Wskaźnik niskiego poziomu baterii: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Niektóre urządzenia gospodarstwa domowego zasilane bateriami litowo-jonowymi nie zawierają wskaźnika niskiego poziomu naładowania baterii. W moim przypadku jest to zamiatarka akumulatorowa z jednym akumulatorem 3,7 V. Nie jest łatwo określić dokładną godzinę jej naładowania i podłączenia do gniazdka. Zazwyczaj ładuję zamiatarkę na czas, gdy akumulator jest całkowicie rozładowany, a silnik elektryczny nie pracuje. Taka sytuacja nie jest zbyt komfortowa, zwłaszcza jeśli trzeba natychmiast użyć zamiatarki.

Szukałem prostego rozwiązania, jak wykryć poziom napięcia, przy którym powinno nastąpić ładowanie. W tym artykule opisano prosty wskaźnik niskiego poziomu baterii litowo-jonowej. Zaprojektowany obwód może być zastosowany w dowolnym urządzeniu elektronicznym zasilanym baterią Li-Ion i może pomóc użytkownikowi naładować baterię w odpowiednim czasie. Wskaźnik baterii jest dedykowany dla jednej komórki, ale można go łatwo zmodyfikować na więcej komórek. Wskaźnik może być używany do dowolnej baterii z niewielką modyfikacją obwodu.

Główną zaletą wskaźnika jest bardzo niski pobór prądu, średnio poniżej 10 mikroamperów. Pobór prądu zależy od stanu wskaźnika

Istnieją trzy stany funkcji wskaźnika poziomu:

• Wskaźnik LED świeci w sposób ciągły: akumulator jest w pełni naładowany.
• Wskaźnik LED miga: należy naładować akumulator.
• Wskaźnik LED nie świeci: bateria jest naładowana i urządzenie jest gotowe do użycia

Krok 1: Wprowadzenie Wskaźnik poziomu akumulatora litowo-jonowego

Części:

Wszystkie części można było kupić za mniej niż 5 euro.

Oto lista:

• IC1 MC33164-3P, Obwód wykrywania podnapięcia mikroenergii TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, Timer CMOS, LCSC PN C34608
• Rezystor R1, R2 10K, wszystkie rezystory, kondensatory i drobne elementy LCSC
• Rezystor R3 680K
• Rezystor R4 680
• Kondensator C1 M1
• Kondensator C2 1M
• Kondensator C3 10M
• Dioda D1, D2, D3 1N5819, LCSC PN C2474
• Dioda LED1 led 3mm, czerwona
• Zacisk śrubowy T1

Rezystory mają moc 0,25 W lub mniej, kondensatory 12 V lub więcej.

Narzędzia:

• Lutownica
• Wiertarka bezprzewodowa
• Pistolet na gorący klej

Krok 2: Opis obwodu

Sercem wskaźnika poziomu jest układ scalony MC33164-3P. Szczegółowe informacje dotyczące tego komponentu znajdują się tutaj.

Prosty opis układu: Jest to układ scalony wykrywający napięcie pod napięciem, w trzypinowej plastikowej obudowie, podobny do tranzystora małej mocy. MC33164 jest zaprojektowany jako obwód resetujący dla mikroprocesora w przypadku zaniku zasilania.

Wykrywa napięcie na pinie 2. Porównuje wykryte napięcie z napięciem odniesienia, w naszym przypadku 2,7V. Wynik może być oceniony jako wartość napięcia na pinie 1. Jeśli wykryte napięcie jest mniejsze niż 2,7V, wyjście jest niskie i bliskie 0V. Jeśli napięcie wejściowe przekracza 2,7V, prezentowana wartość na pinie 1 wynosi około 3V lub więcej.

Typowa wartość odniesienia dla MC33164-3P (3 po myślniku oznacza 3V), wynosi 2,71V. Dokładnie na tej wartości zmienia się wartość wyjściowa. (Nie uwzględniaj histerezy.) Napięcia dla jednoogniwowego akumulatora Li-Ion wynoszą: maksymalne napięcie to 4,2V, typowe napięcie 3,7V, a minimalne napięcie to od 2,8 do 3V, załóżmy 2,9V. Minimalne napięcie jest obecne na końcu cyklu rozładowania i ten poziom napięcia powinien aktywować nasz wskaźnik niskiego poziomu.

