2 Схемы
Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
Включение или отключение по достижению напряжения
Если вы читаете этот материал, значит вам понадобилось устройство для включения или отключения нагрузки по достижению определенного напряжения. Не важно для чего – отключить заряд аккумулятора от ЗУ по предельному вольтажу, подключить резервное питание при снижении основного источника или чего-там ещё. Все эти функции может сделать простая и 100 раз проверенная схема на операционном усилителе (ОУ) LM358 плюс реле. С их помощью соберем эту схему, а также подробно рассмотрим принцип действия, чтоб вы смогли адаптировать её под свои нужды.
Схема простого тестера аккумуляторов
Для начала задействуем модуль как LED тестер аккумуляторов.
Схема питается от 12 В. За аккумулятором находится стабилизатор напряжения, благодаря которому на чип LM358 поступает питание 5 В. Напомним, что контакт 3 – это так называемый вход неинвертирующий In (+), а контакт 2 – это вход, инвертирующий In (-). Если напряжение при In (+) > In (-) на выходе, то получим напряжение, близкое к напряжению подаваемому на усилитель, и загорится красный светодиод. В противном случае, то есть когда In (+) меньше или равно In (-), выходное напряжение близко к 0 В, светодиод не загорится.
Ножка 3 ОУ будет подключена к одному из полюсов аккумулятора. Второй вывод подключается к земле и источнику питания через потенциометр 10 кОм. Резистор 1 МОм и конденсатор 100 нФ предотвращают возбуждение схемы. При сборке поместите микросхему на макетную плату, а затем отрегулируйте ручку потенциометра так, чтобы напряжение вольтметра было 1,45 В. Почему такое значение? Просто будем тестировать обычные пальчиковые батареи с номинальным напряжением 1,5 В. Когда они новые, их напряжение составляет около 1,6 В, когда они разряжены, их напряжение будет например 1,2 В или меньше. Напряжение 1,45 В означает, что аккумулятор еще для чего-то годен.
Если подключим к схеме новую исправную батарею, напряжение на In (+) будет, например, 1,6 В и будет больше, чем напряжение на In (-), которое будет 1,45 В. In (+) > In (-), значит светодиод горит. В данном случае имеем свежий элемент с напряжением 1,57 В.
Если подключим подуставшую батарею к схеме, напряжение на In (+) будет, например, 1,2 В, и значит ниже, чем напряжение на In (-), которое выставили на 1,45 В. Имеется In (+) 
Электромагнитные реле: а) 12 В, b) 5 В
Реле – это электромеханический элемент, внутри которого есть переключаемые контакты, а также катушка, которая генерирует магнитное поле.
Ток, протекающий через катушку реле (намотанные витки провода), создает магнитное поле, которое притягивает железный якорь, что, в свою очередь, вызывает замыкание или размыкание соответствующих контактов.
В зависимости от типа реле: 5 В или 12 В или другое какое напряжение, соберите схему на рисунке а или б. В этой схеме использовали реле на напряжение 12 В.
Как проверить реле о котором ничего не знаем и хотим узнать, для каких клемм используются подключения?
Мультиметр будет полезен в этой задаче. Настроим его на измерение сопротивления в диапазоне, например, 2 кОм, а затем приложим щупы к отдельным парам контактов реле, проверив, какое сопротивление будет между ними. Таким образом нужно найти пару контактов, между которыми сопротивление будет большим (например более 100 Ом), и пару контактов, между которыми сопротивление будет наименьшим (порядка 1 Ом).
Высокое сопротивление покажет, что нашли катушку, создающую магнитное поле. Если подадим напряжение на клеммы с высоким сопротивлением, ток будет течь через катушку и контакты, в зависимости от типа реле замкнутся или разомкнуться (нормально открытое и нормально закрытое реле).
Низкое сопротивление будет означать, что мы обнаружили замкнутые контакты реле. В случае нормально разомкнутых реле между двумя контактами вообще не будет сопротивления, потому что когда через реле не протекает ток, они остаются разомкнутыми.
