Obwód ochrony akumulatora 2-ogniwowego NiMH: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Jeśli tu przyjechałeś, prawdopodobnie wiesz, dlaczego. Jeśli wszystko, co chcesz zobaczyć, to szybkie rozwiązanie, przejdź od razu do kroku 4, który szczegółowo opisuje obwód, z którego sam korzystałem. Ale jeśli nie jesteś do końca pewien, czy naprawdę chcesz tego rozwiązania, czy czegoś innego, jesteś ciekawy w tle, czy po prostu lubisz odwiedzać ciekawe miejsca podczas mojej podróży prób i błędów, oto rozbudowana wersja:

Problem

Masz projekt elektroniczny, który chcesz zasilać za pomocą akumulatorów. LiPo to technologia akumulatorowa du jour, ale baterie litowe wciąż przynoszą złe nawyki, takie jak brak standardowej obudowy gotowej do supermarketu, wymagające specjalnych ładowarek (po jednej dla każdego współczynnika kształtu) i zachowujące się jak prawdziwe królowe dramatu, gdy są źle traktowane (zapalanie się)., i takie tam). W przeciwieństwie do tego, akumulatory NiMH są dostępne w standardowych rozmiarach od AA do AAA do wszystkiego, co oznacza, że możesz używać tych samych baterii do aparatu cyfrowego, latarki, zabawkowego samochodu RC i elektroniki do majsterkowania. W rzeczywistości prawdopodobnie i tak masz ich kilka. Są również znacznie mniej znani z powodowania kłopotów, z wyjątkiem jednej rzeczy, której naprawdę nie lubią, jest „głębokie rozładowywanie”.

Ten problem staje się znacznie poważniejszy, jeśli używasz konwertera "step up buck", aby zwiększyć napięcie wejściowe - powiedzmy do 5 V do zasilania arduino. Podczas gdy twój samochód RC będzie poruszał się wolniej i wolniej, gdy twoje baterie są rozładowane, konwerter buck będzie starał się utrzymać stałe napięcie wyjściowe, nawet gdy napięcie wejściowe spada, więc możesz wyssać ostatnie kilka elektronów z baterii, bez widocznych oznak kłopotów.

Więc kiedy musisz przestać się rozładowywać?

W pełni naładowane ogniwo NiMH ma typowe napięcie około 1,3V (do 1,4V). Przez większość swojego cyklu pracy będzie dostarczać około 1,2 V (napięcie nominalne), powoli spadając. W pobliżu wyczerpania spadek napięcia stanie się dość stromy. Powszechnie spotykanym zaleceniem jest zaprzestanie rozładowywania gdzieś pomiędzy 0,8V a 1V, w którym to momencie większość ładunku i tak zostanie zużyta (z wieloma czynnikami wpływającymi na dokładne liczby - nie będę wdawał się w szczegóły).

Jednakże, jeśli naprawdę chcesz przesuwać granice, sytuacja, na którą powinieneś uważać, to wyczerpanie baterii poniżej 0 V, w którym to momencie ulegnie ona poważnym uszkodzeniom (Uwaga: Pamiętaj, że omawiam tutaj ogniwa NiMH; dla stałych LiPos uszkodzenia zaczną się znacznie wcześniej!). Jak to się w ogóle może stać? Cóż, gdy masz kilka ogniw NiMH z rzędu, jeden z akumulatorów może nadal mieć napięcie znamionowe, podczas gdy inny jest już całkowicie rozładowany. Teraz napięcie dobrego ogniwa będzie nadal przepychać prąd przez twój obwód - i przez puste ogniwo, zubożając go poniżej 0V. Ta sytuacja jest łatwiejsza niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka: Pamiętaj, że spadek napięcia staje się znacznie bardziej stromy pod koniec cyklu rozładowania. Tak więc nawet stosunkowo niewielkie początkowe różnice między twoimi ogniwami mogą prowadzić do bardzo różnych napięć pozostałych po rozładowaniu. Teraz ten problem staje się bardziej wyraźny, im więcej komórek umieścisz w serii. W przypadku omówionych tutaj dwóch ogniw nadal stosunkowo bezpiecznie byłoby rozładować się do łącznego napięcia około 1,3V, co odpowiadałoby jednemu akumulatorowi przy 0V, a drugiemu przy 1,3V w najgorszym przypadku. Nie ma jednak sensu schodzić tak nisko (a jak zobaczymy, byłoby to nawet trudne do osiągnięcia). Jednak jako górna granica zatrzymanie w dowolnym miejscu powyżej 2V wydaje się marnotrawstwem (chociaż AFAIU, w przeciwieństwie do akumulatorów NiCd, częste częściowe wyładowania nie stanowią problemu dla akumulatorów NiMH). Większość układów, które przedstawię, będzie dążyć nieco poniżej tej wartości, do około 1,8 V jako odcięcie.

