Led индикатор напряжения аккумулятора 12в своими руками. Простейший индикатор уровня заряда батареи. Проверка постоянного напряжения

Самое удивительное то, что схема индикатора уровня заряда аккумуляторной батареи не содержит ни транзисторов, ни микросхем, ни стабилитронов. Только светодиоды и резисторы, включенные таким образом, что обеспечивается индикация уровня подведенного напряжения.

Схема индикатора

Работа устройства основывается на начальном напряжении включения светодиода. Любой светодиод - это полупроводниковый прибор, который имеет граничную точку напряжения, только превысив которую он начинает работать (светить). В отличии от лампы накаливания, которая имеет почти линейные вольтамперные характеристики, светодиоду очень близка характеристика стабилитрона, с резкой крутизной тока при увеличении напряжения.
Если включить светодиоды в цепь последовательно с резисторами, то каждый светодиод начнет включаться только после того, как напряжение превысит сумму светодиодов в цепи для каждого отрезка цепи в отдельности.
Порог напряжения открытия или начала загорания светодиода может колебаться от 1,8 В до 2,6 В. Все зависит от конкретной марки.
В итоге, каждый светодиод загорается только после того, как загорелся предыдущий.

Схему я собрал на универсальной монтажной плате, спаяв вывода элементов между собой. Для лучшего восприятия я взял светодиоды разных цветов.
Такой индикатор можно сделать не только на шесть светодиодов, а к примеру, на четыре.
Использовать индикатор можно не только для аккумулятора, но для создания индикации уровня на музыкальных колонках. Подключив устройство к выходу усилителя мощности, параллельно колонке. Тем самым можно отслеживать критические уровни для акустической системы.
Возможно найти и другие применения этой, по истине, очень простой схемы.

Очень важно контролировать разряд любого аккумулятора, ведь у каждого из них есть некое пороговое напряжение, ниже которого его нельзя разряжать, иначе аккумулятор потеряет значительную часть свой ёмкости, быстрее деградирует и не сможет выдавать заявленный ток, придётся покупать новый, а он не дешевый.

В этой статье я расскажу и покажу как сделать очень простой индикатор напряжение для кислотно-свинцовых аккумуляторов 12V, широко использующихся в автомобилях, а также скутерах, мотоциклах и прочем транспорте. Если вы поймете принцип работы схемы-индикатора и назначение каждой детали, то сможете подстроить её практически для любого вида перезаряжаемых батарей, изменяя номиналы определенных электронных компонентов.

Принципиальная схему с указанными номиналами может давать вам примерную информацию о значении напряжения на выводах батареи тремя светодиодами. Цвет светодиода, в принципе можно выбирать любой понравившейся, но рекомендую использовать именно такие, как у меня, они дают четкое представление о положении батареи благодаря ассоциациям.

Итак, когда горит зеленый, то напряжение АКБ в норме (от 11,6 до 13 Вольт), если же светит белый – это значит U=13 и более, а когда же яркий красный работает, то необходимо срочно отключать нагрузку и ставить аккумулятор на подзарядку током 0,1C, напряжение 11,5 Вольт и ниже, АКБ разрядился более чем на 80 процентов. Напомню, что эти значения примерные и у вас будут немного отличаться из-за разброса характеристик используемыъ компонентов.

Ток потребление такого светодиодного оповещателя небольшой, до 15 mA. Кого это напрягает – не беда, в разрыв ставим тактовую кнопочку и радуемся. С этого момента проверка батареи ведется нажатием кнопки и анализом цвета свечения.

Защищаем плату от воды и крепим на аккумулятор, теперь очень удобно – примитивный вольтметр всегда с источником тока, в любую секунду можно протестировать его.

Печатная плата сделана миниатюрная, всего 2,2 сантиметров. В моем случае используется микросхема lm358 в DIP-8 корпусе. Резисторы желательно брать с точностью 1% (прецизионные), кроме токоогрничительных. СветxXодиоды используются практически любые (3mm, 5mm) с током 20 mA.

Проверка производиться с помощью лабораторного блока питания на линейном стабилизаторе LM317, как видно из фото срабатывание четкое, могут светиться два светодиода, правильным будет последний. Для более точной настройки я крайне рекомендую использовать подстрочные резисторы, как на плате номер два, с помощью них вы очень точно отрегулируете те напряжение, при которых будут загораться светодиоды.

