзистор IRF4905 відмінно захищатиме три послідовно включені літій-іонні акумулятори, але зовсім не підійде для захисту однієї банки напругою 3.7 Вольта. Про те, як самому визначити, чи підходить польовий транзистор чи ні, йдеться.

Мінус цієї схеми: у разі КЗ в навантаженні (або занадто великого струму, що споживається), польовий транзистор закриється далеко не відразу. Час реакції залежатиме від ємності конденсатора С1. І цілком можливо, що за цей час щось встигне як слід вигоріти. Схема, що миттєво реагує на коротун у навантаженні, представлена нижче:

Вимикач SA1 потрібний для "перезапуску" схеми після спрацьовування захисту. Якщо конструкція вашого приладу передбачає вилучення акумулятора для його заряджання (в окремому ЗУ), цей вимикач не потрібен.

Опір резистора R1 має бути таким, щоб стабілізатор TL431 виходив на робочий режим при мінімальній напрузі акумулятора - його підбирають таким чином, щоб струм анод-катод був не менше 0.4 мА. Це породжує ще один недолік цієї схеми – після спрацьовування захисту схема продовжує споживати енергію від батареї. Струм хоч і невеликий, але його цілком достатньо, щоб повністю висмоктати невеликий акумулятор за якісь пару-трійку місяців.

Нижче наведена схема саморобного контролю розряду літієвих акумуляторів позбавлена зазначеного недоліку. При спрацьовуванні захисту струм, що споживається пристроєм, настільки малий, що мій тестер його навіть не виявляє.

Нижче представлений більше сучасний варіантобмежувача розряду літієвого акумулятораіз застосуванням стабілізатора TL431. Це, по-перше, дозволяє легко і просто виставити потрібний поріг спрацьовування, а по-друге схема має високу температурну стабільність і чіткість відключення. Хлоп і все!

Дістати ТЛ-ку сьогодні взагалі не проблема, вони продаються по 5 копійок за пучок. Резистор R1 не потрібно встановлювати (у деяких випадках він навіть шкідливий). Підстроєчник R6, що задає напругу спрацьовування, можна замінити ланцюжком з постійних резисторів з підібраними опорами.

Для виходу з режиму блокування потрібно зарядити акумулятор вище порога спрацьовування захисту, після чого натиснути кнопку S1 "Скинути".

Незручність всіх наведених вище схем полягає в тому, що для відновлення роботи схем після відходу в захист, потрібне втручання оператора (включити-вимкнути SA1 або натиснути кнопочку). Це плата за простоту та низьке споживання енергії у режимі блокування.

Найпростіша схема захисту li-ion від перерозряду, позбавлена всіх недоліків (ну майже всіх), показана нижче:

Принцип дії цієї схеми дуже схожий на перші дві (на початку статті), але тут немає мікросхеми TL431, а тому власний струм споживання можна зменшити до дуже невеликих значень - близько десяти мікроампер. Вимикач або кнопка скидання також не потрібні, схема автоматично підключить акумулятор до навантаження, як тільки напруга на ньому перевищить задане граничне значення.

Конденсатор С1 пригнічує помилкові спрацьовування під час роботи на імпульсне навантаження. Діоди підійдуть будь-які малопотужні, саме їх характеристики та кількість визначають напругу спрацьовування схеми (доведеться підібрати за місцем).

Польовий транзистор можна використовувати будь-який n-канальний. Головне, щоб він не напружуючись витримував струм навантаження і вмів відкриватися при низькій напрузі затвор-витік. Наприклад, P60N03LDG, IRLML6401 або аналогічні (див. ).

Наведена вище схема всім хороша, але є один неприємний момент - плавне закриття польового транзистора. Це відбувається через пологість початкової ділянки вольт-амперної характеристики діодів.

Усунути цей недолік можна за допомогою сучасної елементної бази, А саме - за допомогою мікропотужних детекторів напруги (моніторів живлення з екстремально низьким енергоспоживанням). Чергова схема захисту літію від глибокого розряду представлена нижче:

Мікросхеми MCP100 випускається як у DIP-корпусі, так і в планарному виконанні. Для наших потреб підійде 3-вольтовий варіант - MCP100T-300i/TT. Типовий струм споживання в режимі блокування - 45 мкА. Вартість дрібним оптом близько 16 руб/шт.

Ще краще замість MCP100 застосувати монітор BD4730, т.к. у нього вихід прямий і, отже, потрібно буде виключити із схеми транзистор Q1 (вихід мікросхеми з'єднати безпосередньо із затвором Q2 та резистором R2, при цьому R2 збільшити до 47 кОм).