Dlaczego po prostu nie skorzystać z samodzielnego rozwiązania?

Ponieważ wydaje się, że to nie istnieje! Rozwiązania są obfite dla większej liczby komórek. Przy trzech ogniwach NiMH możesz zacząć używać standardowych obwodów zabezpieczających LiPo, a poza tym opcje stają się coraz szersze. Ale odcięcie niskiego napięcia na poziomie 2 V lub poniżej? Ja dla jednego nie mogłem znaleźć.

Co mam zamiar zaprezentować

Teraz, nie obawiaj się, przedstawię ci nie jeden, ale cztery stosunkowo łatwe obwody do osiągnięcia właśnie tego (po jednym na każdym „kroku” tej instrukcji) i omówię je szczegółowo, abyś wiedział jak i dlaczego je modyfikować, jeśli czujesz taką potrzebę. Cóż, szczerze mówiąc nie polecam używania mojego pierwszego układu, który zamieszczam po prostu dla zilustrowania podstawowej idei. Obwody 2 i 3 działają, ale wymagają kilku elementów więcej niż obwód 4, którego sam używałem. Ponownie, jeśli masz dość teorii, po prostu przejdź do kroku 4.

Krok 1: Podstawowa idea (ten obwód nie jest zalecany!)

Zacznijmy od podstawowego obwodu powyżej. Nie polecam go używać, a później omówimy dlaczego, ale idealnie jest zilustrować podstawowe idee i omówić główne elementy, które znajdziesz również w lepszych obwodach, w dalszej części tej instrukcji. BTW, możesz również obejrzeć ten tor w pełnej symulacji w świetnym symulatorze online autorstwa Paula Falstada i Iaina Sharpa. Jeden z nielicznych, który nie wymaga rejestracji w celu zapisywania i udostępniania swojej pracy. Nie martw się o linie zasięgu na dole, ale wyjaśnię te pod koniec tego „kroku”.

Ok, więc aby chronić akumulatory przed nadmiernym rozładowaniem, potrzebujesz a) sposobu na odłączenie obciążenia i b) sposobu na wykrycie, kiedy jest na to czas, tj. kiedy napięcie za bardzo spadło.

Jak włączać i wyłączać obciążenie (T1, R1)?

Począwszy od pierwszego, najbardziej oczywistym rozwiązaniem będzie zastosowanie tranzystora (T1). Ale jaki typ wybrać? Ważnymi właściwościami tego tranzystora są:

1. Powinien tolerować prąd wystarczający do twojej aplikacji. Jeśli potrzebujesz ogólnej ochrony, prawdopodobnie będziesz chciał obsługiwać co najmniej 500 mA i więcej.
2. Powinien zapewniać bardzo niską rezystancję po włączeniu, aby nie ukraść zbyt dużego napięcia / mocy z już niskiego napięcia zasilania.
3. Powinien być przełączalny z napięciem jakie masz, czyli coś nieco poniżej 2V.

Punkt 3 powyżej wydaje się sugerować tranzystor BJT ("klasyczny"), ale wiąże się z tym prosty dylemat: Po umieszczeniu obciążenia po stronie emitera, tak aby prąd bazowy był dostępny dla obciążenia, skutecznie obniżysz dostępne napięcie o „spadek napięcia Base-Emitter”. Zazwyczaj jest to około 0,6V. Zabronione dużo, jeśli chodzi o całkowite zasilanie 2V. W przeciwieństwie do tego, umieszczając obciążenie po stronie kolektora, „marnujesz” cały prąd przepływający przez podstawę. To nie jest duży problem w większości przypadków użycia, ponieważ prąd bazy będzie tylko rzędu setnej wartości prądu kolektora (w zależności od typu tranzystora). Ale przy projektowaniu dla nieznanego lub zmiennego obciążenia oznacza to trwałe zmarnowanie 1% oczekiwanego maksymalnego obciążenia. Nie za dobrze.