Принципиальная схема автомата с реле: а) на 5 В, b) на 12 В
Далее вид на собранную плату с реле и дополнительным светодиодом в цепи контактов реле.
Если напряжение поступающее на неинвертирующий вход LM358, больше, чем на инвертирующем входе, то есть In (+) > In (-), то получим напряжение на выходе, которое вызовет протекание тока в базовой цепи и таким образом включит транзистор. Через катушку реле и транзистор (в цепи коллектор-эмиттер) будет протекать ток, который создаст магнитное поле, что приведет к замыканию контакта и протеканию тока через светодиод или другую нагрузку, которую вам надо подключить.
Если напряжение на входах операционного усилителя изменится и In (+) меньше или равно In (-), на выходе получим напряжение, близкое к нулю, которое будет слишком низким, чтобы заставить ток течь в цепи базы – транзистор будет выключенный. Как следствие, ток тоже перестанет течь через реле. Но на сердечнике, на котором намотана катушка, сохраненная энергия останется и ее нужно куда-то девать, поэтому в цепи, близкой к катушке реле, есть быстрый диод 1N4148. Если забыть об этом диоде при проектировании схемы (что является довольно частой ошибкой начинающих электронщиков), энергия от сердечника реле создаст высокое напряжение на выводах катушки, что приведет к повреждению транзистора!
Для чего используются реле тут? Благодаря им небольшой ток, протекающий от низковольтной схемы, активирует мощную нагрузку, например мотор с питанием 220 В или автомобильный аккумулятор с током в несколько ампер. Просто выставьте напряжение срабатывания и подключитесь к нужным контактам реле – на отключение или включение устройства при достижении заданного напряжения. Успехов в бою!
Источник
Схема отключения акб при низком напряжении
Устройство защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда «УЗАБ».
Автор: Александр Давыдов
Опубликовано 16.08.2009
Всем доброго времени суток. Отдельно приветствую тех, кого заинтересовала эта статья. Данное творение вышло из под лап скромнейшего кота Кулибина в соавторстве с уважаемым котом i8086 и несравненной нашей кошечкой Анастасией Попковой. Речь в этой статье пойдет об устройстве защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда, которое далее будем называть УЗАБ.
УЗАБ предназначен для предотвращения глубокого разряда аккумуляторных батарей, который автоматически отключает нагрузку при уменьшении напряжения батареи до минимально допустимого значения. Конструктивные решения позволяют использовать УЗАБ везде, где используются кислотные или щелочные батареи, где отсутствует постоянный контроль за состоянием аккумуляторов, то есть там, где важно обеспечить предотвращение необратимых процессов, связанных с глубоким разрядом.
Вас заинтересовала эта идея? Не спешите! Еще несколько маленьких отступлений, перед тем, как я опишу саму схему. Идея создания такого устройства возникла давно. Первый, кто заговорил об этом, был i8086 . Он собрал преобразователь для длительного автономного питания своего ноутбука от автомобильного аккумулятора. Но преобразователь не отключался при снижении напряжения ниже 10В, а продолжал работать и разряжать аккумулятор.
С одной стороны это хорошо — дольше хватает времени работы от аккумулятора. А с другой стороны — для аккумулятора крайне нежелателен разряд ниже порогового для него напряжения в 10В. Часто приходилось периодически контролировать напряжение на клеммах аккумулятора с помощью цифрового мультиметра, что очень неудобно, а если недосмотришь, то и аккумулятор придется скоро поменять из-за глубокой разрядки.
В связи с этим, ваш покорный кот Кулибин и уважаемый i8086 начали поиски подходящего УЗАБ для этой цели. Перелопатив немало информации в Интернете и не найдя ничего подходящего я поделился данной проблемой с уважаемой Настей. И о чудо! Она предложила оригинальное включение операционного усилителя OP07 как компаратора совместно со стабилизатором 78L05.
