Простой индикатор заряда и разряда аккумулятора

Данный индикатор заряда аккумулятора основан на регулируемом стабилитроне TL431. С помощью двух резисторов можно установить напряжение пробоя в диапазоне от 2,5 В до 36 В.

Приведу две схемы применения TL431 в качестве индикатора заряда/разряда аккумулятора. Первая схема предназначена для индикатора разрядки, а вторая для индикатора уровня заряда.

Единственная разница — это добавление n-p-n транзистора, который будет включать какой-либо сигнализатор, например, светодиод или зуммер. Ниже приведу способ вычисления сопротивления R1 и примеры на некоторые напряжения.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью делителя напряжения на резисторах R1 и R2. В случае индикатора разряда, светодиодный индикатор должен гореть, когда напряжение батареи меньше, чем необходимо. Поэтому в схему добавлен n-p-n транзистор.

Как можно видеть регулируемый стабилитрон регулирует отрицательный потенциал, поэтому в схему добавлен резистор R3, задачей которого является включение транзистора, когда TL431 выключен. Резистор этот на 11k, подобранный методом проб и ошибок. Резистор R4 служит для ограничения тока на светодиоде, его можно вычислить с помощью закона Ома.

Конечно, можно обойтись и без транзистора, но тогда светодиод будет гаснуть, когда напряжение упадет ниже выставленного уровня — схема ниже. Безусловно, такая схема не будет работать при низких напряжениях из-за отсутствия достаточного напряжения и/или тока для питания светодиода. Данная схема имеет один минус, который заключается в постоянном потреблении тока, в районе 10 мА.

Схема индикатора заряда аккумулятора

В данном случае индикатор заряда будет гореть постоянно, когда напряжение больше, чем то, которые мы определили с помощью R1 и R2. Резистор R3 служит для ограничения тока на диод.

Пришло время для того, что всем нравится больше всего — математики 🙂

Я уже говорил в начале, что напряжение пробоя может изменяться от 2,5В до 36В посредством входа «Ref». И поэтому, давайте попытаемся кое-что подсчитать. Предположим, что индикатор должен загореться при снижении напряжении аккумулятора ниже 12 вольт.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Подробнее

Сопротивление резистора R2 может быть любого номинала. Однако лучше всего использовать круглые числа (для облегчения подсчета), например 1к (1000 Ом), 10к (10 000 Ом).

Резистор R1 рассчитаем по следующей формуле:

R1=R2*(Vo/2,5В — 1)

Предположим, что наш резистор R2 имеет сопротивление 1к (1000 Ом).

Vo — напряжение, при котором должен произойти пробой (в нашем случае 12В).

R1=1000*((12/2,5) — 1)= 1000(4,8 — 1)= 1000*3,8=3,8к (3800 Ом).

Т. е. сопротивление резисторов для 12В выглядят следующим образом:

R1= 3,8к

R2=1к

А здесь небольшой список для ленивых.  Для резистора R2=1к, сопротивление R1 составит:

• 5В – 1к
• 7,2В – 1,88к
• 9В – 2,6к
• 12В – 3,8к
• 15В — 5к
• 18В – 6,2к
• 20В – 7к
• 24В – 8,6к

Для низкого напряжения, например, 3,6В резистор R2 должен иметь бОльшее сопротивление, например, 10к поскольку ток потребления схемы при этом будет меньше.

Обновление (29/10/21)

Резистор R3 для схемы с транзистором можно рассчитать по следующей формуле :

R3 = (U_min — V_REF) / I_min

• U_min — минимальное напряжение
• V_REF — 2,5 В
• I_min — минимальный ток

Однако значение Umin следует принимать ниже предполагаемого. Для 12В возьмем 11,8 В. Необходимо также добавить 2 мА для правильной работы схемы — чтобы при минимальном напряжении (в нашем случае менее 12 В) через резистор протекал ток более 1 мА.

R3 = (11,8 В — 2,5 В) / 0,002 A = 4650 Ом

Резистор R4 можно рассчитать по следующей формуле:

R4 = (U_on — I_min * R3  -U_led) / I_led

• U_on — напряжение в рабочем состоянии — включено
• I_min — минимальное значение тока, протекающего через TL431 — возьмем 1 мА
• R3 – рассчитан ранее
• U_led — напряжение на светодиоде
• I_led — ток, протекающий через светодиод

Предположим: U_on = 12 В, I_min_off = 1 мА, R3 = 4,7 кОм , U_led

= 2,4 В, I_led = 10 мА.

R4 = (12 В-0,001 А * 4700 Ом-2,4 В) / 0,010 А = 9,6 В-4,7 / 0,010 А = 4,9 / 0,010 А = 490 Ом

Таким образом, у нас будет полностью функциональная схема. Помните, что эта схема может быть нагружена током максимумом 100 мА (один светодиод примерно 25 мА). По схеме индикатора разряда нужно проверить максимальную нагрузку транзистора (для BC547 она составляет 100 мА).  Потребление тока самого TL431 составляет всего 1,5 мкА — практически незаметно.

Минимальный порог напряжения — тот, который еще не повредит аккумулятор, составляет 0,9 В на ячейку. Однако все зависит от того, где вы хотите использовать схему, например, в случае летающих радиомоделей, напряжение на ячейку 0,9 В не является правильным, поскольку сигнализация включится только тогда, когда вертолет уже будет лежать на земле. Поэтому с летающими моделями лучше поставить 1,2 В на ячейку и конечно вместо светодиода лучше использовать зуммер.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания. ..

Подробнее

Простая схема светодиодного индикатора разряда литиевого аккумулятора Li-ion на стабилитроне TL431. « ЭлектроХобби

Вашему вниманию предлагаю вполне рабочую и достаточно точную схему светодиодного индикатора порогового разряда аккумуляторов типа Li-ion. Это устройство очень простое, имеет минимум компонентов. Основным элементом является управляемый стабилитрон, который и срабатывает на определенный порог постоянного напряжения, что и свидетельствует о 10%-ном разряде аккумулятора. Это устройство было мной собрано и опробовано. Оно полностью работоспособно. Ну, а для новичков пожалуй поясню сам принцип действия этого светодиодного индикатора порогового напряжения.

Итак, главным функциональным элементом в схеме является управляемый стабилитрон типа TL431. Он собой представляет микросхему с тремя выводами, два из которых это анод и катод обычного полупроводника, а третий вывод является управляющим. Внутри же между анодом и катодом стоит транзисторный эмиттер-коллекторный переход, управляемый внутренней схемой сравнения опорного напряжения и того, что прикладывается к аноду и катоду. В итоге получается, что при подключении двух резисторов R1, R2 и изменении их сопротивления мы можем изменять проводимость между анодом и катодом данного управляемого стабилитрона. То есть, подобрав определенное соотношение данных сопротивлений мы можем изменять напряжение стабилизации стабилитрона в пределах от 2,5 до 36 вольт. Максимальный ток этого стабилитрона до 100 мА. До напряжения стабилизации стабилитрон закрыт и имеет бесконечно малую проводимость (ток через себя не проводит). А как только напряжение дошло до величины порога (стабилизации), этот стабилитрон открывается и его вольт-амперная характеристика резко изменяет свою крутизну. Начинает резко увеличиваться ток, который проходит через анод-катод.

Именно на этом эффекте резкого открытия p-n перехода стабилитрона и основана работа схемы индикатора напряжения заряда для аккумуляторов Li-ion. То есть, мы резисторами R1 и R2 задаем пороговое напряжение, оно же напряжение стабилизации.

Последовательно анодно-катодному переходу стабилитрона подключен также резистор R3. Он выполняет две функции, во первых он ограничивает силу тока для стабилитрона, а во вторых является сопротивлением смещения для базы биполярного транзистора. Как известно, если напряжение на стабилитроне ниже порогового, стабилизационного, то все оно оседает только на стабилитроне. А как только это напряжение дошло до порогового и превысило его, то на стабилитроне будет оседать строго определенная величина этого напряжения, а все лишнее уже будет оседать на резисторе R3, что включен последовательно стабилитрону. При этом до порогового напряжения через стабилитрон ток не течет, а после порогового ток течет, и увеличивается с повышением потенциала между стабилитроном и резистором R3.

Параллельно аноду и катоду стабилитрона подключена цепь, состоящая из база-эмиттерного перехода транзистора VT1, светодиода VD2 и ограничительного резистора R4. Чтобы светодиод светился нужно наличие нужного напряжения на транзисторном переходе, которое равно около 0,6 вольт. То есть, при этом напряжении на база-эмиттерном переходе биполярный транзистор открывается и пропускает ток через коллектор-эмиттерный переход. В итоге мы имеем, что до порогового напряжения стабилизации стабилитрона светодиод будет гореть, а как только напряжение превысило пороговое, стабилитрон открылся и уменьшил напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора. Результатом будет прекращение горения светодиода. Но стоит учесть, что пороговое напряжение не должно быть слишком маленьким, поскольку его может не хватить для свечения светодиода. Транзистор в эту схему можно поставить любой похожий на КТ315, к примеру КТ3102.