Разберем работу схемы светодиодного индикатора уровня напряжения АКБ. Самой главной деталью является конечно же микросхема LM393 или LM358 (аналог КР1401СА3 / КФ1401СА3), в середине её есть два компаратора (треугольники).

Как видно из рисунка ниже всего восемь ножек, восьмая и четвертая питание, а остальные – это входы и выходы компараторов. Возьмем сначала один для объяснение его работы, три вывода, два входа (прямой (неинвертирующий) “+” и инвертирующий “–“) и один выход. На неинвертирующий (+) подается опорное напряжение (то, с котором будет сравнено напряжение, подаваемое на инвертирующий (-) вход).

Если U на прямом больше, чем на инвертирующем входе, то на выходе имеем минус питания, а если же наоборот (на инвертирующем большее значение напряжения, чем на прямом) на выходе плюс питания.

Стабилитрон включается в цепь наоборот (то есть анод к минусу, а катод к плюсу), у него есть так называемый рабочий ток, при котором он и будет хорошо стабилизировать, посмотрите на график ниже и всё поймете.

Этот ток разный для разных по мощности и напряжении стабилитронов, в документации стабилитрона указывается минимальный (Iz) и максимальный ток (Izrm) стабилизации. Выбирайте нужный в этих промежутках, нам хватит и минимального – это значение тока достигается благодаря резистору.

А вот и простенькие расчеты: полное U=10 Вольт, стабилитрон у нас на 5,6 Вольт, значится 10-5,6=4,4 Вольт. По документации (даташиту) min Iст=5 mA. Считаем R=4,4 V / 0,005 A = 880 Ом. Значение сопротивления резистора немного могут отклоняться, как у меня, ничего страшного, главное чтобы ток был не менее Iz.

Тройной делитель напряжение состоящий из резисторов 100 кОм, 10 кОм и 82 кОм. На каждом из этих пассивных компонентов “осаживается” определенной напряжение. Оно у нас подается на инвертирующий входа.

В зависимости от степени разряженности/заряженности АКБ на них падает разное напряжение. Схема, построенная таким образом, что стабилитрон ZD1 5V6 подает на прямые входа собственно 5,6 Вольт (опорное U, то с чем будет сравнено напряжение на непрямых входах). И если, например, аккумулятор разряжен сильно, то на непрямой вход первого компаратора подается меньшее напряжение, чем на прямой, а на вход второго большее.

Таким образом первый дает минус на выходе, а второй плюс – светит только красный. Зеленый светиться тогда, когда компаратор I выдает плюс, а II минус. Белый, когда оба дают на выходе плюс, из-за этого могут светиться сразу два последних светоизлучающих диода.

Чуть ниже смотрите фото готового индикатора напряжения.

И ещё хочу отметить один момент,если у вас автомобиль Опель, и вы хотите что-либо с ним сделать, например тюнинг или просто подремонтировать, то есть отличная компания, которая как раз этим и занимается.

Аккумуляторы напряжением 12 В очень популярны (обычно это герметичный свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 7 Ач). Я несколько раз пытался создать современный измеритель уровня заряда (SOC) на заказ, который бы отображал уровень напряжения с помощью светодиодов. Однако каждому клиенту требуется своя функциональность от подобного устройства, причем отличия зачастую заключаются в требовании к отображению минимального и максимального значения напряжения.

Если нужно обеспечить подачу звукового предупреждения при достижении низкого уровня напряжения, тогда необходимо проконтролировать три уровня напряжения. При стандартном методе используются потенциометры для регулировки, однако если существует необходимость подачи второго и третьего звукового предупреждения, тогда этот метод становится неприемлемым.

В процессе тестирования выяснилось, что диапазон тока в цепях составляет от 45 мА до 150 мА. Стандартное устройство контроля аккумуляторов на базе LM3914 выполняет разряд батареи емкостью 7 Ач в течение 46 часов.

Цель данного проекта – создать индикатор аккумулятора со следующими компонентами и характеристиками:

• Светодиодный индикатор
• Регулируемый максимальный уровень напряжения
• Регулируемый минимальный уровень напряжения
• 3 регулируемых уровня порога срабатывания сигнализации (обычно 50%, 30%, 20%)
• Звуковая сигнализация не должна раздражать и иметь функцию отключения звука
• Минимальное количество кнопок
• Низкое энергопотребление.