Biorąc więc pod uwagę tranzystory MOSFET, te wyróżniają się w punktach 1 i 2 powyżej, ale większość typów wymaga znacznie więcej niż 2 V napięcia bramki do pełnego włączenia. Zwróć uwagę, że „napięcie progowe” (V-GS-(th)) nieco poniżej 2V nie wystarczy. Chcesz, aby tranzystor był daleko w regionie przy 2V. Na szczęście dostępne są pewne odpowiednie typy, z najniższymi napięciami bramki typowymi dla tranzystorów MOSFET z kanałem P (odpowiednik tranzystora PNP w tranzystorach FET). I nadal twój wybór typów będzie poważnie ograniczony i przepraszam, że muszę ci to ujawnić, jedyne odpowiednie typy, jakie mogłem znaleźć, to wszystkie w opakowaniach SMD. Aby pomóc Ci przejść przez ten szok, spójrz na arkusz danych dla IRLML6401 i powiedz mi, że nie jesteś pod wrażeniem tych specyfikacji! IRLML6401 jest również modelem, który jest bardzo szeroko dostępny w momencie pisania tego tekstu i nie powinien kosztować Cię więcej niż około 20 centów za sztukę (mniej przy zakupie hurtowym lub z Chin). Więc z pewnością możesz sobie pozwolić na usmażenie kilku z nich - choć wszystkie moje przetrwały pomimo tego, że jestem początkującym w lutowaniu SMD. Przy 1,8V na bramce ma rezystancję 0,125 Ohm. Wystarczająco dobry, aby jechać rzędu 500mA, bez przegrzewania (i wyżej, z odpowiednim radiatorem).

W porządku, więc IRLML6401 jest tym, czego użyjemy dla T1 w tym i wszystkich następnych obwodach. R1 jest po prostu po to, aby domyślnie podnieść napięcie bramki (odpowiada to odłączonemu obciążeniu; pamiętaj, że jest to FET kanału P).

Czego jeszcze potrzebujemy?

Jak wykryć niskie napięcie baterii?

Aby osiągnąć w większości zdefiniowane odcięcie napięcia, niewłaściwie używamy czerwonej diody LED jako stosunkowo ostrego napięcia odniesienia około 1,4V. Jeśli posiadasz diodę Zenera o odpowiednim napięciu, byłoby to znacznie lepsze, ale dioda LED nadal wydaje się zapewniać bardziej stabilne napięcie odniesienia niż dwie zwykłe diody krzemowe połączone szeregowo. R2 i R3 służą do a) ograniczenia prądu płynącego przez diodę LED (zwróć uwagę, że nie chcemy wytwarzać żadnego dostrzegalnego światła) oraz b) nieco bardziej obniży napięcie u podstawy T2. Możesz zastąpić R2 i R3 potencjometrem dla nieco regulowanego napięcia odcięcia. Teraz, jeśli napięcie docierające do bazy T2 wynosi około 0,5 V lub więcej (wystarczające do pokonania spadku napięcia baza-emiter T2), T2 zacznie przewodzić, przesuwając bramkę T1 do niskiego poziomu, a tym samym podłączając obciążenie. BTW, T2 można założyć, że są odmianą ogrodową: jakikolwiek tranzystor NPN o małym sygnale pozostanie w twoim zestawie narzędzi, chociaż preferowane będzie wysokie wzmocnienie (hFe).

Możesz się zastanawiać, dlaczego w ogóle potrzebujemy T2 i nie podłączaj naszego prowizorycznego napięcia odniesienia między masą a pinem bramki T1. Cóż, powód tego jest dość ważny: chcemy jak najszybciej przełączać się między włączaniem i wyłączaniem, ponieważ chcemy uniknąć przebywania T1 w stanie „pół włączenia” przez dłuższy czas. Gdy T1 jest włączony do połowy, będzie działał jak rezystor, co oznacza, że napięcie między źródłem a drenem spadnie, ale prąd nadal płynie, a to oznacza, że T1 będzie się nagrzewać. Ile będzie się nagrzewać, zależy od impedancji obciążenia. Jeśli - na przykład jest to 200 omów, to przy 2 V popłynie 10 mA, podczas gdy T1 jest w pełni włączony. Teraz najgorszym stanem jest to, że rezystancja T1 dorównuje 200 Ohmom, co oznacza, że 1V spadnie ponad T1, prąd spadnie do 5mA, a 5mW mocy będzie musiało zostać rozproszone. Słusznie. Ale przy obciążeniu 2 Ohm T1 będzie musiał rozproszyć 500 mW, a to dużo jak na tak małe urządzenie. (Właściwie jest to zgodne ze specyfikacją IRLML6401, ale tylko z odpowiednim radiatorem i powodzenia w projektowaniu). W tym kontekście należy pamiętać, że jeśli konwerter podwyższający napięcie jest podłączony jako główne obciążenie, zwiększy prąd wejściowy w odpowiedzi na spadające napięcie wejściowe, pomnażając w ten sposób nasze problemy termiczne.

