Индикатор разряда аккумулятора на TL431. Индикатор разряда аккумулятора шуруповерта на TL431 Уровень срабатывания сигнализатора

Решил сегодня выложить еще одну статью. Опять таки не претендую на "открытие", поскольку все велосипеды изобретены уже давно! Просто однажды мы собирались на полёты, индикаторов разряда батерей в наличии не было вообще никаких, поэтому пришлось срочно придумывать и срочно делать девайсы, чтобы не загубить аккумуляторы. Да, устройства простенькие, в нех нет пищалки. Но супер яркие светодиоды хорошо видны даже в солнечный день и поэтому за сохранность аккумуляторов мы были спокойны. Я согласен, что девайсы получились простейшие, на уровне 80х годов. Тем не менее
с поставленой задачей они успешно справляются! Глядишь, кому то пригодятся!

Индикатор разряда Li Po аккумуляторов.

Известно, что Li Po аккумуляторам противопоказан разряд ниже 3,2 Вольт на банку. Разряд ниже этой величины приводит к скорому выходу аккумулятора из строя. Поэтому контроль напряжения предельного разряда каждой банки аккумулятора крайне желателен. Отсечка
двигателя регулятором скорости не может гарантировать своевременное отключение
аккумулятора. Поэтому имеет смысл применить дополнительную защиту, в качестве которой может использоваться светодиодный индикатор разряда аккумулятора.

В данной схеме в качестве компаратора применен прецизионный регулируемый стабилитрон TL431. Порог выставляется делителем напряжения в цепи УЭ (управляющего электрода) 15 ком (нижний по схеме резистор) и 4,3 ком (верхний резистор).
При этом соотношении резисторов срабатывание стабилитрона TL431 происходит при напря
жении банки 3,2 Вольт. Когда напряжение на аккумуляторе находится в пределах 3,2….4,2 В,
стабилитрон TL431 открыт, падения напряжения на нем недостаточно для работы светодиода и он погашен. Когда напряжение аккумулятора достигает 3,2 В, стабилитрон закрывается, а светодиод загорается от тока, протекающего через резистор 2 ком.

Индикатор состоит из трех одинаковых ячеек, что позволяет побаночно контролировать 1S, 2S и 3S аккумуляторы. При добавлении еще одной - двух ячеек, можно контролировать 4S и 5S
аккумуляторы. Светодиоды я использовал синие суперяркие, они, как мне кажется, наиболее
заметны днем. От звуковой сигнализации я отказался, поскольку звук слышно сравнительно недалеко, а увеличивать габариты и вес не хотел. Вполне достаточно светодиодов, тем более,
что после посадки модель все равно берешь в руки и незаметить включение светодиода просто
невозможно!

Штырьковые контакты я взял от негодной платы электроники винчестера с IDE интерфейсом.
Вставляются они, конечно, в балансирный разъем аккумулятора. Балансирные разъемы я
вывожу наружу из корпуса модели для зарядки аккумулятора без его извлечения из модели.
Закрепляю платку Индикатора на корпусе модели скотчем. Потом можно легко переставить
на другую модель.

Настройка. Настройку делаем каждой ячейки по очереди! Для настройки нужно три обычные батарейки по 1,5 Вольта, соединенные последовательно, переменный резистор 470 Ом и цифровой мультиметр. Переменный резистор 470 Ом включаем реостатом последовательно с плюсовым проводом батарейки. Таким образом получим источник напряжения 4,5 В.
Берем 2х контактный подходящий по шагу разъем и припаиваем к нему только два провода
от батарейки “ - ” и “ + ” . Как говорилось выше, “ + ” проходит через переменный резистор. Переменный резистор ставим в положение, соответствующее минимальному сопротивлению и подключаем разъем к соответствующим контактам нижней (или верхней) ячейки. Поскольку резистор установлен в положении минимального сопротивления, к ячейке приложено полное напряжение 4,5 В и светодиод гореть не должен. Затем разъем по очереди подключаем к двум другим ячейкам и убеждаемся, что все светодиоды погашены.
Затем плавно увеличиваем сопротивления переменного резистора, контролируя при этом
мультиметром напряжение на выходе резистора относительно минусового провода. При увеличении сопротивления резистора напряжение, подводимое к ячейке, начнет плавно уменьшаться и при достижении 3,18…..3,2 Вольт должен загореться светодиод. При уменьшении сопротивления резистора, т. е. при возрастании подводимого к ячейке напряжения выше 3,2 В, светодиод снова погаснет. Таким образом, переставляя разъем по очереди на соответствующие контакты, проверяем все ячейки. Порог включения можно изменять
подбором резистора 4,3 ком. При этом его можно составить из 2х резисторов, например