Для этого проекта я применил микроконтроллер ATmega328P micro.

Шаг 1: Светодиодный индикатор

В проекте используется простой и удобный светодиодный индикатор. Шкальный индикатор имеет 6 светодиодов, которые указывают различный уровень напряжения:

• Светодиод 6 - 100%
• Светодиод 5 - 80%
• Светодиод 4 - 60%
• Светодиод 3 - 40%
• Светодиод 2 - 20%
• Светодиод 1 - 0%

Светодиод 0% программно связан с минимальным уровнем напряжения.
Светодиод 100% программно связан с максимальным уровнем напряжения.

Шкала отображения между 0% и 100% - линейная. При уровне 0% будет светиться только Светодиод 1, и при 100% будут светиться все светодиоды.

Для сохранения энергии светодиодный индикатор не включен постоянно. Для включения индикатора нужно нажать кнопку, причем через 30 секунд произойдет автоматическое отключение индикатора.

Шаг 2: Напряжение и уровни сигнализации

Для точного измерения напряжения необходимо понизить напряжение аккумулятора. Для этой цели используется делитель напряжения, который понижает напряжение до величины 1.1 В с помощью резисторов номиналом 1 мОм и 82 кОм. Поскольку внутренний источник опорного напряжения АЦП настроен на напряжение 1.1 В, то это позволит сравнивать и измерять максимальное напряжение до 14.45 В.

Необходимо проконтролировать 5 уровней напряжения:

• Максимальный уровень напряжения
• Минимальный уровень напряжения
• 1 уровень сигнализации пониженного напряжения
• 2 уровень сигнализации пониженного напряжения
• 3 уровень сигнализации пониженного напряжения

Вместо использования потенциометров я решил применить необычный метод. С помощью программной процедуры я занес данные об уровнях напряжения и сохранил различные результаты аналогово-цифрового преобразования в память EEPROM.

Светодиоды индикатора отображают программную последовательность. Для включения светодиодов и входа в режим программирования используется только одна кнопка.

Шаг 3: Звуковая сигнализация

Для подачи звукового сигнала используется стандартная пьезопищалка. Система предусматривает три уровня подачи аварийного звукового сигнала:

• Сигнализация 1, подает сигнал один раз в течение нескольких секунд. Данный тип звуковой сигнализации может быть отключен.
• Сигнализация 2, подает сигнал два раза в течение нескольких секунд. Данный тип звуковой сигнализации может быть отключен.
• Сигнализация 3, подает сигнал три раза в течение нескольких секунд. Данный тип звуковой сигнализации не может быть отключен.

Если звуковая сигнализация выключена, то можно активировать функцию автоматического сброса для повторного включения сигнализации, когда батарея полностью заряжена. Я использовал функцию сброса, которая повторно активирует звуковую сигнализацию, если уровень напряжения аккумулятора превышает 60%.

Шаг 4: Минимальное количество кнопок

Все функции выполняются с помощью одной кнопки.

Индикатор

Нажмите кнопку для включения индикатора. Светодиодный индикатор включится и автоматически отключится через 30 секунд.

Сигнализация

Кнопка позволяет отключить звук в режиме Сигнализация 1 и 2.

Программирование

Для входа в режим программирования нажмите и удерживайте кнопку в течение 5 секунд при подаче питания на устройство.

Шаг 5: Низкое энергопотребление

Существует несколько способов снизить энергопотребление устройства:

Индикатор

Светодиодный индикатор не включен постоянно (его можно включить с помощью кнопки, после чего через 30 секунд произойдет автоматическое отключение). В результате этого можно сэкономить 120 мА.

Напряжение питания микроконтроллера

Микроконтроллер ATmega328P работает от напряжения 5 В и потребляет значительно больше, чем от напряжения 3.3 В. Поэтому я оптимизировал напряжение до уровня 3.3 В с помощью понижающего стабилизатора.

Стабилизатор напряжения

Стандартный стабилизатор 7805 потребляет ток около 20 мА. При использовании ИС 78L05, потребляемый ток составляет 3.5 мА. Однако при использовании LP2950 3.3 В потребляемый ток падает до 0.1 мА.