У схемі застосовується мікроомний p-канальний MOSFET IRF7210, що без проблем комутує струми в 10-12 А. Полевик повністю відкривається вже при напрузі на затворі близько 1.5 В, у відкритому стані має мізерний опір (менше 0.01 Ом)! Коротше, дуже крутий транзистор. А, головне, не надто дорогий.

На мою думку, остання схема найбільш близька до ідеалу. Якби я мав необмежений доступ до радіодеталей, я б вибрав саме її.

Невелика зміна схеми дозволяє застосувати і N-канальний транзистор (тоді він включається до мінусового ланцюга навантаження):

Монітори (супервізори, детектори) живлення BD47xx - це ціла лінійка мікросхем з напругою спрацьовування від 1.9 до 4.6 з кроком 100 мВ, так що можна завжди підібрати під ваші цілі.

Невеликий відступ

Будь-яку з наведених вище схем можна підключити до батареї з декількох акумуляторів (після деякої підстроювання, звичайно). Однак, якщо банки будуть мати ємність, то найслабший з акумуляторів буде постійно йти в глибокий розряд задовго до того, як схема спрацьовуватиме. Тому в таких випадках завжди рекомендується використовувати батареї не лише однакової ємності, а й бажано з однієї партії.

І хоча в моєму металодетекторі такий захист працює без нарікань вже років зо два, все ж таки набагато правильніше було б стежити за напругою на кожному акумуляторі персонально.

Завжди використовуйте персональний контролер розряду Li-ion акумулятора на кожну банку. Тоді будь-яка ваша батарея буде служити довго та щасливо.

Про те, як підібрати потрібний польовий транзистор

У всіх наведених вище схемах захисту літій-іонних акумуляторів від глибокого розряду застосовуються MOSFETи, що працюють у ключовому режимі. Такі ж транзистори зазвичай використовуються і в схемах захисту від перезаряду, захисту від КЗ та інших випадках, коли потрібно управління навантаженням.

Зрозуміло, щоб схема працювала як треба, польовий транзистор повинен задовольняти певним вимогам. Спочатку ми визначимося з цими вимогами, а потім візьмемо парочку транзисторів та за їхніми датішитами. технічним характеристикам) визначимо, підходять вони нам чи ні.

Увага! Ми не розглядатимемо динамічні характеристики польових транзисторів, такі як швидкість перемикання, ємність затвора та максимальний імпульсний струм стоку. Зазначені параметри стають критично важливими під час роботи транзистора на високих частотах (інвертори, генератори, шим-модулятори тощо), проте обговорення цієї теми виходить за межі цієї статті.

Отже, ми маємо відразу ж визначитися зі схемою, яку хочемо зібрати. Звідси перша вимога до польового транзистора. він повинен бути відповідного типу(або N-або P-канальний). Це перше.

Припустимо, що максимальний струм (струм навантаження або струм заряду – не важливо) не перевищуватиме 3А. Звідси випливає друга вимога - полевик повинен довгий часвитримувати такий струм.

Третє. Допустимо наша схема забезпечуватиме захист акумулятора 18650 від глибокого розряду (однієї банки). Отже ми можемо відразу ж визначитися з робочою напругою: від 3.0 до 4.3 Вольта. Значить, максимальна допустима напруга сток-витік U dsмає бути більше ніж 4.3 Вольта.

Однак останнє твердження правильне лише у разі використання лише однієї банки літієвого акумулятора (або кількох включених паралельно). Якщо для живлення вашого навантаження буде задіяна батарея з декількох послідовно включених акумуляторів, то максимальна напруга сток-витік транзистора повинна перевищувати сумарну напругу всієї батареї.

Ось малюнок, який пояснює цей момент:

Як видно зі схеми, для батареї з 3х послідовно включених акумуляторів 18650 у схемах захисту кожної банки необхідно застосовувати польовики з напругою сток-витік U ds > 12.6В (на практиці потрібно брати з деяким запасом, наприклад, 10%).

У той же час, це означає, що польовий транзистор повинен вміти повністю (або хоча б досить сильно) відкриватися вже при напрузі затвор-витік Ugs менше 3 Вольт. Насправді, краще орієнтуватися на більш низька напруга, наприклад, на 2.5 Вольта, щоб з запасом.