Zabierz do domu wiadomość: Chcemy, aby przejście między włączaniem i wyłączaniem było jak najostrzejsze. O to właśnie chodzi w T2: Wyostrzenie przejścia. Ale czy T2 jest wystarczająco dobre?

Dlaczego ten obwód go nie przecina?

Rzućmy okiem na linie oscyloskopu pokazane na dole symulacji obwodu 1. Być może zauważyłeś, że w miejscu naszych baterii umieściłem generator trójkąta od 0 do 2,8 V. Jest to po prostu wygodny sposób na zobrazowanie tego, co się dzieje, gdy napięcie baterii (górna zielona linia) się zmienia. Jak pokazuje żółta linia, praktycznie nie płynie prąd, gdy napięcie jest poniżej około 1,9V. Dobry. Obszar przejściowy między około 1,93 V a 1,9 V wydaje się na pierwszy rzut oka stromy, ale biorąc pod uwagę, że mówimy o powolnym rozładowywaniu akumulatora, te 0,3 V nadal odpowiadają dużej ilości czasu spędzonego w stanie przejścia od pełnego włączenia do całkowitego wyłączenia. (Zielona linia na dole pokazuje napięcie na bramce T1).

Jednak co gorsza w tym obwodzie, to to, że po odcięciu nawet nieznaczne przywrócenie napięcia akumulatora spowoduje powrót obwodu do stanu połowy. Biorąc pod uwagę, że napięcie akumulatora ma tendencję do niewielkiego powrotu do normalnego stanu, gdy obciążenie zostanie odcięte, oznacza to, że nasz obwód będzie utrzymywał się w stanie przejściowym przez długi czas (podczas którego obwód obciążenia również pozostanie w stanie na wpół uszkodzony, potencjalnie wysyłając na przykład Arduino przez setki cykli ponownego uruchamiania).

Druga wiadomość do domu: Nie chcemy, aby obciążenie było ponownie podłączane zbyt wcześnie, gdy akumulator się zregeneruje.

Przejdźmy do kroku 2, aby dowiedzieć się, jak to osiągnąć.

Krok 2: Dodawanie histerezy

Ponieważ jest to obwód, który możesz chcieć zbudować, podam listę części dla tych części, które nie są widoczne na schemacie:

• T1: IRLML6401. Zobacz „Krok 1”, aby zapoznać się z dyskusją, dlaczego.
• T2: Dowolny wspólny tranzystor NPN o małym sygnale. Użyłem BC547 podczas testowania tego obwodu. Każdy popularny typ, taki jak 2N2222, 2N3904, powinien działać równie dobrze.
• T3: Dowolny wspólny tranzystor PNP o małym sygnale. Użyłem BC327 (nie miałem żadnego BC548). Ponownie użyj tego, który typ jest dla Ciebie najwygodniejszy.
• C1: Rodzaj tak naprawdę nie ma znaczenia, wystarczy tania ceramika.
• Dioda LED to standardowy czerwony typ 5mm. Kolor jest ważny, chociaż dioda LED nigdy nie zapali się w widoczny sposób: celem jest obniżenie określonego napięcia. Jeśli posiadasz diodę Zenera o napięciu Zenera od 1 V do 1,4 V, użyj jej zamiast tego (podłączona z odwrotną polaryzacją).
• R2 i R3 można zastąpić potencjometrem 100k w celu precyzyjnego dostrojenia napięcia odcięcia.
• „Lampa” po prostu reprezentuje Twój ładunek.
• Wartości rezystorów można pobrać ze schematu. Dokładne wartości nie są jednak tak naprawdę ważne. Rezystory nie muszą być ani precyzyjne, ani nie muszą mieć znaczącej mocy znamionowej.

Jaka jest przewaga tego obwodu w stosunku do obwodu 1?

Spójrz na linie zasięgu pod schematem (lub sam przeprowadź symulację). Ponownie górna zielona linia odpowiada napięciu akumulatora (tu dla wygody wzięte z generatora trójkąta). Żółta linia odpowiada prądowi płynącemu. Dolna zielona linia pokazuje napięcie na bramce T1.