Подбор тактовой частоты

Судя из даташита ATm ega328P ток потребления можно снизить с 10 мА до 1 мА, выбрав внутренний тактовый генератор на 8 МГц, по сравнению со стандартной частотой 16 МГц.

Я выбрал для проекта тактовую частоту 8 МГц для наилучшего соотношения скорость/производительность. Однако для этого необходимо перепрограммировать регистры конфигурации ATm ega328P , используя .

Примечание:
Если вы не хотите менять фьюзы, тогда микроконтроллер будет работать на частоте 16 МГц. Пожалуйста, измените значения delay() и Millis() на фактические значения в мс.

Режим сна

Переводя микроконтроллер AtMega328P в режим сна, вы также сможете сэкономить энергию. В этом режиме большинство микроконтроллеров отключает интерфейсные блоки, что позволяет уменьшить ток потребления до 0.001 мА. Однако в данном режиме микроконтроллер уже не работает, а в нашем случае, не измеряет напряжение.

Сторожевой таймер используется для пробуждения микроконтроллера из режима сна. Настройка таймера на пробуждение микроконтроллера каждый 8 секунд приведет к значительному снижению потребления энергии.

Результаты энергосбережения

При использовании вышеуказанных методик энергопотребление схемы удалось снизить с 80 мА до 0.12 мА, когда устройство находилось в режиме сна. В среднем, схема потребляет 0.28 мА.

Без использования энергосберегающих функций схема разряжает аккумулятор емкостью 7 Ач за, приблизительно, 2.8 дня. При использовании энергосберегающих функций тот же аккумулятор разрядится через 3.5 года.

Шаг 6: Схема

Для разработки печатной платы я использовал бесплатную версию . Все компоненты, за исключением нажимной кнопки, устанавливаются на печатную плату. Сборка устройства не вызывает проблем, за исключением светодиодов. Их необходимо точно расположить на одинаковом расстоянии.

Поскольку для питания схемы выбрано напряжение 3.3 В, некоторые пьезо пищалки, рассчитанные на напряжение 5 В, не работают. Поэтому пищалку нужно подключить к источнику напряжения 12 В и управлять включением через транзистор. Подберите номинал резистора R6 для получения хорошего звука.

Шаг 7: Калибровка устройства

Для калибровки устройства необходимо использовать источник регулируемого напряжения и мультиметр.

Вход в режим калибровки

Нажмите и удерживайте кнопку
- Подключите устройство к источнику электропитания
- Через 5 секунд устройство издаст непрерывный звуковой сигнал
- Отпустите кнопку
- Устройство издаст 6 звуковых сигналов (устанавливается максимальное напряжение)
- При этом загорится самый верхний светодиод
- Устройство перешло в режим калибровки. Для выхода из режима отключите питание без нажатия кнопки.
- Отрегулируйте выход источника питания на максимальное выходное напряжение, отображаемое на светодиодном индикаторе (обычно 12.7 В)
- Нажмите кнопку
- Устройство издаст 5 звуковых сигналов (устанавливается минимальное напряжение)
- При этом загорится самый нижний светодиод
- Отрегулируйте выход источника питания на минимальное выходное напряжение, отображаемое на светодиодном индикаторе (обычно 11.8 В)
- Нажмите кнопку
- Устройство издаст 4 звуковых сигнала (установка сигнала аварии Alarm 1)
- При этом будут гореть 4 нижних светодиода
- Отрегулируйте выход источника питания на уровень напряжения Alarm 1 (обычно 12.4 В)
- Нажмите кнопку
- Устройство издаст 3 звуковых сигнала (установка сигнала аварии Alarm 2)
- При этом будут гореть 3 нижних светодиода
- Отрегулируйте выход источника питания на уровень напряжения Alarm 2 (обычно 12.2 В)
- Нажмите кнопку
- Устройство издаст 2 звуковых сигнала (установка сигнала аварии Alarm 3)
- При этом будут гореть 2 нижних светодиода
- Отрегулируйте выход источника питания на уровень напряжения Alarm 3 (обычно 12.0 В)
- Нажмите кнопку
- Далее устройство издаст 1 звуковой сигнал, который означает конец процедуры калибровки. При этом светодиодный индикатор загорится на 30 секунд.