Для грубої (початкової) прикидки можна глянути в датасіті на показник "Напруга відсічення" ( Gate Threshold Voltage) - це напруга, у якому транзистор перебуває в порозі відкриття. Ця напруга, як правило, вимірюється в момент, коли струм стоку досягає 250 мкА.

Відомо, що експлуатувати транзистор у режимі не можна, т.к. його вихідний опір ще дуже великий, і він просто згорить через перевищення потужності. Тому напруга відсічення транзистора має бути меншою від робочої напруги схеми захисту. І чим воно буде менше, тим краще.

На практиці для захисту однієї банки літій-іонного акумулятора слід підбирати польовий транзистор з напругою відсічення не більше 1.5 – 2 Вольт.

Таким чином, головні вимоги до польових транзисторів такі:

тип транзистора (p-або n-channel);
максимально допустимий струм стоку;
максимально допустима напруга сток-витік U ds (згадуємо, як будуть включені наші акумулятори – послідовно чи паралельно);
низький вихідний опір при певному напруженні затвор-витік U gs (для захисту однієї банки Li-ion слід орієнтуватися на 2.5 Вольта);
максимально допустима потужність розсіювання.

Тепер на конкретних прикладах. Ось, наприклад, у нашому розпорядженні є транзистори IRF4905, IRL2505 та IRLMS2002. Погляньмо на них ближче.

Приклад 1 - IRF4905

Відкриваємо даташит і бачимо, що це транзистор із каналом p-типу (p-channel). Якщо нас це влаштовує, дивимось далі.

Максимальний струм стоку – 74А. З надлишком, звісно, але підходить.

Напруга сток-витік - 55V. У нас за умовою завдання лише одна банка літію, тож напруга навіть більша, ніж потрібно.

Далі нас цікавить питання, яким буде опір сток-витік, при напрузі на затворі 2.5V. Дивимося в даташит і так відразу не бачимо цієї інформації. Зате бачимо, що напруга відсічки U gs(th) лежить у діапазоні 2...4 Вольта. Нас це категорично не влаштовує.

Остання вимога не виконується, тому транзистор забраковуємо.

Приклад 2 - IRL2505

Ось його даташить. Дивимося й одразу бачимо, що це дуже потужний N-канальний полевик. Струм стоку - 104А, напруга стік-витік - 55В. Поки що все влаштовує.

Перевіряємо напругу V gs(th) – максимум 2.0 В. Відмінно!

Але давайте подивимося, який опір матиме транзистор при напрузі затвор-витік = 2.5 вольта. Дивимося графік:

Виходить, що при напрузі на затворі 2.5В і струмі через транзистор 3А, на ньому падатиме напруга 3В. Відповідно до закону Ома, його опір у цей момент становитиме 3В/3А=1Ом.

Таким чином, при напрузі на банку акумулятора близько 3 Вольт він просто не зможе віддати в навантаження 3А, так як для цього загальний опір навантаження разом з опором сток-витік транзистора повинен становити 1 Ом. А у нас лише один транзистор вже має опір 1 Ом.

До того ж за такого внутрішнього опору і заданого струму, на транзисторі виділятиметься потужність (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Тому знадобиться встановлення радіатора (корпус ТО-220 без радіатора зможе розсіювати десь 0.5...1 Вт).

Додатковим тривожним дзвінком повинен стати той факт, що мінімальна напруга затвора для якого виробник вказав вихідний опір транзистора 4В.

Це натякає на те, що експлуатація польовика при напрузі Ugs менше 4В не передбачалася.

Враховуючи все вищесказане, транзистор забраковуємо.

Приклад 3 - IRLMS2002

Отже, дістаємо із коробочки нашого третього кандидата. І відразу дивимося його ТТХ.

Канал N-типу, допустимо з цим все гаразд.

Струм стоку максимальний – 6.5 А. Підходить.

Максимально допустима напруга стік-витік V dss = 20V. Чудово.

Напруга відсічення – макс. 1.2 Вольта. Поки нормально.

Щоб дізнатися вихідний опір цього транзистора нам навіть не доведеться дивитися графіки (як ми це робили в попередньому випадку) - опір, що шукає, відразу наведено в таблиці якраз для нашої напруги на затворі.

Пропонований пристрій постійно контролює напругу акумуляторної батареї під час її експлуатації, не допускаючи глибокої розрядки, що негативно впливає на стан акумуляторів.

Однак воно не має гістерези порога спрацьовування. В результаті цього, коли напруга батареї під навантаженням виявиться менше порога спрацьовування, а без навантаження більше, то пристрій буде періодично відключати і підключати навантаження до тих пір, поки напруга батареї без навантаження не стане нижче порога спрацьовування. Пропонований пристрій не має цього недоліку, тому що при його проектуванні передбачено гістерезис порога спрацьовування.