если поставить 2 ком + 2 ком = 4 ком (порог включения 3,14 В) , а 3,3 ком + 1 ком = 4,3 ком
(порог включения 3,18 В) У меня резистор 4,3 ком составлен из двух (3,3 ком + 1 ком) , что видно на фотографиях. Размеры печатной платы 3х ячеечного Индикатора 30 х 30 мм.
Регулируемый стабилитрон TL431 - широко распространенная деталь и продается в радиомагазинах. Кроме того, они используются практически в любом импульсном блоке питания (адаптере) для управления оптроном защиты.
Сделал несколько штук, работают нормально, обеспечивают своевременную индикацию.
Поэтому рекомендую для повторения авиамоделистами - радиолюбителями!

Общий вид.




Принципиальная схема.

Монтажка

Вид со стороны деталей. Размер платы 30 х 30 мм.

Вид со стороны дорожек. Размер платы 30 х 30 мм.

Светодиоды любые супер яркие, синего свечения. Синие лучше всего заметны в солнечный день.

Как же плотно вошли в нашу жизнь Li-ion аккумуляторы. То, что они применяются почти во все микропроцессорной электронике это уже норма. Так и радиолюбители уже давно взяли их себе на вооружение и используют в своих самоделках. Способствую этому значительные плюсы Li-ion аккумуляторов, такие как небольшой размер, большая емкость, большой выбор исполнений различных ёмкостей и форм.

Самый распространенный аккумулятор имеет марку 18650 его напряжение составляет 3,7 В. Для которого я у буду делать индикатор разряда.
Наверное, не стоит рассказывать, как вредна для аккумуляторов кране низкая их разрядка. Причем для аккумуляторов всех разновидностей. Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей продлит их жизнь в несколько раз и сэкономит ваши деньги.
Схема индикатора зарядки


Схема довольно универсально и может работать в диапазоне 3-15 вольт. Порог срабатывания можно настроить переменным резистором. Так что устройство можно использовать почти для любых аккумуляторов, будь то кислотные, никелево-кадмиевые (nicd) или литий-ионные (Li-ion).
Схема отслеживает напряжение и как только оно упадет ниже заданного уровня – загорится светодиод, сигнализируя о низкой разрядке батареи.
В схеме используется регулируемый стабилитрон TL431 (ссылка где брал). Вообще этот стабилитрон является очень интересным радиоэлементом, который может существенно облегчить жизнь радиолюбителям, при построении схем, завязанных на стабилизации или пороговом срабатывании. Так что берите его на вооружение, особенно при постройке блоков питания, схем стабилизации токов и т.п.
Транзистор можно заменить любым другим NPN структуры, отечественный аналог КТ315, КТ3102.
R2- регулирует яркость светодиода.
R1 – переменный резистор номиналом от 50 до 150 Ом.
Номинал R3 можно прибавить до 20-30 Ом для экономии энергии, если использован транзистор с высоким коэффициентом передачи.
Если у вас не окажется регулируемого стабилизатора TL431, то можно использовать проверенную советскую схему на двух транзисторах.


Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Вместо них можно запаять один переменный, чтобы дать возможность регулировки и уменьшить количество элементов. Советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).


Схему можно собрать на плате или навесным монтажом. Одеть термоусадочную трубку и обдуть термофеном. Приклеить на двухсторонний скотч к тыльной стороне корпуса. Я лично установил данную плату в шуруповерт и теперь не до вожу его аккумуляторы до критического разряда.
Так же параллельно резистору со светодиодом можно подключить зуммер (пищалку) и тогда вы точно будете знать о критических порогах.

Вам может понравиться:

• Автономная gsm сигнализация из мобильного телефона…

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.