Все запрограммированные значения хранятся в памяти EEPROM, поэтому калибровка проводится только один раз.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	МК AVR 8-бит	ATmega328P	1			В блокнот
IC2	Линейный регулятор	LP2950-33	1			В блокнот
Q1	Биполярный транзистор	MMBT2222A	1			В блокнот
LED1-LED3	Светодиод	Зеленый	3			В блокнот
LED4	Светодиод	Желтый	1			В блокнот
LED5, LED6	Светодиод	Красный	2			В блокнот
С1, С2	Конденсатор	0.1 мкФ	2			В блокнот
С3, С4	Конденсатор		2			В блокнот
R1	Резистор	1 МОм	1	1%		В блокнот
R2	Резистор

Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.

И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений - от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

Внимание! Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Для предупреждения глубокого разряда необходимо вручную отключить нагрузку либо использовать .

Вариант №1

Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:

Разберем, как она работает.

Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.

Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.

Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.

Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный - чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.

Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.

Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом - переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:

Вариант №2

В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.

Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).

Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:

Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.

Вариант №3

А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:
Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Вариант №4

Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.

При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.

В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.

Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше - тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.

Вариант №5

На трех транзисторах:

Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко - между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации - 3 мА, при выключенном светодиоде - 0.3 мА.

Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:

С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 - разрешено, 0 - запрещено.

Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.

Вариант №6

Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.

Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.

Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:

*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.

Вариант №7

Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector"ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.

Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.

Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.

Вот еще несколько вариантов на выбор:

• на 3.08V: TS809CXD , TCM809TENB713 , MCP103T-315E/TT , CAT809TTBI-G ;
• на 2.93V: MCP102T-300E/TT , TPS3809K33DBVRG4 , TPS3825-33DBVT , CAT811STBI-T3 ;
• серия MN1380 (или 1381, 1382 - они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка "1" в обозначении микросхемы - MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.

Также можно взять советский аналог - КР1171СПхх:

В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:

Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.

Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения - чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:

Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую "моргалку" на двух биполярных транзисторах.

Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:

Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.

Вариант №8

Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:

Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза - коротка вспышка - опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений - в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом - всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.

Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.

Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.

Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы - инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.

Вариант №9

Схема на 74HC04.

Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 - 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.

Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.

Вариант №10

Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914 :

Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.

Подключив 9-ый вывод микросхемы на "землю", можно перевести ее в режим "точка". В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.

В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения , т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.

Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.

Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!

Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:

Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.

Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.

Вариант №11

Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339 .

Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).

Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.

Вариант №12

Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.

Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.

Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.

Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.

Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке .

Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.

Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).

Вариант №13

Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют ), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.

Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.

Внимание!!! Попадаются платы, включающие защиту от переразряда при недопустимо низком напряжении (2.5В и ниже). Поэтому из всех имеющихся у вас плат необходимо отобрать только те экземпляры, которые срабатывают при правильном напряжении (3.0-3.2V).

Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:

Микросборка 8205 - это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.

Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.

Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.

Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.

Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.

Пожалуйста, учитывайте тот факт, что схемы индикаторов разряда сами потребляют энергию аккумулятора! Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, .

Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот - в качестве индикатора заряда.

Устройство представляет собой светодиодный вольтметр (индикатор напряжения) 12В аккумулятора, с применением широко известной микросхемы LM3914 (даташит).

Данное устройство мне было необходимо для того, чтобы я знал когда автомобильный аккумулятор полностью зарядится от зарядного устройства. Т.к. зарядка была старого типа и на ней не было никаких стрелочных или цифровых индикаторов для измерения напряжения.

В качестве светодиодного столбикового индикатора (бара) я выбрал HDSP-4832 с 10 светодиодами трех разных цветов: три красных, четыре желтых и три зеленых.

Для правильной индикации напряжения, нужно определиться с нижним и верхним уровнем измеряемых напряжений, чтобы на индикаторе соответственно при данных уровнях загорались первый и последние светодиоды (полоски).

Для 12В автомобильного аккумулятора, были выбраны следующие диапазоны: первый светодиод загорался при напряжении 10В, а последний при напряжении 13.5В, т.о. шаг индикации напряжения получился 0.35В на один светодиод. Естественно, вы можете установить и другие напряжения, при помощи двух подстроечных резисторов. Это дает возможность использовать данный индикатор для измерения напряжения, например NiCd или NiMH аккумуляторов. Границы напряжения в данном случае устанавливаются в V min = 0.9 * N cells and V max = 1.45 * N cells , где N cells - количество "банок" аккумулятора. Плюс между + и - аккумуляторов должен быть помещен мощный резистор рассчитанный на ток не менее 0.5А для имитации реальной нагрузки.