Porównując to z liniami zasięgu dla Obwodu 1, zauważysz, że przejście między włączeniem i wyłączeniem jest znacznie ostrzejsze. Jest to szczególnie widoczne, patrząc na napięcie bramki T1 na dole. Sposobem na osiągnięcie tego było dodanie pozytywnej pętli sprzężenia zwrotnego do T2 za pośrednictwem nowo dodanego T3. Ale jest jeszcze jedna ważna różnica (chociaż by ją dostrzec, potrzebne byłyby sokole): Podczas gdy nowy obwód odetnie obciążenie około 1,88 V, nie będzie (ponownie) podłączał obciążenia, dopóki napięcie nie wzrośnie powyżej 1,94 V. Ta właściwość zwana „histerezą” jest kolejnym produktem ubocznym dodanej pętli sprzężenia zwrotnego. Gdy T3 jest „włączony”, zapewni bazę T2 dodatkowe dodatnie odchylenie, obniżając w ten sposób próg odcięcia. Jednak dopóki T3 jest już wyłączony, próg ponownego włączenia nie zostanie obniżony w ten sam sposób. Praktyczną konsekwencją jest to, że obwód nie będzie się wahał między włączaniem i wyłączaniem, ponieważ napięcie akumulatora spada (przy podłączonym obciążeniu), następnie nieznacznie wraca (przy odłączonym obciążeniu), a następnie spada… Dobrze! Dokładna wartość histerezy jest kontrolowana przez R4, przy czym niższe wartości dają większą przerwę między progami włączenia i wyłączenia.

BTW, pobór mocy przez ten obwód, gdy jest wyłączony, wynosi około 3 mikroamperów (znacznie poniżej współczynnika samorozładowania), a obciążenie, gdy jest włączony, wynosi około 30 mikroamperów.

Więc o co chodzi w C1?

Cóż, C1 jest całkowicie opcjonalny, ale nadal jestem raczej dumny z tego pomysłu: co się dzieje, gdy ręcznie odłączasz akumulatory, gdy są bliskie wyczerpania, powiedzmy przy 1,92 V? Po ponownym podłączeniu nie byłyby wystarczająco silne, aby ponownie aktywować obwód, mimo że nadal byłyby dobre na kolejny, gdy byłyby w uruchomionym obwodzie. C1 zadba o to: jeśli napięcie nagle wzrośnie (akumulatory zostaną ponownie podłączone), z C1 popłynie niewielki prąd (omijając diodę LED) i spowoduje krótkie włączenie. Jeśli podłączone napięcie jest powyżej progu odcięcia, pętla sprzężenia zwrotnego będzie je podtrzymywać. Jeśli jest poniżej progu odcięcia, obwód ponownie szybko się wyłączy.

Excursus: Dlaczego nie użyć MAX713L do wykrywania niskiego napięcia?

Możesz się zastanawiać, czy tak wiele części jest naprawdę potrzebnych. Czy nie jest coś gotowego? Cóż, MAX813L wyglądał dla mnie na dobrą partię. Jest dość tani i powinien wystarczyć, aby zastąpić przynajmniej T2, T3, LED i R1. Jednak, jak przekonałem się na własnej skórze, pin „PFI” MAX813L (wejście wykrywania awarii zasilania) ma dość niską impedancję. Gdybym używał dzielnika napięcia powyżej około 1k do zasilania PFI, przejście między włączaniem i wyłączaniem w „PFO” zaczęłoby rozciągać się na kilkadziesiąt woltów. Cóż, 1k odpowiada prądowi stałemu 2mA przy odcięciu - zaporowo dużo i prawie tysiąc razy więcej niż potrzebuje ten obwód. Poza tym pin PFO nie będzie się wahał między masą a pełnym zakresem napięcia zasilania, więc przy małej przestrzeni, jaką mamy do napędzania naszego tranzystora mocy (T1), musielibyśmy ponownie włożyć pomocniczy tranzystor NPN.

Krok 3: Wariacje

Możliwych jest wiele wariacji na temat pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, którą wprowadziliśmy w kroku 2 / obwodzie 2. Prezentowana tutaj różni się od poprzedniej tym, że po wyłączeniu sama nie aktywuje się ponownie przy wzroście napięcia akumulatora. Raczej po osiągnięciu progu odcięcia, będziesz musiał (wymienić baterie i) nacisnąć opcjonalny przycisk (S2), aby uruchomić go ponownie. Na wszelki wypadek dołączyłem drugi przycisk do ręcznego wyłączania obwodu. Mała przerwa na liniach lunety pokazuje, kiedy włączałem, wyłączałem i włączałem obwód w celach demonstracyjnych. Oczywiście odcięcie przy niskim napięciu następuje automatycznie. Po prostu wypróbuj to w symulacji, jeśli nie wykonuję dobrej pracy opisując to.

