Индикатор низкого уровня заряда батареи: 4 шага

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Некоторые бытовые приборы, работающие от литий-ионных аккумуляторов, не имеют индикатора низкого заряда батареи. В моем случае это аккумуляторная подметальная машина с одним аккумулятором 3,7 В. Определить точное время, чтобы зарядить его и подключить к основной розетке, непросто. Обычно я подзаряжаю подметальную машину вовремя, когда батарея полностью разряжена и электродвигатель не работает. Такая ситуация не очень удобна, особенно если вам нужно сразу воспользоваться подметальной машиной.

Искал простое решение, как определить уровень напряжения, при котором должна происходить зарядка. В этой статье описывается простой индикатор низкого уровня заряда литий-ионной батареи. Разработанная схема может быть использована в любом электронном устройстве с питанием от литий-ионного аккумулятора и может помочь пользователю своевременно зарядить аккумулятор. Индикатор батареи предназначен для одной ячейки, но может быть легко изменен на большее количество ячеек. Индикатор может быть использован для любой батареи с небольшой модификацией схемы.

Главное достоинство индикатора - очень низкое потребление тока, в среднем менее 10 мкА. Потребление тока зависит от состояния индикатора.

Индикатор уровня имеет три состояния функций:

• Светодиодный индикатор горит постоянно: аккумулятор полностью заряжен.
• Светодиодный индикатор мигает: аккумулятор необходимо зарядить.
• Светодиодный индикатор не горит: аккумулятор заряжен и устройство готово к работе.

Шаг 1. Введение Индикатор уровня заряда литий-ионной батареи

Части:

Все детали можно было купить менее чем за 5 евро.

Вот список:

• IC1 MC33164-3P, микросхема датчика пониженного напряжения TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, КМОП-таймер, LCSC PN C34608
• R1, резистор R2 10K, все резисторы, конденсаторы и мелкие компоненты LCSC
• Резистор R3 680К
• Резистор R4 680
• Конденсатор С1 М1
• Конденсатор С2 1М
• Конденсатор С3 10М
• D1, D2, D3 диод 1N5819, LCSC PN C2474
• LED1 диод led 3мм, красный
• Винтовой зажим T1

Резисторы на 0,25 Вт или меньше, конденсаторы на 12В и более.

Инструменты:

• Паяльник
• Аккумуляторная дрель
• Пистолет для горячего клея

Шаг 2: Описание схемы

Микросхема MC33164-3P является сердцем указателя уровня. Подробная информация об этом компоненте находится здесь.

Простое описание схемы: это микросхема микромощности под датчиком напряжения в трехконтактном пластиковом корпусе, похожая на транзистор малой мощности. MC33164 разработан как схема сброса микропроцессора в случае падения мощности.

Он определяет напряжение на контакте 2. Сравнивает обнаруженное напряжение с опорным напряжением, в нашем случае 2,7 В. Результат может быть оценен как значение напряжения на контакте 1. Если обнаруженное напряжение меньше 2,7 В, выход низкий и близок к 0 В. Если входное напряжение превышает 2,7 В, отображаемое значение на контакте 1 составляет около 3 В или более.

Типичное эталонное значение для MC33164-3P (3 после тире означает 3 В) - 2,71 В. Именно на это значение изменяется выходное значение. (Не учитывайте гистерезис.) Напряжения для одноэлементной литий-ионной батареи составляют: максимальное напряжение 4,2 В, типичное напряжение 3,7 В и минимальное напряжение от 2,8 до 3 В, предположим, 2,9 В. Минимальное напряжение присутствует в конце цикла разряда, и этот уровень напряжения должен активировать наш индикатор низкого уровня.

Опорное напряжение для MC33164 слишком низкое по сравнению с нашими требованиями. Есть 2 решения по снижению напряжения. Первый и самый простой - это делитель напряжения. Но делитель потребляет дополнительный ток. Второе решение - меньшее потребление тока, при котором несколько компонентов используются последовательно, чтобы снизить напряжение с 2,9 до 2,7 В. Диоды - это компоненты с некоторым падением напряжения в прямом направлении, и их можно успешно использовать. Из-за очень низкого значения тока лучший тип диода я выбрал путем испытаний.

Функция R1, D1, D2, D3 заключается в уменьшении входного напряжения. Перемычка J1 может устранить падение напряжения на последнем диоде, а входное напряжение может быть немного уменьшено. Выход IC1 подается на таймер IC2. Его активное значение низкое, функция - включение таймера. К сожалению, на IC2 нет входных выводов, которые позволяли бы включить эту микросхему без какой-либо инвертирующей схемы.

Я решил включить таймер ICM7555, подав на выход IC1 отрицательное напряжение на вывод 1 IC2. Компоненты C2, R3 определяют период таймера, он настраивается примерно на 2 секунды. Резистор R4 ограничивает ток индикации диода LED1. Проверяемое напряжение от аккумулятора подается на клемму с контактами 1 (плюс) и 2 (минус). Значения для R2, C1 рекомендуются из техпаспорта.

Таймер ICM7555 является КМОП эквивалентом 555. Его преимущество - рабочее напряжение от 2,5 В и очень низкое потребление тока. На втором рисунке показана очень простая схема монитора напряжения, рекомендованная техническим паспортом. Эту схему также можно использовать, но использование ICM7555 является преимуществом из-за низкого уровня напряжения, на который указывает мигающий светодиод, который более заметен.

Шаг 3: Строительство

Детали припаиваются к одной макетной плате размером 20х35 мм. Снаружи платы находится светодиодный диод, который можно установить на видном месте. Контролируемый литий-ионный аккумулятор подключается через клеммную колодку с винтовыми зажимами. Плата достаточно мала, чтобы ее можно было вставить в любое устройство.

Подключение внутри устройства простое: достаточно подключить провода от клеммной колодки к аккумулятору, просверлить отверстие для светодиода и закрепить. Провода могут быть подключены непосредственно к полюсам батареи на держателе батареи. В этом случае ток отводится независимо от положения переключателя, а индикатор работает все время.

В моем случае я подключил индикатор низкого уровня после главного выключателя (низкого напряжения). Из-за платы зарядного устройства внутри устройства, которая подключается отдельно к переключателю и отдельно к аккумулятору, место подключения «после переключателя» неясно. Я использую простое решение, подключаю индикатор напрямую к нагрузке, двигателю постоянного тока.

Макетная плата требует больше времени для соединения всех компонентов проводами. Чтобы сэкономить это время, я разработал печатную плату размером 20x40 мм со сквозными отверстиями. Печатная плата состоит всего из одного слоя. Использование компонентов SMD может уменьшить размер платы. Я не делал эту конструкцию из-за более сложной пайки и манипуляций с очень мелкими деталями. Файлы Gerber для изготовления печатных плат прилагаются.

Шаг 4: Заключение

Описанный индикатор низкого уровня заряда батареи может использоваться для любой батареи с напряжением более 2,5 В. В таком случае пропустите диоды D1, D2 и D3 и добавьте один резистор R5 как часть делителя напряжения к R1. Значение R1 зависит от обнаруженного уровня напряжения U и может быть рассчитано следующим образом:

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

Конструкция выполняется на небольшой печатной плате со сквозными отверстиями. Если у вас есть в наличии какие-то SMD-детали, я рекомендую использовать SMD-компоненты.

Размер платы может быть меньше, а конструкция позволяет попрактиковаться в использовании SMD-деталей.

Спасибо, что прочитали, и хорошо проводите время со строительством.