Стабилитрон работает таким образом, что начинает проводить ток при превышении на нем определенного напряжения, порог которого мы можем установить с помощью 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 .

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.

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.

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:

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.

Интегральный стабилизатор TL431 и его российский аналог К142ЕН19, является регулируемым стабилитроном, и применяется в основном в блоках питания. Но возможности микросхемы этим не ограничиваются.

На рис. 1 показана функциональная схема TL431.

Регулируемый стабилитрон на микросхеме TL431 может найти применение в схемах простых и полезных световых индикаторах и сигнализаторах. С помощью подобных на микросхеме TL431 можно отслеживать много различных параметров, например: уровень воды в емкости, температуру и влажность, освещённость и др.

Схема сигнализатора превышения напряжения на микросхеме TL431 представлена на рис. 2.

Работа сигнализатора превышения напряжения основана на том, что при напряжении на управляющем электроде стабилитрона DA1 (вывод 1) менее 2,5 В стабилитрон закрыт, через него протекает лишь небольшой ток, порядка 0,3 – 0,4 мА. Этого тока достаточно только для очень слабого свечения светодиода HL1. Для устранения этого недостатка, при необходимости, параллельно светодиоду подключить резистор сопротивлением порядка 2-3 кОм.

Напряжение на управляющем электроде, при котором загорается светодиод HL1, задается делителем R1, R2.

При достижении напряжения на выводе 1 микросхемы TL431 более 2,5 В, стабилитрон откроется и засветится светодиод HL1. Необходимое ограничение тока через светодиод HL1 и стабилитрон DA1 обеспечивает резистор R3. Сопротивление резистора R3 рассчитывается на прямой ток через светодиод в пределах 5 – 15 мА.

Для более точной настройки порога срабатывания устройства, вместо резистора R2 установить подстроечный, номиналом в полтора раза больше, расчётного. По окончании настойки, его можно заменить постоянным резистором.

Если требуется контролировать несколько уровней напряжения, например напряжение автомобильного аккумулятора, или других источников, напряжением от 4 до 36 В (36 В – предельное напряжение). В этом случае потребуются два, три или более таких сигнализаторов, каждый из которых настроен на свое напряжение. Таким способом можно целую линейку индикаторов линейной шкалы.

Индикатор пониженного напряжения на микросхеме TL431 показан на рис. 3.

Отличие схемы на рис. 3 от предыдущей на рис. 2, только в способе подключения светодиода HL1. Такое включение называется инверсным, т. к. светодиод зажигается в том случае, когда микросхема закрыта. контролируемое напряжение превышает порог, установленный делителем R1 R2, микросхема открыта, и ток протекает через резистор R3 и выводы 3-2 (катод-анод) микросхемы.

На открытом переходе 3-2 микросхемы присутствует падение напряжения порядка 2 В, которого не достаточно для зажигания светодиода. Чтобы светодиод гарантированно не зажегся, последовательно с ним установлены два диода VD1, VD2. напряжение зажигания светодиодов превышает 2,2 В, то установка этих диодов может не понадобиться, а вместо диодов VD1, VD2 устанавливаются перемычки.

Когда контролируемое напряжение станет меньше установленного делителем R1, R2, микросхема закроется, напряжение на ее выходе будет намного больше 2 В, светодиод HL1 будет светиться.

Объединив схемы на рис. 2 и рис. 3 можно настроить индикацию предельных режимов работы любых напряжением 6, 12 или 24 вольта, или других источников постоянного напряжения.

Если требуется контролировать только изменение напряжения индикатор можно собрать по схеме, представленной на рис. 4.

В этом схеме индикатора применен двухцветный светодиод HL1. контролируемое напряжение, заданное резистором R2 превышает пороговое значение - светится красный светодиод, а напряжение понижено, то горит зеленый.

Когда контролируемое напряжение находится вблизи заданного порога (примерно ±0,05 - 0,1 В) погашены оба индикатора, так как передаточная характеристика стабилитрона имеет определенную крутизну.

На микросхеме TL431 возможно устройства, следящие за изменением какой-либо физической величины.

Для этого резистор R2 можно заменить датчиком, изменяющим сопротивление под действием окружающей среды. Подобное показано на рис. 5.

