Схема блока защиты аккумулятора 12 В от глубокого разряда

Всем известно, что срок службы свинцовых аккумуляторов заметно сокращается при излишнем разряде. Следующие далее три схемы позволяют предотвратить глубокий разряд путем отключения нагрузки при падении напряжения на клеммах источника питания ниже заданного уровня. Каждый вариант изначально рассчитан на контроль определенного напряжения, однако любую схему можно перестроить на уровень 6..24 В для разных типов аккумуляторов. Выбирайте защиту с подходящим набором элементов и печатной платой.

Защита свинцового аккумулятора от глубокого разряда

Данное устройство рассчитано на источники питания с номинальным напряжением 12 В и 24 В. Принципиальная схема защиты аккумулятора от разряда представлена ​​на следующем рисунке. Если входное напряжение превышает заданное значение, то нагрузка включается, однако если оно упадет ниже другого порога, нагрузка отключится. Когда напряжение находится в пределах обозначенных пределов, текущее состояние выхода сохраняется.

Как работает схема

Потенциометр P1 с резисторами R1 и R2 составляют делитель входного напряжения компаратора. Опорное напряжение, с которым сравнивается первое, поступает от миниатюрного стабилизатора типа 78Л05 в ​​корпусе ТО92. Микросхема US2 работает в стандартной конфигурации компаратора с петлей гистерезиса.

Ширина этой петли определяется суммарным сопротивлением резистора R4 и подстроечного резистора Р2. Микросхема LM311 имеет выход с открытым коллектором, поэтому для корректной работы требуется подключение нагрузочного резистора. Эту функцию выполняют резисторы R5 и R6, включенные последовательно.

МОП-транзистор (Т1) отвечает за включение нагрузки. В данном примере используется прибор IRF4905 с P-каналом в корпусе ТО220. Он характеризуется низким сопротивлением канала в открытом состоянии. Благодаря этому он может коммутировать ток до 10 А без использования радиатора. Это позволяет разместить модуль в небольшом корпусе или внутри устройства с питанием.

Диод D2 защищает затвор транзистора Т1 от превышения максимального напряжения, которое составляет ±20 В. Задача резистора R5 — защитить диод от чрезмерного тока. Несмотря на то, что затвор питается напряжением, почти вдвое меньшим, чем от аккумулятора (за счет использования делителя R5/R6), проблем с корректным открытием канала нет: измеренное значение RDS(on) составило 33 мОм при токе нагрузки 3 А и напряжении источника питания 12 В. Чтобы импульсы напряжения, возникающие при отключении индуктивных нагрузок, не повредили транзистор, в цепь питания включен диод D3.

Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 26×39 мм, размещение элементов и топология дорожек представлена ​​на рисунке выше. Рекомендуется начать сборку с пайки SMD компонентов: интегральной микросхемы US2 и резисторов. Второй очередью следует припаять проволочную перемычку, а затем остальные элементы. Транзистор Т1 можно установить, оставив длинные выводы и это позволит разместить его над платой и, как следствие, уменьшить габариты устройства.

Если существует вероятность, что через канал транзистора будут протекать большие токи (т. е. более нескольких ампер), то рекомендуется сделать толще широкие дорожки, ведущие к стоку и истоку. Это можно сделать, например, припаяв на них медный провод.

Правильная настройка платы защиты от глубокого разряда займет всего несколько минут, это упрощается при использовании регулируемого источника питания и подключении нагрузки (например, лампочки или светодиода с последовательно включенным резистором). Ползунок подстроечного резистора Р2 следует первоначально установить в среднее положение, а затем запитать систему напряжением на половине интервала, определяемого гистерезисом.

Следующий шаг – настроить подстроечный резистор Р1 так, чтобы на его среднем выводе было напряжение, равное опорному напряжению, т.е. в данном случае 5 В. Другой пример: включение должно происходить выше 12,5 В, а отключение ниже 10,8 В – это дает возможность определять середину контура около 11,7 В.

После такой подготовки можно отрегулировать P2 (ширину петли гистерезиса) и, при необходимости, P1 (ее центр), помня, что большее сопротивление P2 сужает диапазон переключения.

То есть при регулировании напряжения питания нужно установить Р2 так, чтобы момент включения и выключения приходился на тот уровень, который был запланирован. Ширину этой петли можно регулировать от 0,6 В до 7 В при среднем напряжении 12 В и от 2 В примерно до 9 В при среднем напряжении 24 В. Проверив несколько раз, что регуляторы обоих подстроечных резисторов находятся в правильном положении, их можно защитить от самопроизвольного скручивания, например, каплей лака.

Перечень элементов устройства

РЕЗИСТОРЫ:

  • R1, R2, R5, R6 — 1 кОм (SMD 1206);
  • R3 — 10 кОм (SMD 1206);
  • R4 — 47 кОм (SMD 1206);
  • P1 — 20 кОм;
  • P2 — 510 кОм.