Teraz korzyścią z tej odmiany jest to, że zapewnia ona najostrzejsze odcięcie spośród rozważanych do tej pory obwodów (przy dokładnie 1,82 V w symulacji; w praktyce poziom punktu odcięcia będzie zależał od używanych części, a może się różnić w zależności od temperatury lub innych czynników, ale będzie bardzo ostry). Zmniejsza również zużycie energii podczas wyłączania do malutkiego 18nA.

Technicznie sztuczka, aby tak się stało, polegała na przeniesieniu napięcia odniesienia sieci (LED, R2 i R3) z bezpośrednio podłączonego do akumulatora do podłączenia po T2 tak, że zostanie wyłączone wraz z T2. Pomaga to w ostrym punkcie odcięcia, ponieważ gdy T2 zacznie się tylko trochę wyłączać, napięcie dostępne dla sieci odniesienia również zacznie spadać, powodując szybką pętlę sprzężenia zwrotnego od pełnego włączenia do całkowitego wyłączenia.

Pozbywanie się przycisków (jeśli chcesz)

Oczywiście, jeśli nie lubisz naciskać przycisków, po prostu wyjmij przyciski, ale podłącz kondensator 1nF i rezystor 10M Ohm (dokładna wartość nie ma znaczenia, ale musi być co najmniej trzy lub cztery razy większa niż R1) równolegle od bramki T1 do ziemi (gdzie był S2). Teraz, gdy włożysz nowe baterie, bramka T1 zostanie na chwilę obniżona (aż C1 zostanie naładowana), a więc obwód włączy się automatycznie.

Lista części

Ponieważ jest to kolejny obwód, który możesz chcieć zbudować: części są dokładnie takie same, jak w obwodzie 2 (z wyjątkiem różnych wartości rezystorów, jak widać na schemacie). Co ważne, T1 to nadal IRLML6401, podczas gdy T2 i T3 to dowolne ogólne, odpowiednio małe tranzystory NPN i PNP.

Krok 4: Uproszczenie

Obwody 2 i 3 są absolutnie w porządku, jeśli mnie pytasz, ale zastanawiałem się, czy mógłbym zadowolić się mniejszą liczbą części. Koncepcyjnie pętla sprzężenia zwrotnego sterująca obwodami 2 i 3 potrzebuje tylko dwóch tranzystorów (w nich T2 i T3), ale mają one również T1 oddzielnie do sterowania obciążeniem. Czy T1 może być używany jako część pętli sprzężenia zwrotnego?

Tak, z kilkoma interesującymi implikacjami: Nawet gdy jest włączony, T1 będzie miał niski, ale nie zerowy opór. Dlatego napięcie spada na T1, bardziej przy wyższych prądach. Przy podstawie T2 podłączonej po T1 ten spadek napięcia wpływa na działanie układu. Po pierwsze, wyższe obciążenia będą oznaczać wyższe napięcie odcięcia. Zgodnie z symulacją (UWAGA: dla łatwiejszego testowania zamieniłem tutaj C1 na przycisk), dla obciążenia 4 Ohm odcięcie wynosi 1,95 V, dla 8 Ohm przy 1,8 V, dla 32 Ohm przy 1,66 V, a dla 1k Ohm przy 1,58V. Poza tym niewiele się to zmienia. (Rzeczywiste wartości będą różnić się od symulatora w zależności od próbki T1, wzór będzie podobny). Wszystkie te progi mieszczą się w bezpiecznych granicach (patrz wstęp), ale trzeba przyznać, że nie jest to idealne. Akumulatory NiMH (w szczególności starzejące się) wykazują szybszy spadek napięcia w przypadku szybkich rozładowań, a idealnie, przy wysokich szybkościach rozładowania, odcięcie napięcia powinno być niższe, a nie wyższe. Jednak z tego samego powodu obwód ten zapewnia skuteczną ochronę przed zwarciem.

Uważni czytelnicy zauważyli również, że wycięcie pokazane na liniach lunety wydaje się bardzo płytkie w porównaniu nawet z Obwodem 1. Nie ma się jednak czym martwić. Prawdą jest, że obwód zajmie około 1/10 sekundy, aby całkowicie się wyłączyć, jednak punkt napięcia, w którym następuje wyłączenie, jest nadal ściśle określony (w symulacji będziesz musiał zamienić stały DC źródła, zamiast generatora trójkątów, aby to zobaczyć). Charakterystyka czasowa wynika z C1 i jest pożądana: chroni przed przedwczesnym samoczynnym wyłączeniem w przypadku, gdy obciążenie (pomyśl: konwerter podwyższający) pobiera krótkie impulsy prądowe, a nie w większości prąd stały. BTW, drugim celem C1 (i R3, rezystora potrzebnego do rozładowania C1) jest automatyczne ponowne uruchomienie obwodu po każdym odłączeniu / ponownym podłączeniu akumulatora.