Теперь что касается заряда самого литиевого аккумулятора. Как известно литиевые аккумуляторы имеют свой предел напряжений, который соответствует – 3,5 вольта будет соответствовать где-то остаточному заряду в 10%, а напряжение 4,2 вольта будет соответствовать полному заряду аккумулятора на 100%. Вот и получается, что рабочим диапазоном для литиевых аккумуляторов будет от 3,5 до 4,2 вольта.

Как перезаряд так и слишком большой разряд не просто вреден для данного типа аккумуляторов, а вполне способен полностью привести его в негодность. Так что для контроля заряда аккумуляторов Li-ion существует специальные схемы контроля заряда. Предлагаемая схема также позволяет контролировать уровень заряда на этих аккумуляторах. Компоненты в самой схеме подобраны таким образом, что светодиодный индикатор начинает светится тогда, когда на аккумуляторе напряжение опустится до 3,5 вольт, что соответствует остаточному заряду в 10%. Как только вы увидели, что сигнальный светодиод зажегся, то значит пора подключать этот аккумулятор к зарядному устройству.

Поскольку аккумуляторы уже будут находится в разряженном состоянии, а тут и эта схема, своей работой, будет их еще больше разряжать, то данное устройство целесообразно использовать в режиме кратковременного тестирования. То есть, к примеру, у меня имеется электронный тестер, питаемый от одного литиевого аккумулятора. Между аккумулятором и тестером имеется переключатель, которым и осуществляется включение и выключение тестера. Схему индикатора разряда аккумулятора я поставил после переключателя (параллельно питанию тестера).

В итоге, пороговое устройство индикатора разряда будет подключаться к аккумулятору только тогда, когда переключатель будет находится во включенном состоянии. Когда после включения этого тестера я увижу, что горит светодиод индикатора разряда, то значит мне пора заряжать этот литиевый аккумулятор.

Эта схема светодиодного индикатора проста, его работа стабильна, срабатывание четкое, пороговое напряжение имеет быстрое срабатывание схемы. Сама же схема при использовании светодиода с высокой яркостью и малым потреблением тока может потреблять ток всего около 3-7 мА. Я сам лично опробовал данную схему, мне она понравилась, использую ее для своих литиевых аккумуляторов. Так что советую и вам при необходимости собирать эту схему для практического использования.

НИЖЕ ВИДЕО ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Как сделать простой светодиодный индикатор разряда аккумулятора (литиевые и другие) на TL431, схема, пояснение ее работы, пример

Ссылка для просмотра этого видео на моем канале в Дзене

 

Ссылка на эту статью в Дзене — https://dzen. ru/a/YygdGA_A6GnstCNZ

---

 

Предупреждающий индикатор низкого заряда батареи — Блог — Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом

Мне нравится создавать схемы с питанием от батарей, но я всегда думаю, что я действительно должен обеспечить индикацию «низкого заряда батареи»! Поскольку обычно это не является основной функцией проекта, о ней часто забывают. В этом ультракоротком сообщении в блоге описывается моя попытка создать общий индикатор низкого заряда батареи, который можно (надеюсь) повторно использовать во многих проектах.

 

Эта схема предупреждает пользователя, когда аккумулятор необходимо заменить или зарядить. Я выбрал самый простой способ определить, что емкость батареи низкая, и это использование напряжения на клеммах батареи.

 

Здесь описано несколько схем. Один из них загорается предупреждающим светодиодом всякий раз, когда напряжение падает ниже определенного значения. Другая схема может использоваться для замены типичного светодиода включения питания. Поведение в этом случае заключается в использовании светодиода в качестве обычного индикатора включения питания, но он начинает мигать, когда напряжение батареи низкое. Другими словами, светодиод должен постоянно гореть, когда схема включена и батарея в порядке. Когда батарея разряжена, светодиод должен мигать.

 

В данном проекте не используется микроконтроллер, но если в проекте присутствует микроконтроллер, то его использование может быть наиболее экономичным и эффективным способом, особенно если компаратор или другое периферийное устройство аналогового ввода встроено в микросхему микроконтроллера. Схемы в этом сообщении в блоге более полезны для чисто аналоговых схем, особенно для проектов с низким уровнем шума.

 

Существует множество способов реализации схемы индикатора низкого заряда батареи. Эта схема очень недорогая, в ней используется интегральная схема TL431, которая стоит всего 0,10 доллара США при количестве в несколько сотен штук. TL431 — это компонент с десятками примеров использования, он чрезвычайно универсален и поставляется в более чем полудюжине различных корпусов, от вариантов для сквозного монтажа до SOT-23 для поверхностного монтажа.

