Схема контроля разряда батареи Ni-Cd с использованием лямбда-диода

Основная особенность этого лямбда-диодного индикатора разряда батарей Ni-Cd заключается в том, что сама схема потребляет почти нулевой ток, пока не будет достигнут установленный нижний пороговый уровень и не загорится светодиодный индикатор.

Эта функция делает схему очень подходящей для многих низковольтных систем с батарейным питанием, таких как радио, часы, таймеры, будильники, пульты дистанционного управления и т. Д.

Основная причина преждевременного повреждения элементов в никель-кадмиевых батареях - их внутреннее короткое замыкание, которое происходит из-за того, что батарея слишком сильно разряжается во время работы.

Следовательно, любой электронный гаджет, использующий никель-кадмиевые элементы, должен включать индикатор разряда батареи, который может запускать и предупреждать пользователя о необходимости подзарядки задолго до того, как будет достигнуто «критическое» напряжение батареи.

Хотя вы найдете много видов мониторы заряда лямбда-диодный монитор, описанный в этой статье, может быть интегрирован в ваши продукты с батарейным питанием, возможно, это более сложный вариант, чем любые другие доступные мониторы батареи.

Лучше, чем другие системы индикаторов низкого заряда батареи

Наиболее индикаторы разряда батареи Работайте с BJT для включения тока возбуждения светодиода или для отображения счетчика. Недостатком таких конструкций является то, что схема постоянно разряжает аккумулятор, даже когда светодиод находится в выключенном состоянии.

В маломощных цепях такого рода разряд батареи может значительно повлиять и сократить время автономной работы аккумулятора.

Лучшее средство для решения этой проблемы - использовать схему, которая абсолютно не потребляет ток от аккумулятора , пока напряжение питания выше критического потенциала батареи.

Именно это и выполняет монитор низкого заряда батареи на основе лямбда-диодов.

Он также имеет регулируемый порог срабатывания в диапазоне напряжений от 8 до 20 В и может быть изготовлен довольно дешево.

Характеристики заряда / разряда Ni-Cd

В напряжение на клеммах всех батарей варьируется в зависимости от уровня заряда. Эта характеристика этой зависимости может быть разной для разных аккумуляторов.

Например с Свинцово-кислотные батареи , мы обнаруживаем практически очень линейное падение их выходного напряжения по мере разряда элементов. Это поведение обычно одинаково и для сухих ячеек.

Но для Ni-Cd аккумуляторов падение напряжения при разряде не очень линейно. Полностью заряженный никель-кадмиевый элемент может иметь выходное напряжение около 1,25 В.

Этот уровень поддерживается довольно постоянно, пока он практически полностью не разрядится. В этот момент напряжение элемента быстро падает примерно до 1,0-1,1 В или 1,05 В.

Точный схема контроля напряжения настройка на активацию при этом «критическом» уровне напряжения может быть чрезвычайно полезна для определения уровня заряда Ni-Cd батареи.

Восьмикамерный Ni-Cd аккумулятор , например, может иметь полностью заряженный выходной потенциал 10,0 вольт. Когда он почти полностью разряжен, аккумулятор может выдавать 8,4 В.

Как работает индикатор разряда батареи лямбда-диода

Схема контроля разряда батареи лямбда-диода, показанная на следующем рисунке, настроена на активацию при напряжении 8,4 В, что позволяет нам достичь эффективной системы контроля состояния заряда (SoC) для Ni-Cd батареи.

В лямбда диод Представленный внутри пунктирной рамки построен с использованием пары полевых транзисторов с n- и p-каналами.

Помните, что на рынке нет готовых лямбда-диодов.

Фактически, лямбда-диод создается путем соединения двух маломощных полевых транзисторов и работает только с двумя выводами, обозначенными «анод» (A) и «катод» (K).

Когда смещение этого лямбда-диода находится в режиме отсечки, транзистор Q3 также выключен, что, в свою очередь, держит LED1 выключенным.

Когда напряжение батареи начинает падать, оно достигает точки, в которой лямбда-диод внезапно смещается и начинает проводить.

Эта ситуация мгновенно переводит Q3 в режим проводимости, который включает светодиод, предупреждающий пользователя о неисправности. низкий уровень заряда батареи . (Рабочую характеристику лямбда-диода можно увидеть ниже).

Уровень потенциала, который смещает лямбда-диод в проводимость, полностью регулируется через потенциометр R1.

Резистор R2 подключен как ограничитель тока для защиты LED1. Ценность этого токоограничивающие резисторы можно рассчитать с помощью закона Ома (R2 = E / I, где R2 в омах, E представляет собой пороговое значение потенциала Ni-Cd батареи, при котором светодиод 1 просто загорается, а I следует заменить на максимальное безопасное значение тока для светодиода.

Детали конструкции

Вышеупомянутый лямбда-диодный монитор заряда аккумулятора довольно компактен для размещения в редукторе, где в качестве источника питания используется никель-кадмиевый аккумулятор.

Кроме того, он может быть сконструирован и применен снаружи как индикатор разряда батареи и заключен в небольшую коробку. В обоих случаях можно использовать печатную плату, как показано ниже.

Тип JFET для построения лямбда-диода на самом деле не критичен. Почти все конфигурации с n- и p-канальными полевыми транзисторами должны работать хорошо, как и те, которые указаны в списке деталей.

При необходимости вы можете рассмотреть возможность замены LED1 реле малой мощности, чтобы обеспечить отключение никель-кадмиевого аккумуляторного блока от нагрузки, как только уровень напряжения упадет ниже критического нижнего порога. Эта особая конструкция автоматически предохраняет аккумуляторную батарею от переполюсовки во время разряда.

Список деталей

LED1 - любой светодиод 5 мм 20 мА
Q1 - P-канальный JFET (2N4360 или аналогичный)
Q2 - N-канальный JFET (2N3819 или аналогичный)
Q3 - NPN BJT 2N2222A или аналогичный

R1 -10 k, предустановка
R2 - токоограничивающий резистор (см. Текст) может быть 150 Ом 1/2 Вт