Napięcie odniesienia dla MC33164 jest zbyt niskie w porównaniu z naszymi wymaganiami. Istnieją 2 sposoby na obniżenie napięcia. Pierwszym i najprostszym jest dzielnik napięcia. Ale dzielnik zużywa dodatkowy prąd. Drugim rozwiązaniem jest mniejsze zużycie prądu, polegające na szeregowym zastosowaniu niektórych podzespołów w celu obniżenia napięcia z 2,9V do 2,7V. Diody są komponentami o pewnym spadku napięcia w kierunku przewodzenia iz powodzeniem mogą być stosowane. Ze względu na bardzo niski prąd, najlepszy typ diody jaki wybrałem testami.

Funkcją R1, D1, D2, D3 jest zmniejszenie napięcia wejściowego. Zworka J1 może wyeliminować ostatni spadek napięcia diody, a napięcie wejściowe może zostać nieznacznie obniżone. Wyjście IC1 jest podawane do timera IC2. Jego aktywna wartość jest niska, a funkcją jest włączenie timera. Niestety, na IC2 nie ma żadnego pinu wejściowego, który pozwala na włączenie tego IC bez żadnego obwodu odwracającego.

Zdecydowałem się włączyć timer ICM7555, stosując wyjście IC1 jako napięcie ujemne do pinu 1 IC2. Komponenty C2, R3 określają okres timera, ustawiany jest na około 2 sekundy. Rezystor R4 ogranicza prąd dla wskazania diody LED1. Badane napięcie z akumulatora jest podłączone do zacisku z pinami 1 (plus) i 2 (minus). Zalecane wartości dla R2, C1 znajdują się w karcie katalogowej.

Timer ICM7555 jest odpowiednikiem CMOS 555. Jego zaletą jest napięcie pracy od 2,5V oraz bardzo niski pobór prądu. Na drugim zdjęciu jest bardzo prosty obwód jako monitor napięcia zalecany przez arkusz danych. Ten schemat również mógłby zostać wykorzystany, ale użycie ICM7555 jest zaletą, ponieważ niski poziom napięcia wskazywany przez miganie diody LED jest bardziej zauważalny.

Krok 3: Budowa

Części lutowane są na jednym kawałku płytki prototypowej o wymiarach 20x35mm. Na zewnątrz płytki znajduje się dioda LED, którą można zamontować w widocznym miejscu. Monitorowany akumulator Li-Ion jest podłączony poprzez blok zacisków śrubowych. Płytka jest na tyle mała, że można ją włożyć do dowolnego urządzenia.

Podłączenie wewnątrz urządzenia jest proste: wystarczy podłączyć przewody od listwy zaciskowej do akumulatora, wywiercić otwór na diodę LED i naprawić. Przewody można podłączyć bezpośrednio do biegunów akumulatora na uchwycie akumulatora. W tym przypadku prąd pobierany jest niezależnie w stosunku do położenia przełącznika, a wskaźnik cały czas pracuje.

W moim przypadku podłączyłem wskaźnik niskiego poziomu po wyłączniku głównym (niskiego napięcia). Ze względu na płytkę ładowarki wewnątrz urządzenia, która jest podłączona osobno do przełącznika i osobno do akumulatora, miejsce podłączenia "za przełącznikiem" jest niejasne. Stosuję proste rozwiązanie, podłączam wskaźnik bezpośrednio do obciążenia, silnika prądu stałego.

Płytka prototypowa wymaga więcej czasu na połączenie wszystkich elementów przewodami. Aby zaoszczędzić ten czas, zaprojektowałem płytkę PCB o wymiarach 20x40mm z elementami przewlekanymi. PCB zawiera tylko jedną warstwę. Używanie komponentów SMD może zmniejszyć rozmiar płytki. Nie wykonałem tego projektu z powodu bardziej skomplikowanego lutowania i manipulacji bardzo małymi częściami. W załączeniu pliki Gerber do produkcji PCB.

Krok 4: Wniosek

Opisany wskaźnik niskiego poziomu baterii może być stosowany do dowolnej baterii o napięciu powyżej 2,5V. W takim przypadku pomiń diody D1, D2 i D3 i dodaj jeden rezystor R5 jako część dzielnika napięcia do R1. Wartość R1 zależy od wykrytego poziomu napięcia U i może być obliczona ze wzoru:

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

Konstrukcja wykonana jest na małej płytce drukowanej z elementami przewlekanymi. Jeśli masz na stanie jakieś części SMD, polecam zastosować komponenty SMD.

Rozmiar tablicy mógłby być mniejszy, a konstrukcja pozwala na ćwiczenie przy użyciu elementów SMD.

Dziękuję za przeczytanie i życzę miłego czasu przy budowie.