Схема обмежувача розряджання акумуляторної батареї

У схему обмежувача розрядки входять два основні елементи - мікросхема паралельного стабілізатора напруги DA1 та сильноточний р-канальний перемикач польовий транзистор VT1. Мікросхема DA1 використана як компаратор, що контролює напругу батареї, транзистор VT1 – як електронний ключ, що розриває ланцюг живлення навантаження.

Пристрій працює наступним чином. Через мікросхему DA1 тече струм трохи більше 0,5 мА. що не залежить від напруги на її вході управління, поки воно менше порога включення мікросхеми (близько 2,5). Коли напруга на вході управління перевищить поріг включення мікросхеми, струм через неї значно зросте.

Поріг спрацьовування пристрою встановлюють підстроювальним резистором R1. На вхід управління мікросхеми контрольована напруга надходить через фільтр НЧ R3C2, щоб пристрій реагувало на середнє значення напруги живлення, а не на миттєві його зміни. Чим більша ємність конденсатора С2, тим менше воно чутливе до пульсацій цієї напруги.

Коли напруга батареї перевищує встановлений поріг, через мікросхему протікає струм кілька міліампер, падіння напруги на резисторі R2 достатньо підтримки транзистора VT1 у відкритому стані, тому навантаження підключена до батареї. Завдяки тому, що опір відкритого каналутранзистора VT1 становить соті частки ома, втрати напруги на ньому навіть при струмі в кілька ампер невеликі.

Коли напруга батареї стане меншою встановленого порога, Струм через мікросхему впаде, напруга на резисторі R2 виявиться недостатнім для відкривання транзистора VT1, в результаті чого він закриється і розірве ланцюг живлення навантаження. При підключенні розрядженої батареї транзистор VT1 взагалі залишиться закритим.

Щоб перемикання відбувалося більш чітко, пристрій введено позитивний зворотний зв'язок через резистор R4. Завдяки цьому пристрій має гістерезу: відключення навантаження здійснюється при меншій напрузі живлення, ніж її підключення Величину гістерези можна регулювати добіркою резистора R4. Для зазначених на схемі номіналах гістерезис склав 0,4 В при напрузі живлення 9 В і 0,6 В при напрузі живлення 12 В. Якщо напруга живлення нижче за поріг спрацьовування і збільшується, то напруга на вході управління мікросхеми також зростає. Але оскільки навантаження знеструмлено, напруга на вхід управління надходить з двигуна резистора R1 через дільник R3R4. Тому підключення навантаження відбувається при напрузі на движку резистора R1, на кілька сотень мілівольт більшому за поріг включення мікросхеми.

Коли струм через мікросхему починає зростати, транзистор VT1 відкривається і з'являється напруга на виході. Через резистор R4 воно надходить на вхід управління мікросхеми, напруга на ньому зростає, що призводить до того, що струм через неї зростає ще більше і в кінцевому підсумку транзистор VT1 повністю відкривається. При зменшенні напруги живлення відбувається зворотний процес.

Так як польовий транзистор VT1 починає відкриватися при напрузі затвор-виток 2,5…3 В, то пристрій може працювати в інтервалі напруги живлення від 5…7 В до 20 В. У ньому можна застосувати мікросхему , номери висновків якої на схемі вказані в дужках , перемикальні транзистори з р-канапом зі списку, наведеного в Радіо, 2001 № 5, с. 45, підстроювальний резистор СПЗ-19, постійні - МЛТ, С2-33, оксидний конденсатор - К50-35 неполярний - К10-17.

У разі використання малогабаритних деталей для поверхневого монтажу габарити пристрою можна зробити невеликими. Наприклад на рис. 2 показаний ескіз друкованої платипри використанні мікросхеми у корпусі SO-8 та транзистора у корпусі SOT-23. Цей транзистор має опір каналу у відкритому стані 0,06 Ом і малий струм витоку в закритому стані (кілька мікроампер). Він забезпечує комутацію струму до 2...3 А. Підстроювальний резистор R1 - . Оксидний конденсатор - танталовий імпортний типорозмір D. Резистори - Р1-12.

