Prosty wskaźnik naładowania akumulatora

Wskaźnik naładowania akumulatora opiera się na regulowanej diodzie zenera - TL431. Za pomocą dwóch rezystorów można ustawić napięcie przebicia w zakresie od 2.5V do 36V. Pokazałem dwie możliwości użycia regulowanej diody zenera jako serca całego wskaźnika.


Pierwsza jest dla wskaźnika rozładowania, a druga dla wskaźnika naładowania. Jedyna różnica to dodanie tranzystora NPN, który będzie odwracał działanie wskaźnika np. diody LED lub buzzera. Podałem również sposób obliczenie R1 oraz przykłady na niektóre napięcia. Może na początku wyjaśnię w skrócie, czym w zasadzie jest układ TL431. Układ ten to w zasadzie regulowana dioda zenera w której można za pomocą jednego z wejść (Vref) ustawić napięcie przebicia w zakresie od 2.5V do 36V. Kierunek przebicia jest taki sam jak w każdej innej diodzie zenera - od anody do katody.


Opiszę tutaj w jaki sposób można zrobić bardzo prosty wskaźnik naładowania akumulatora wykorzystując ten układ, 2 rezystory i diodę LED jako sygnalizację. W tym artykule opiszę dwa sposoby na sygnalizację stanu naładowania akumulatora: pierwsza będzie nas informować o wyczerpanym akumulatorze, a druga o naładowanym.


Przejdźmy zatem do samego układu. Schemat wyprowadzeń dla układu TL431 w obudowie TO92 wygląda w następujący sposób:

Wyprowadzenia pinów w układzie TL431

Schemat połączenia tego układu wygląda w ten sposób:

Dla wskaźnika rozładowania:

Schemat dla wskaźnika rozładowania 

Układ ten dział w taki sposób, że przebija przy wyznaczonym przez nas napięciu, które możemy ustawiać za pomocą rezystorów R1 i R2. W przypadku wskaźnika rozładowania dioda sygnalizacyjna powinna zaświecić się wtedy, gdy akumulatorek ma mniejsze napięcie od tego, które zakładaliśmy. Dlatego układ ten steruje tranzystorem NPN (może być to dowolny tranzystor NPN np. BC547). Jak można zauważyć regulowana dioda zenera reguluje potencjał ujemny, dlatego dołożony jest rezystor R3 którego zadaniem jest załączanie tranzystora, gdy TL431 jest wyłączony. Rezystor ten dobierałem metodą prób i błędów, ja zastosowałem 11k. R4 służy tylko do ograniczenia prądu na diodę, można go obliczyć za pomocą prawa Ohma. Oczywiście można poradzić sobie bez tranzystora, ale wtedy dioda LED zgaśnie gdy napięcie spadnie poniżej naszej wartości - schemat poniżej. Oczywiście układ ten nie sprawdzi się przy niskich napięciach - brak wystarczającego napięcia i/lub prądu do zasilenia diody LED. Układ ten ma pewny minus, polegający na ciągłym poborze prądu, który wynosi ok. 10mA.

Płytka wskaźnika naładowania akumulatora - stan nieaktywny

Płytka wskaźnika naładowania akumulatora - stan aktywny 

Schemat dla wskaźnika naładowania:

Schemat dla wskaźnika naładowania 

W przypadku wskaźnika naładowania dioda sygnalizacyjna powinna zaświecić się, gdy napięcie jest większe od tego, które ustaliliśmy za pomocą R1 i R2. R3 służy tylko do ograniczenia prądu na diodę.

Jak widać sam schemat jest bardzo prosty i bez problemu można go wykonać na tzw. pajączku.
Przyszedł czas na to co każdy lubi najbardziej - matematykę :)

Wspominałem na początku, że napięcie przebicia można regulować od 2.5V do 36V za pomocą wejścia "Ref". A zatem, spróbujmy coś policzyć.

Załóżmy, że dioda sygnalizacyjna ma informować nas o słabym napięciu akumulatora 12V - ma zapalać się przy 12V.