Микросхема LM3914 может работать в двух режимах: режим "точка" - при котором загорается только один светодиод, и "столбиковый" режим, при котором загорается несколько светодиодов по нарастающей. Данная схема работает в "столбиковом" (bar) режиме, для этого 9 вывод микросхемы подключен к плюсу источника питания.

При работе в режиме bar, соответственно и увеличивается энергопотребление LM3914. Когда все 10 сегментов индикатора горят, то LM3914 потребляет почти в 10 раз больше, чем если бы горел только один светодиод (сегмент). Для предотвращения выгорания м/с LM3914 необходимо следить, чтобы ток светодиодов не превысил максимально допустимый.

Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 1365 мВт. И если предположить, что подводимое максимальное напряжение составит 14.4В, то максимально возможный ток составит I = P/V = 1.365/14.4 = 94.8мА. Т.о. ток, каждого сегмента индикатора не должен превышать 94.8/10=9.5мА. В схеме, сопротивление резистора R3 (4.7 кОм) задает максимальный ток светодиодов. Ток светодиода примерно в 10 раз больше тока, который проходит через данный резистор I R3 = 1.25 / 4700 = 266 мкА. Т.о. ток на каждый светодиод ограничен значением 2.6 мА, что намного меньше допустимого.

Входной каскад: для снятия показаний входного напряжения (и им же питается схема) в схеме применен делитель напряжения 1:2, подсоединенный к выводу 5 микросхемы. Делитель состоит из двух резисторов номиналом 10 кОм и т.о. напряжение, снимаемое с делителя находится в диапазоне от 5В до 6.75В, в то время как входное напряжение будет от 10В до 13.5В. Эти же значения будут использоваться для калибровки LM3914.

Принципиальная схема индикатора

Схема состоит из двух элементов: отдельно схемы контроля и отдельно плата индикатора. Между собой они соединяются при помощи 11-ти контактного разъема.

Основные задающие элементы схемы:
R1 и R2 - делитель напряжения
R3 и R4 - ограничение тока светодиодов и установка верхней границы напряжения
R5 - установка нижней границы напряжения

Про R1, R2 и R3 я рассказывал выше. Теперь разберем R4, который устанавливает верхний порог (вывод 6 м/с):
На выводах микросхемы 6 и 7 необходимо установить напряжение на уровне 6.75В (что является входным напряжением 13.5В после делителя, в том случае, если аккумулятор заряжен полностью). Зная значение тока проходящего через R3, а также прибавив сюда ток "error current" с 8 вывода микросхемы (120мкА), мы можем рассчитать сопротивление R4:
6.75В = 1.25В + R4(120мкА+266мкА) <=>
R4 = (6.75 - 1.25)/(386мкА) <=>
R4 = 14.2кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 22кОм)
С подстроечным резистором 22 кОм мы можем регулировать напряжение на выводе 7 в диапазоне от 1.25В до 9.74В, что дает возможность задавать верхнюю границу напряжения от 2.5В до 19.5В.

Сопротивлением R5 устанавливается нижняя граница напряжения:
Подставив в формулу V O = V I * R B /(R A + R B) следующие значения:
R A = 10 * 1К внутренние резисторы LM3914
R B = R5
V I = верхняя граница напряжения 6.75В
V O = нижняя граница напряжения 5В
получим:
5 = 6.75 * R5/(R5 + 10K)
R5 = 28.5K и больше (мы выбираем подстроечный резистор 100кОм)

Печатная плата

Как уже было сказано выше, устройство состоит из двух компонентов, соответственно используется 2 разных печатных платы. Это дает возможность использовать выносную индикацию, например на панели авто.

В печатной плате получилась только одна перемычка (отмечена красным цветом).

Скачать проект в и печатные платы вы можете ниже

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	LED драйвер	LM3914	1			В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	2.2 мкФ 25 В	1			В блокнот
R1, R2	Резистор	10 кОм	2			В блокнот
R3	Резистор	4.7 кОм	1			В блокнот
R4	Переменный резистор	22 кОм	1			В блокнот
R5	Переменный резистор	100 кОм	1			В блокнот
BAR1	Индикатор	HDSP-4832	10