Налагодження проводять із реальним навантаженням та акумуляторною батареєю. Перед першим включенням двигун підлаштування резистора R1 встановлюють в нижнє за схемою положення. Резистор R2 підбирають так, щоб при вимкненій мікросхемі DA1 транзистор VT1 був закритий, а при включеній відкрито. Поріг спрацьовування встановлюють двигуном підстроювального резистора R1, а його гістерезис - добіркою резистора R4. Слід врахувати, що ці регулювання взаємопов'язані, тому досягнення необхідних параметрів може виникнути необхідність повторити їх по черзі. Величину гістерези встановлюють так, щоб при зниженні напруги батареї навантаження відключалося без повторного підключення.

Обмежувач розрядки відключає навантаження від батареї при зменшенні напруги нижче заздалегідь встановленого граничного значення. Опис пристрою аналогічного призначення опубліковано у . Однак воно не має гістерези порога спрацьовування. В результаті цього, коли напруга батареї під навантаженням виявиться менше порога спрацьовування, а без навантаження - більше, то пристрій періодично відключатиме і підключатиме навантаження до тих пір, поки напруга батареї без навантаження не стане нижче порога спрацьовування. Пропонований пристрій не має цього недоліку, тому що при його проектуванні передбачено гістерезис порога спрацьовування.

Схема обмежувача розрядки показано на рис. 1. До його складу входять два основних елементи - мікросхема паралельного стабілізатора напруги DA1 та сильноточний р-канальний перемикач польовий транзистор VT1. Мікросхема DA1 використана як компаратор, що контролює напругу батареї, транзистор VT1 – як електронний ключ, що розриває ланцюг живлення навантаження.

Коли напруга батареї перевищує встановлений поріг, через мікросхему протікає струм кілька міліампер, падіння напруги на резисторі R2 достатньо підтримки транзистора VT1 у відкритому стані, тому навантаження підключена до батареї. Завдяки тому, що опір відкритого каналу транзистора VT1 становить соті частки ома, втрати напруги на ньому навіть при струмі в кілька ампер невеликі.

Коли напруга батареї стане менш встановленого порога, струм через мікросхему впаде, напруга на резисторі R2 виявиться недостатнім для відкривання транзистора VT1, внаслідок чого він закриється і розірве ланцюг живлення навантаження. При підключенні розрядженої батареї транзистор VT1 взагалі залишиться закритим.

Так як польовий транзистор VT1 починає відкриватися при напрузі затвор-виток 2,5...3 В, то пристрій може працювати в інтервалі напруги живлення від 5...7 В до 20 В. У ньому можна застосувати мікросхему TL431, номери висновків якої на схемі вказані в дужках, перемикальні транзистори з р-канапом зі списку, наведеного в підстроювальний резистор СПЗ-19, постійні - МЛТ, С2-33, оксидний конденсатор - К50-35, неполярний - К10-17.

У разі використання малогабаритних деталей для поверхневого монтажу габарити пристрою можна зробити невеликими. Наприклад на рис. 2 показаний ескіз друкованої плати при використанні мікросхеми TL431CD у корпусі SO-8 та транзистора IRLML6402P у корпусі SOT-23. Цей транзистор має опір каналу у відкритому стані 0,06 Ом і малий струм витоку в закритому стані (кілька мікроампер). Він забезпечує комутацію струму до 2...3 А. Підстроювальний резистор R1 – POZ3AN. Оксидний конденсатор - танталовий імпортний типорозмір D. Резистори - Р1-12.

Налагодження проводять із реальним навантаженням та акумуляторною батареєю. Перед першим включенням двигун підрядкового резистора R1 встановлюють в нижнє за схемою положення. Резистор R2 підбирають так, щоб при вимкненій мікросхемі DA1 транзистор VT1 був закритий, а при включеній відкрито. Поріг спрацьовування встановлюють двигуном підстроювального резистора R1, яке гістерезис - добіркою резистора R4. Слід врахувати, що ці регулювання взаємопов'язані, тому досягнення необхідних параметрів може виникнути необхідність повторити їх по черзі. Величину гістерези встановлюють так, щоб при зниженні напруги батареї навантаження відключалося без повторного підключення.

Література

1. Нечаєв І. Обмежувач розрядки акумуляторної батареї. – Радіо, 2004, № 6, с. 38.

2. Нечаєв І. Незвичайне застосування мікросхеми КР142ЕН19А. – Радіо, 2003, № 5, с. 53, 54.

3. Потужні польові перемикальні транзистори фірми International Rectifier. – Радіо, 2001, № 5, с. 45.

Дата публікації: 10.02.2013

Думки читачів

Іван / 30.05.2016 - 05:19
Зібрав. Працює.