R2 - Można tutaj użyć dowolnej wartościowości. Jednakże najlepiej użyć tutaj pełnych liczb (dla łatwiejszego liczenia) np. 1K (1000 ohm), 10k (10 000 ohm),

Rezystor R1 policzymy z tego wzoru:
R1=R2*(Vo/2.5V-1)
Przyjmijmy, że nasz rezystor ma 1k (stąd wzięło się to 1000Ω).
Vo - napięcie przy którym ma nastąpić przebicie (w naszym przypadku 12V).
R1=1000Ω*(12V/2.5-1)= 1000(4.8-1)= 1000*3.8=3K8 (3800 ohm).
Czyli opory rezystorów dla 12V wyglądają w następujący sposób:
R1= 3K8
R2=1K

Jak widać nie jest to wcale skomplikowane.
A tutaj tabelka dla leniwych :P

R2=1K
Dla R1:

• 5V - 1K 
• 7.2V - 1880Ω 
• 9V - 2K6 
• 12V - 3K8 
• 15V - 5k 
• 18V - 6K2 
• 20V - 7K 
• 24V - 8K6 

Dla niskich napięć np. 3.6V R2 powinien mieć większy opór np. 10K - prąd pobierany przez układ będzie mniejszy.

[AKTUALIZACJA ]

R3 dla układu z tranzystorem można obliczyć za pomocą tego wzoru:
R3 = (Umin - VREF)/Imin
Umin - napięcie minimalnie,
VREF - Ja przyjąłem tak jak wyżej 2.5V, ale niektórzy zakładają, że jest to 2.450V.
Imin - Prąd minimalny.

Należy jednak przyjąć Umin mniejsze niż zakładane. Dla 12V przyjmijmy 11.8V. Należy również doliczyć 2mA do poprawnego działania układu - tak, aby przy minimalnym napięciu (u nas mniej niż 12V) przez rezystor płyną prąd większy niż 1mA.

R3=(11.8V-2,5)/(2,0/1000)A = 4650Ω


R4 obliczymy z tego wzoru:
R4=(Uon-Imin*R3-Uled)/Iled
Uon- napięcie w stanie działania - świecenia,
Imin - minimalna wartość prądu płynąca przez TL431 - przyjąłem 1mA,
R3 - policzyliśmy wcześniej,
Uled - napięcie na diodzie LED,
Iled - prąd płynący przez diodę LED,
Przyjmijmy: Uon = 12V, Imin_off = 1mA, R3=4,7K, Uled=2.4V, Iled=10mA.

R4=(12V-0.001A*4700Ω-2.4V)/0.010A=9.6V-4.7/0.010A=4.9/0.010A=490Ω

W ten sposób będziemy mieć w pełni działający układ.
Pamiętajcie, że układ ten może być obciążony maksymalnie 100mA (jedna dioda LED to pobór ok. 25mA). Stosując schemat dla wskaźnika rozładowania trzeba sprawdzić jakie może mieć maksymalne obciążenie tranzystor (dla BC547 jest to 100mA). Pobór prądu dla samego układu TL431 to tylko 1.5μA - praktycznie niezauważalny. Minimalny próg napięcia - taki, który jeszcze nie uszkadza akumulatorka to 0.9V na ogniwo. Jednakże wszystko zależy od tego gdzie chcecie zastosować układ np. w przypadku latających modeli RC napięcie na ogniwo 0.9V nie wchodzi w grę - sygnalizacja zaświeci się dopiero wtedy, gdy helikopter będzie już leżał na ziemi i to już przez jakąś chwilę. W przypadku latających modeli lepiej zakładać 1.2V na ogniwo no i oczywiście zamiast diody LED lepiej zastosować buzzer. Koszt samego układu to ok. 0.40zł. Jest duże prawdopodobieństwo, że znajdziecie go w jakiś śmiechach elektronicznych - często można go spotkać w różnych zasilaczach.

Pobierz:

Wzór ścieżek przygotowanych do naniesienia na płytkę PCB, opis, schemat.