Lista części

Wymagane części są ponownie takie same jak w przypadku poprzednich obwodów. W szczególności:

• T1 to IRLML6401 - patrz Krok 1, aby omówić (brak) alternatyw
• T2 to dowolny rodzajowy mały sygnał NPN
• C1 to tania ceramika
• Rezystory też są tanie. Nie jest wymagana ani precyzja, ani tolerancja mocy, a wartości podane na schemacie są w większości orientacją zgrubną. Nie przejmuj się zamianą podobnych wartości.

Który tor jest dla mnie najlepszy?

Ponownie odradzam budowanie obwodu 1. Pomiędzy obwodem 2 i 3 skłaniam się ku temu drugiemu. Jeśli jednak spodziewasz się większych wahań napięcia baterii (np. z powodu schładzania się baterii), możesz preferować automatyczny restart na podstawie histerezy niż ręczny restart obwodu. Obwód 4 jest fajny, ponieważ zużywa mniej części i oferuje ochronę przed zwarciem, ale jeśli martwisz się odcięciem przy bardzo określonym napięciu, ten obwód nie jest dla ciebie.

W kolejnych krokach poprowadzę Cię przez budowę obwodu 4. Jeśli zbudujesz jeden z pozostałych obwodów, rozważ udostępnienie kilku zdjęć.

Krok 5: Zacznijmy budować (obwód 4)

Ok, więc zbudujemy Obwód 4. Oprócz części elektronicznych wymienionych w poprzednim kroku, będziesz potrzebować:

• Uchwyt na 2 ogniwa (mój był uchwytem AA wyrwanym z dekoracji świątecznej)
• Niektóre płyty perforowane
• Przyzwoita para pęsety do obsługi IRLML6401
• Obcinak boczny (mały)
• Lutownica i drut lutowniczy

Przygotowania

Mój uchwyt baterii jest wyposażony w przełącznik i – wygodnie – trochę pustego miejsca nad głową, które wydaje się idealne do umieszczenia w nim naszego obwodu. Jest tam szpilka do trzymania (opcjonalnej) śruby, którą wycinam za pomocą obcinaka bocznego. styki i kable były po prostu luźno włożone. Usunąłem je dla łatwiejszego dostępu, przeciąłem przewody i zdjąłem izolację na końcach.

Następnie luźno umieściłem części elektroniczne w kawałku płyty perforowanej, aby sprawdzić, ile miejsca zajmą. Z grubsza dolny rząd będzie uziemiony, środkowy rząd zawiera elementy wykrywające napięcie, a górny rząd ma połączenie z bramką T1. Musiałem upakować części dość gęsto, aby wszystko zmieściło się na wymaganej przestrzeni. IRLML6401 nie został jeszcze umieszczony. Ze względu na pinout będzie musiał zejść na dół na płycie perforowanej. (UWAGA, że przypadkowo umieściłem T2 - BC547 - w złą stronę! Nie podążaj za tym ślepo, sprawdź dwa razy pinout używanego tranzystora - wszystkie są różne.) Następnie użyłem bocznego obcinaka do przycięcia perforowana do wymaganego rozmiaru.

Krok 6: Lutowanie – najpierw trudna część

Usuń większość elementów, ale włóż jeden przewód R1 razem z dodatnim przewodem z akumulatora (w moim przypadku z przełącznika akumulatora) w środkowym rzędzie, bezpośrednio z jednej strony. Przylutuj tylko ten jeden otwór, jeszcze nie zapinaj pinów. Drugi pin R1 idzie do dolnego rzędu (patrząc od dołu), jeden chwyt w lewo. Zamocuj płytę perforowaną poziomo, dolną stroną do góry.

Ok, dalej IRLML6401. Ta część jest nie tylko niewielka, ale także wrażliwa na wyładowania elektrostatyczne. W większości przypadków nic złego się nie stanie, nawet jeśli obsłużysz część bez żadnych środków ostrożności. Ale istnieje realna szansa, że uszkodzisz go lub zniszczysz nawet nie zauważając, więc spróbujmy być ostrożni. Po pierwsze, staraj się nie nosić przy tym plastiku ani wełny. Ponadto, jeśli nie masz antystatycznej opaski, nadszedł czas, aby dotknąć uziemionego elementu (np. kaloryfera lub rurki) zarówno dłonią, jak i lutownicą. Teraz ostrożnie chwyć IRLML6401 za pomocą pęsety i przesuń go w miejsce docelowe, jak pokazano na zdjęciu. Pin "S" powinien znajdować się obok wlutowanego pinu R1, pozostałe piny powinny znajdować się na dwóch innych otworach, jak pokazano.