КОНДЕНСАТОРЫ:

  • C1 — 100 нФ/100 В;
  • C2 — электролитический 100 мкФ/35 В.

ПОЛУПРОВОДНИКИ:

  • D1 — 1N4148;
  • D2 — стабилитрон 15 В;
  • D3 — 1N5819;
  • Т1 — IRF4905;
  • US1 — 78L05;
  • US2 — LM311D (СО-8).

Плата защиты аккумулятора на 12 В

Схема защиты от переразряда построена на операционном усилителе TL081, который работает в режиме компаратора. При этом в качестве коммутатора напряжения питания выступает реле PK1. Опорное напряжение, создаваемое на элементах R1, D1 и установленное с помощью PR1, сравнивается с напряжением, на делителе R2/R3, которое составляет 2/3 напряжения, возникающего на клеммах аккумулятора.

При падении напряжения на резисторе R3 ниже напряжения, установленного с помощью PR1, на выходе операционного усилителя появляется высокое состояние, которое отключает приемник, подключенный через контакты реле. В этот момент наше устройство может переключиться на питание от собственного аккумулятора или другого резервного источника.

При настройке устройства необходимо лишь установить соответствующее напряжение с помощью подстроечного резистора, который включит реле. Его следует рассчитывать согласно рассмотренному ниже примеру, добавляя примерно 0,5-1 В. Схема имеет гистерезис примерно 1 В, поэтому при отключении нагрузки, когда напряжение на клеммах возрастает, она больше не включится.

В практическом примере напряжение отключения составляет 11 В, а для повторного включения оно должно увеличиться на 1 В. Самое низкое напряжение разряда аккумулятора емкостью 1,2 Ач, который обеспечивает ток 0,4 А, составляет 10,2 В (из расчета 1,7 В на один элемент).

Наконец, стоит протестировать схему защиты на регулируемом источнике питания и проверить, правильно ли реле реагирует на изменение напряжения и, при необходимости, скорректировать настройки. Плата должна быть подключена между аккумулятором и источником питания гаджета. Устройство потребляет примерно 30 мА.

Блок защиты от разряда собран на плате размерами 58х40 мм. Размещение элементов устройства и топология печатного монтажа представлены на картинке. При сборке модуля защиты своими руками удобно воспользоваться перечнем элементов принципиальной схемы.

РЕЗИСТОРЫ:

  • R1 — 100 Ом;
  • R2 — 10 кОм;
  • R3 — 20 кОм;
  • R4 — 1 МОм;
  • R5 — 3,3 кОм;
  • R6 — 1,2 кОм;
  • R7 — 100 кОм;
  • R8 — 1 кОм;
  • PR1 — 5 кОм.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:

  • U1 — TL081;
  • D1 — стабилитрон 9,1 В;
  • D2 — 1N4148;
  • Т1 — BC547;
  • LED1 — красный светодиод диаметром 3 мм.

ПРОЧИЕ ЭЛЕМЕНТЫ:

  • разъем – АРК2 5 мм;
  • PK1 – реле 12 В.

Модуль защиты аккумулятора 6 В от разряда

Данная схема построена по тем же принципам, что и предыдущая. Роль компаратора выполняет популярный ОУ LM358.

Опорное напряжение на неинвертирующем входе компаратора сравнивается с его текущим значением на делителе R1, PR1, R3. Если напряжение на аккумуляторы достигнет недопустимо низкого напряжения, реле его отключит. При указанных на схеме параметрах резисторов устройство настраивается на защиту аккумуляторов на 6 В. Ничто не мешает перестроить схему на отсечку при 12 В для другого типа аккумулятора, при этом реле должно быть рассчитано на соответствующее напряжение. Светодиод служит индикатором включения защиты.

Перед включением устройства в работу его следует откалибровать. Для этого на вход необходимо подать напряжение 5,25 В с лабораторного блока питания и подстроечным резистором PR1 установить момент отключения нагрузки. В схеме предусмотрен гистерезис, так что при правильной настройке аккумулятор снова подключится при напряжении 6,3 В.

Расположение элементов и топология печатной платы представлены на картинке. Для сборки устройства используются навесные элементы, и эту работу сможет выполнить начинающий радиолюбитель. Для удобства перечень элементов представлен единым списком:

  • R1, R3 — 100 кОм;
  • R2 — 10 кОм;
  • R4…R6 — 1,5 кОм;
  • PR1 — 20 кОм;
  • C1 — 100 нФ;
  • C2 — 100 мкФ/16 В;
  • D1 — 1N4148;
  • LED1 — красный светодиод;
  • T1 — BC548;
  • U1 — LM358;
  • U2 — TL431;
  • PK1 реле JQC3FF/5 1ZS.
Оцените статью:
1 балл из 52 балла из 53 балла из 54 балла из 55 баллов из 5
Loading...Loading...
Поделитесь с друьями!
Практическая электроника и технические поделки для начинающих
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: