Indikátor nízkej úrovne batérie: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Niektoré domáce spotrebiče napájané lítium-iónovými batériami neobsahujú indikátor vybitia batérie. V mojom prípade ide o nabíjateľný zametací stroj s jednou 3,7 V batériou. Nie je ľahké určiť presný čas dobitia a pripojenie k elektrickej zásuvke. Obvykle zametač dobíjam včas, keď je batéria úplne vybitá a elektrický motor nebeží. Takáto situácia nie je príliš pohodlná, najmä ak potrebujete ihneď použiť zametač.

Hľadal som jednoduché riešenie, ako zistiť úroveň napätia, pri ktorej by malo dôjsť k nabíjaniu. V tomto článku je popísaný jednoduchý indikátor nízkej úrovne Li-Ion batérie. Navrhnutý obvod je možné použiť v akomkoľvek elektronickom zariadení napájanom z lítium-iónovej batérie a môže používateľovi pomôcť nabiť batériu v správnom čase. Indikátor batérie je určený pre jeden článok, ale dá sa ľahko upraviť na viac článkov. Indikátor je možné použiť pre akúkoľvek batériu s malou úpravou obvodu.

Hlavnou výhodou indikátora je zákonná spotreba prúdu, v priemere menej ako 10 mikroampérov. Aktuálna spotreba závisí od stavu indikátora

Existujú tri funkcie indikátora úrovne:

• Kontrolka LED nepretržite svieti: batéria je úplne nabitá.
• Indikátor LED bliká: batériu je potrebné nabiť.
• Indikátor LED nesvieti: batéria je nabitá a zariadenie je pripravené na použitie

Krok 1: Úvod Indikátor stavu batérie Li-Ion

Diely:

Všetky diely bolo možné kúpiť za menej ako 5 EUR.

Tu je zoznam:

• IC1 MC33164-3P, Micropower podpäťové snímanie, obvod TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, časovač CMOS, LCSC PN C34608
• Rezistor R1, R2 10K, všetky odpory, kondenzátory a malé súčiastky LCSC
• Rezistor R3 680K
• Rezistor R4 680
• Kondenzátor C1 M1
• Kondenzátor C2 1M
• Kondenzátor C3 10M
• D1, D2, D3 dióda 1N5819, LCSC PN C2474
• LED1 dióda LED 3mm, červená
• Skrutkovací terminál T1

Odpory sú pre 0,25 W alebo menej, kondenzátory pre 12V alebo viac.

Náradie:

• Spájkovačka
• Aku vŕtačka
• Horúca lepiaca pištoľ

Krok 2: Popis obvodu

Integrovaný obvod MC33164-3P je srdcom indikátora hladiny. Podrobné informácie o tomto komponente nájdete tu.

Jednoduchý popis obvodu: Je to mikroenergia pod napätím snímajúca IC, v plastovom obale s tromi kolíkmi, podobný tranzistoru s nízkym výkonom. MC33164 je navrhnutý ako resetovací obvod pre mikroprocesor v prípade výpadku napájania.

Detekuje napätie na pine 2. Porovnáva detekované napätie s referenčným napätím, v našom prípade 2,7V. Výsledok je možné vyhodnotiť ako hodnotu napätia na kolíku 1. Ak je zistené napätie menšie ako 2, 7V, výstup je nízky a blíži sa 0V. Ak je vstupné napätie vyššie ako 2, 7 V, prezentovaná hodnota na kolíku 1 je približne 3 V alebo viac.

Typická referenčná hodnota pre MC33164-3P (3 za pomlčkou znamená 3V) je 2, 71V. Presne na tejto hodnote sa zmení výstupná hodnota. (Neberieme do úvahy hysteréziu.) Napätia pre jednu bunku Li-Ion batérie sú: maximálne napätie 4,2 V, typické napätie 3,7 V a minimálne napätie je od 2,8 do 3 V, predpokladajme 2,9 V. Na konci vybíjacieho cyklu je prítomné minimálne napätie a táto úroveň napätia by mala aktivovať náš indikátor nízkej hladiny.