Nie spiesz się! Błąd po stronie dokładności, a nie szybkości. Kiedy jesteś zadowolony z umiejscowienia, ponownie stop lut w R1, jednocześnie ostrożnie przesuwając IRLML6401 w jego kierunku za pomocą pęsety, tak aby pin „S” został przylutowany. Uważnie sprawdź, czy IRLML6401 jest teraz zamocowany i czy jest zamocowany we właściwym miejscu (również: płasko na płycie perforowanej). Jeśli nie jesteś w pełni zadowolony z umiejscowienia, ponownie stop lut i dostosuj położenie. Powtórzyć w razie potrzeby.

Gotowe? Dobry. Odetchnij głęboko z ulgą, a następnie przylutuj drugi pin R1 w otworze obok pinu „G” (po tej samej stronie opakowania co pin „S”). Upewnij się, że podłączono zarówno pin R1, jak i „G”. Nie wpinaj jeszcze szpilki R1!

Włóż jeden pin R2 i dodatni przewód wyjściowy przez otwór obok pinu „D” (ten po przeciwnej stronie obudowy tranzystora). Przylutuj to połączenie, ponownie upewniając się, że łączysz pin „D” z R2 i przewodem wyjściowym.

Na koniec, na wszelki wypadek, nałóż trochę więcej lutu na pierwszy punkt lutowniczy (pin „S”), teraz, gdy dwa pozostałe punkty lutowania utrzymują tranzystor na miejscu.

Zauważ, że celowo umieszczam R1 i R2 bardzo blisko T1. Chodzi o to, że będą one działać jako podstawowy radiator dla T1. Więc nawet jeśli masz więcej miejsca do stracenia, zastanów się nad tym, aby te również były ciasne. Z tego samego powodu nie bądź zbyt oszczędny w kwestii ilości lutu tutaj.

Jak dotąd wszystko w porządku? Świetny. Od teraz sprawy stają się coraz łatwiejsze.

Krok 7: Lutowanie - łatwa część

Pozostała część lutowania jest dość prosta. Wstawiaj części jedna po drugiej, jak na obrazku początkowym (z wyjątkiem, zwróć szczególną uwagę na wyprowadzenia tranzystora T2!), a następnie przylutuj je. Zacząłem od środkowego rzędu. Zauważysz, że w niektórych przypadkach wkładałem kilka pinów w jeden otwór (np. drugi koniec R2 i długi wyprowadzenie diody), a tam, gdzie nie było to możliwe, po prostu wyginałem piny już wlutowanych elementów, aby zrobić wymagane połączenie(a).

Cały dolny rząd (jak widać od dołu) jest podłączony do pinu „G” T1, a my używamy pinu R2 (ostrzegałem, żebyś go nie zacinał!) do wykonania tego połączenia (do kolektora T2, C1, i R3).

Cały górny rząd (patrząc od dołu) jest podłączony do masy, a pin R3 służy do wykonania tego połączenia. Drugi zacisk C1, emiter T2 i, co ważne, uziemienie akumulatora i wyjściowy przewód uziemiający są do niego podłączone.

Ostatnie dwa zdjęcia pokazują końcowy obwód od dołu i od góry. Znowu wlutowałem w T2 w niewłaściwy sposób i musiałem to naprawić po fakcie (brak zrobionych zdjęć). Jeśli używasz BC547 (tak jak ja), działa dokładnie na odwrót. Byłoby to jednak poprawne dla 2N3904. Innymi słowy, po prostu upewnij się, że dokładnie sprawdziłeś pinout tranzystora przed lutowaniem!

Krok 8: Ostatnie kroki

Teraz jest dobry czas na przetestowanie obwodu

Jeśli wszystko działa, reszta jest prosta. Umieściłem obwód w uchwycie baterii, razem z przełącznikiem i stykami baterii. Ponieważ trochę martwiłem się, że dodatni zacisk akumulatora dotyka obwodu, umieściłem pomiędzy nimi kawałek czerwonej taśmy izolacyjnej. Na koniec przymocowałem wychodzące kable kroplą gorącego kleju.

Otóż to! Mam nadzieję, że możesz śledzić wszystko i rozważ opublikowanie zdjęć, jeśli wykonasz jeden z pozostałych obwodów.