Запрограммированное напряжение достигается с помощью схемы делителя потенциала, созданной резисторами R1 и R2. Вся схема довольно точна, но при этом имеет низкую стоимость, исходя из предположения, что современные резисторы также недороги и точны, и что в сочетании с внутренним опорным напряжением TL431 (2,5 В) должно работать для обеспечения индикатора низкого напряжения, который является «достаточно хорошим».

 

Формула для расчета номинала резистора:

где Vref — это 2,5 В, а Vcutoff — желаемое пороговое напряжение для индикации предупреждения. К этому сообщению в блоге ниже прикреплен файл Excel, который можно использовать для быстрого расчета правильных значений сопротивления.

 

Схема здесь продолжает тему низкой стоимости, используя мармеладный операционный усилитель для реализации мигающего светодиода.

 

Чтение справа налево, операционный усилитель U2B не используется (при желании можно использовать один чип операционного усилителя, но LM2904 сдвоенный операционный усилитель стоит дешево!). Затем операционный усилитель U2B реализует схему генератора, а скорость мигания светодиода можно изменять, регулируя C2 или R7. Значения на диаграмме реализуют медленную частоту мигания 1 Гц.

 

Схема слева идентична предыдущей более простой схеме, за исключением того, что транзистор PNP используется для управления генератором. Когда напряжение выше запрограммированного порога, транзистор Q1 открыт, генератор не работает, а светодиод продолжает гореть. Когда напряжение ниже порогового, конденсатор C2 может заряжаться/разряжаться, и светодиод будет мигать. Мне нравится эта схема, потому что она избавляет от необходимости сверлить два отверстия для светодиода включения и светодиода низкого заряда батареи!

 

Схема может работать от 3 В до 26 В или даже выше (в зависимости от выбранного операционного усилителя). Вот подробная информация о корректировках, которые необходимо выполнить для удовлетворения любых конкретных потребностей.

 

Во-первых, подберите резистор светодиода (R5 или R8, в зависимости от того, используете ли вы простую или мигающую схему светодиода). Значение на диаграмме (1k), вероятно, будет работать во всем диапазоне 3-26 В, но светодиод может светиться очень ярко при очень высоких напряжениях и тускло при очень низких напряжениях. 1 кОм — хорошая отправная точка. Высокоэффективные красные светодиоды также являются хорошим выбором.

 

Затем измените значение резистора R1, чтобы оно соответствовало требуемому порогу индикации низкого напряжения, используя формулу, упомянутую ранее. К этому сообщению в блоге прикреплен загружаемый файл Excel, чтобы упростить расчеты.

 

Чтобы изменить частоту мигания, можно изменить R7. Более низкое значение приведет к более высокой частоте мигания. Меньшее значение емкости для C2 также приведет к более высокой частоте мигания.

 

Это была довольно тривиальная пара схем, но она решает, возможно, распространенную проблему, и мы надеемся, что это позволит сделать проекты с батарейным питанием более совершенными!

Вложения:

Uh-Oh Руководство по подключению индикатора уровня заряда батареи

• Дом
• Учебники
• Руководство по подключению индикатора уровня заряда батареи Uh-Oh

≡ Страниц

Авторы: Тони_К

Избранное Любимый 8

Введение

Любой, кто занимается проектом с питанием от батареи, знает, как это может быть неприятно, когда батарея садится или разряжается слишком низко, чтобы предотвратить условия отключения. TL431 в комплекте индикатора уровня заряда батареи Uh-Oh может помочь предотвратить эти разочарования.

TL431 — опорное напряжение

Пенсионер COM-11078

Пенсионер

Избранное Любимый 6

Список желаний

Комплект индикатора уровня заряда батареи SparkFun «Uh-oh»

Пенсионер КОМПЛЕКТ-11087

1

Пенсионер

Избранное Любимый 4

Список желаний

Это руководство покажет вам, как использовать ваш индикатор после того, как вы спаяли все вместе.

Рекомендуемая литература

Это довольно простой комплект, но если вам нужно освежить знания в области использования мультиметра, пайки или электрических характеристик, ознакомьтесь с приведенными ниже руководствами.

Аккумуляторные технологии

Основы аккумуляторов, используемых в портативных электронных устройствах: LiPo, NiMH, батарейки типа «таблетка» и щелочные.

Избранное Любимый 50

Делители напряжения

Превратите большое напряжение в меньшее с помощью делителей напряжения. В этом руководстве рассказывается: как выглядит схема делителя напряжения и как она используется в реальном мире.