Referenčné napätie pre MC33164 je príliš nízke v porovnaní s našimi požiadavkami. Existujú 2 riešenia na zníženie napätia. Prvým a najjednoduchším je delič napätia. Oddeľovač však spotrebúva ďalší prúd. Menej náročné na prúd je druhé riešenie, využívajúce niektoré komponenty v sérii na zníženie 2,9 V na 2,7 V. Diódy sú súčiastky s určitým poklesom napätia v smere dopredu a dajú sa úspešne použiť. Vzhľadom na veľmi nízku hodnotu prúdu som si podľa testov vybral najlepší typ diódy, ktorý som vybral.

Funkciou R1, D1, D2, D3 je zníženie vstupného napätia. Jumper J1 by mohol eliminovať posledný pokles napätia diódy a vstupné napätie by sa mohlo mierne znížiť. Výstup IC1 je privádzaný do časovača IC2. Jeho aktívna hodnota je nízka a funkciou je povoliť časovač. Na IC2 bohužiaľ nie je žiadny vstupný kolík, ktorý by umožňoval povoliť tento IC bez invertného obvodu.

Rozhodol som sa povoliť časovač ICM7555 aplikovaním výstupu IC1 ako mínus napätia na pin 1 IC2. Komponenty C2, R3 určujú časový úsek, ktorý sa upravuje asi na 2 sekundy. Rezistor R4 obmedzuje prúd na indikáciu diódy LED1. Testované napätie z batérie je pripojené k pólu 1 (plus) a 2 (mínus). Hodnoty R2, C1 sú odporúčané z technického listu.

Časovač ICM7555 je CMOS ekvivalentom 555. Jeho výhodou je pracovné napätie od 2,5 V a veľmi nízka spotreba prúdu. Na druhom obrázku je veľmi jednoduchý obvod ako monitor napätia odporúčaný údajovým listom. Túto schému je možné tiež použiť, ale použitie ICM7555 je výhodné, pretože nízke napätie je indikované blikajúcou diódou LED, ktorá je viditeľnejšia.

Krok 3: Konštrukcia

Časti sú spájkované na jeden kus prototypovej dosky s rozmermi 20 x 35 mm. Mimo dosky je LED dióda, je možné ju namontovať na viditeľné miesto. Monitorovaná Li-Ion batéria je pripojená pomocou skrutkovacej svorkovnice. Doska je dostatočne malá na to, aby sa dala vložiť do akéhokoľvek zariadenia.

Pripojenie vnútri zariadenia je jednoduché: stačí pripojiť vodiče zo svorkovnice k batérii a vyvŕtať otvor pre LED a opraviť ho. Vodiče je možné pripojiť priamo k pólom batérie na držiaku batérie. V tomto prípade prúd prúdi nezávisle, v závislosti od polohy spínača a indikátor funguje po celú dobu.

V mojom prípade som pripojil indikátor nízkej hladiny za hlavný vypínač (nízke napätie). Pretože vo vnútri zariadenia je doska nabíjačky, ktorá je oddelene pripojená k prepínaču a zvlášť k batérii, miesto pripojenia „po prepínači“nie je jasné. Používam jednoduché riešenie, pripojiť indikátor priamo k záťaži, jednosmerný motor.

Prototypová doska vyžaduje viac času na pripojenie všetkých komponentov pomocou vodičov. Aby som ušetril tento čas, navrhol som dosku plošných spojov s rozmermi 20 x 40 mm s prvkami priechodného otvoru. DPS obsahuje iba jednu vrstvu. Použitie komponentov SMD môže zmenšiť veľkosť dosky. Tento návrh som nevytvoril kvôli zložitejšiemu spájkovaniu a manipulácii s veľmi malými časťami. Priložené sú súbory Gerber na výrobu DPS.

Krok 4: Záver

Popisovaný indikátor vybitia batérie je možné použiť pre akúkoľvek batériu s napätím vyšším ako 2,5V. V takom prípade preskočte diódy D1, D2 a D3 a pridajte jeden odpor R5 ako súčasť deliča napätia k R1. Hodnota R1 závisí od zistenej úrovne napätia U a môže byť vypočítaná podľa:

R5 = 2,7*R1/(U-2,7)

Konštrukcia sa vykonáva na malom plošnom spoji s komponentmi priechodnými otvormi. Ak máte na sklade niektoré súčiastky SMD, odporúčam použiť súčiastky SMD.

Veľkosť dosky by mohla byť menšia a konštrukcia vám umožňuje precvičovať používanie dielov SMD.

Ďakujem za prečítanie a prajem vám príjemný čas pri stavbe.