Условно на одной схеме показано сразу несколько датчиков. подключить фототранзистор, то получится фотореле. Пока освещенность большая, фототранзистор открыт, и его сопротивление невелико. Поэтому напряжение на управляющем выводе DA1 меньше порогового, вследствие этого светодиод не светит. Настройка порога срабатывания устройства производится в этом случае резистором R1, а конденсатор С1, совместно с резистором R3, служит фильтром для защиты от наводок на провода, соединяющие датчик с остальной схемой.

По мере снижения освещенности сопротивление фототранзистора увеличивается, что приводит к возрастанию напряжения на управляющем выводе DA1. Когда это напряжение превысит пороговое (2,5 В), стабилитрон открывается и зажигается светодиод.

Если вместо фототранзистора к входу устройства подключить терморезистор, например серии ММТ, получится индикатор температуры: при понижении температуры светодиод будет загораться.

Эту же схему можно применить в качестве датчика влажности, например, земли. Для этого вместо терморезистора или фототранзистора следует подключить электроды из нержавеющей стали, которые на некотором расстоянии друг от друга воткнуть в землю. При высыхании земли до уровня, определенного при настройке, светодиод зажжется.

Если в схеме на рис. 5 вместо цепочки со светодиодом HL1 и резистором R3 включить реле, то его контактами можно управлять мощными нагрузками, например: лампы уличного освещения, электронасосы и т.д.

На микросхеме TL431 возможно собрать и звуковой индикатор. Схема такого индикатора представлена на рис. 6.

Для контроля уровня жидкости, например, воды в ванне, к схеме подключается датчик из двух нержавеющих пластин, которые расположены на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим. Поэтому возникает автогенерация на резонансной частоте пьезокерамического излучателя НА1, на которой и зазвучит звуковой сигнал.

В качестве излучателя можно применить излучатель с тремя выводами типа ЗП-З, или другой из дешёвых телефонных аппаратов китайского производства. Питание устройства производится от напряжения 5 - 12 В. Это позволяет питать его даже от гальванических батарей, что делает возможным использование его в разных местах, в том числе и в ванной.

Примечание:

При замене микросхемы TL431 на К142ЕН19 питающее напряжение не должно быть больше 30 вольт.

TL431 — трехногая микросхема, которую часто называют «управляемым стабилитроном», ведь с ее помощью можно получать любое напряжение в диапазоне 2,5…36 вольт. Кроме того, ее можно использовать как компаратор на напряжение 2,5 вольта:

— если на входе меньше, чем 2,5 вольта — ток через выходной транзистор микросхемы не идет;
— если на входе больше, чем 2,5 вольта — транзистор открыт, и ток идет через него.

Очень похоже на транзистор в ключевом режиме, не? И даже нагрузку — те же индикаторные светодиоды — можно включать точно так же, как в транзисторный ключ.

Готовая схема на 7 вольт (для двух последовательно соединенных Li-ion батарей, где 8,4 вольта при полном заряде); для повышения точности R2 можно сделать из постоянного на 47k и подстроечного на 10k . Вывод 1, проводя аналогию с n-p-n транзистором — «база», вывод 2 — «эмиттер», вывод 3 — «коллектор» (условно, конечно, стабилитрон — не транзистор). Пока на «базе» напряжение выше, чем 2,5 вольта — микросхема открыта, и ток идет через нее. По мере разряда батареи напряжение снижается, и как только с делителя пойдет меньше, чем 2,5 вольта — транзистор микросхемы закроется, и ток пойдет через светодиод.

При желании можно собрать эту же схему на резисторах 10k и 5k6 — она будет работать, но станет чуть более прожорливой. Так что для экономии лучше взять резисторы побольше номиналом. Повторюсь: индикатор разряда батареи не должен сильно ее разряжать .

R3 задает ток через светодиод-нагрузку и выходной транзистор микросхемы. Подбирается хотя бы и по желаемой яркости свечения.

Красным светодиодам для включения надо маленькое напряжение (начиная с 1,5 В), так что они могут светиться даже тогда, когда TL431 , по идее, открыта и шунтирует их. Решение — последовательно поставить второй светодиод или диод 1N4007. Или использовать светодиоды с более высоким напряжением включения — зеленые, синие, белые.