Избранное Любимый 70

Резисторы

Учебник по резисторам. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно/последовательно, расшифровка цветовых кодов резисторов и применение резисторов.

Избранное Любимый 58

Диоды

Праймер для диодов! Свойства диодов, типы диодов и применение диодов.

Избранное Любимый 71

Светодиоды (LED)

Изучите основы светодиодов, а также некоторые более сложные темы, которые помогут вам рассчитать требования для проектов, содержащих много светодиодов.

Избранное Любимый 67

Электроэнергия

Обзор электроэнергии, скорость передачи энергии. Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальных мощностях. 1,21 гигаватт обучающего веселья!

Избранное Любимый 57

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения непрерывности, напряжения, сопротивления и силы тока.

Избранное Любимый 69

Пример подключения

После того, как вы спаяли комплект, пришло время начать контролировать уровень заряда батареи. В этом примере мы будем подключать индикатор к липо-батарее на 3,7 В, которая питает Arduino Uno. Мы также включим в схему зарядное устройство/усилитель Power Cell-LiPo, чтобы гарантировать, что мы сможем перезарядить аккумулятор, когда он достигнет предела низкого напряжения.

Соединения:

Uno → зарядное устройство PowerCell

• 5V → VCC
• Земля → Земля

Зарядное устройство PowerCell → индикатор Uh-Oh

• PowerCell + → Sys +
• PowerCell — → Система —

Индикатор Uh-Oh → Аккумулятор

• Разъем JST на аккумуляторе имеет вырез и соответствует вырезу на индикаторе Uh-Oh.

Вот диаграмма Fritzing, показывающая фактические соединения между Uno, PowerCell, индикатором Uh-Oh и батареей.

После того, как вы все подключили, вам нужно будет отрегулировать потенциометр на плате индикатора Uh-Oh на напряжение, при котором вы хотите получать уведомления.

Установка порогового значения

После того, как все подключено правильно, пришло время точно настроить индикатор батареи в соответствии с потребностями вашего проекта. Для этого вам понадобится мультиметр, чтобы измерить сопротивление на потенциометре и, таким образом, установить порог напряжения, при котором включается светодиод.

Во-первых, если он подключен, отключить аккумулятор от индикатора . Мы можем измерить сопротивление подстроечного резистора только в том случае, если в нем нет батареи.

На плате расположены две контрольные точки. Они имеют маркировку на задней стороне: TP1 и GND .

Возьмите удобный мультиметр и установите его на сопротивление. Поместите положительный щуп на точку TP1, а отрицательный щуп на GND.

Удерживая оба щупа в одной руке, другой рукой поверните потенциометр с надписью «Adj.» Поворачивайте его до тех пор, пока мультиметр не покажет желаемое сопротивление. Используйте приведенную ниже таблицу, чтобы определить, какой порог напряжения вам нужен и, следовательно, какое сопротивление. Чтобы рассчитать эти значения самостоятельно или найти значение, не указанное в этой таблице, посетите следующий раздел.

Порог напряжения	ТП Сопротивление
3,0 В	8,3 кОм;
3,1 В	8,0 кОм
3,2 В	7,8 кОм;
3,3 В	7,5 кОм;
3,4 В	7,3 кОм;
3,5 В	7,1 кОм
3,6 В	6,9 кОм
3,7 В	6,7 кОм;

Например, если вы хотите, чтобы светодиод загорался, когда ваша LiPo батарея достигает напряжения 3,2 В, вам нужно, чтобы сопротивление подстроечного резистора было около 7,8 кОм.

Вычисление порогового значения

Если вам нужно значение, не указанное в таблице в предыдущем разделе, или если вы хотите лучше понять, как работает индикатор батареи Uh-Oh, в этом разделе будет рассмотрено, как работает индикатор.

Чтобы рассчитать пороговое значение напряжения, мы должны свериться со схемой индикатора батареи Uh-Oh и техническим описанием TL431. Эти диаграммы из таблицы данных особенно полезны. Они показывают, что происходит внутри TL431.

Обратите внимание, что R ₁ и R ₂ из этой схемы используются в уравнении делителя напряжения ниже, а НЕ R ₁ , указанные на схеме.

Индикатор батареи работает как простой делитель напряжения. Первым битом необходимой информации является прямое падение напряжения на светодиоде. Для включения светодиоду нужно не менее 2,5В. Это будет служить нашим V _из в следующем уравнении делителя напряжения:

Потенциометр, используемый на этой плате, составляет 10 кОм, поэтому мы можем сказать:

Таким образом,

После того, как мы подставим эти значения, у нас останется следующее уравнение:

Далее нам нужно вычислить V _в .