Ниже схема из первоисточника.
Обсудив данную схему с i8086, мы решили ее немного доработать, внеся некоторые сервисные функции управления и индикации. Результатом наших творческих изысканий явилась эта схема:
После сборки схема прошла тестовые испытания, которые закончились великолепно. Рассмотрим имеющиеся сервисные функции в схеме:
1) Индикация пониженного напряжения питания. При снижении напряжения до 10,5 В загорается светодиод.
2) При снижении напряжения до 10,0 В происходит полное отключение нагрузки и схемы контроля от аккумулятора.
3) Благодаря подстроечным резисторам, напряжения срабатывания компараторов можно регулировать для конкретных типов аккумуляторов.
4) После аварийного отключения повторное включение возможно при напряжении выше 11,0 В, нажатием на кнопку «ON».
5) Если есть необходимость отключить нагрузку вручную, достаточно нажать кнопку «OFF».
6) Полезное преимущество — защита от переполюсовки (не соблюдения полярности) при подключении к аккумулятору. В этом случае УЗАБ и подключенное устройство просто не включатся.
Преимущество предложенного решения с использованием реле трудно сравнить с простейшей защитой — включением в обратной полярности мощного диода, когда в случае неправильной полярности сгорит предохранитель. В данном случае ничего сгореть не может, так как элементарно не включится.
Допускается использование подстроечных резисторов любого номинала в диапазоне от 10 кОм до 100 кОм.
Стабилизатор напряжения 78L05 на напряжение стабилизации 5В. Можно применить любой другой аналогичный, например, КР142ЕН5А.
Транзистор КТ815 можно заменить на КТ817 или другой аналогичный соответствующей проводимости.
Диод можно использовать любой маломощный, способный выдержать ток обмотки реле. В нашем варианте использован 1N4007.
Светодиод любой, желательно красного цвета свечения. Мы использовали 5 мм красный светодиод. Можно использовать мигающий светодиод со встроенным генератором для лучшей визуализации. Измерения показали, что нет необходимости установки токоограничивающего резистора, т.к. напряжение на нем равно 2В, а ток ограничивается самим ОУ LM358N.
Реле JZC-20F на 10А 12В, возможно применение и других аналогичных реле.
Кнопки применены разных цветов, зеленая на включение, красная — на отключение.
А теперь и фото самого контроллера УЗАБ, которые любезно предоставлены уважаемым i8086.
Собранное без ошибок и из исправных деталей устройство начинает работать сразу, наладка заключается в установке нужных порогов напряжения зажигания светодиода и отключения реле. Как ранее говорилось, это устройство успешно используется совместно с преобразователем для ноутбука, которые смонтированы в единый корпус. Необходимо отметить предложение Насти использовать данное схемное решение в автоматических зарядных устройствах, которые будут отключать цепь зарядки аккумулятора при достижении порогового уровня напряжения. На наш взгляд, нам есть над чем поработать!
Источник
Отключение нагрузки при разряде аккумулятора
- 05/11/2020 — Добавлено видео процесс травления печатной платы
Имеется некое устройство, которое питается от литий-титанатных аккумуляторов (LTO). В аккумуляторной сборке используется BMS — контроллер который не даёт аккумуляторам перезарядиться или разредиться ниже минимального напряжения. Если напряжение падает ниже минимального, BMS отключает нагрузку.
Казалось бы, что проблемы ни какой нет и BMS отключит нагрузку при достижении минимального напряжения… Но нет…
Происходит следующая ситуация:
- Напряжение падает ниже порогового значения, BMS отключает нагрузку.
- Постепенно, на аккумуляторах начинает расти напряжение (такая особенность всех типов аккумуляторов — без нагрузки, напряжение растёт до некоего значения).
- Напряжение повышается выше минимального порога и BMS включает нагрузку.
- Через какое-то время, под нагрузкой, напряжение опять падает и BMS снова отключает нагрузку.
- И так по кругу…
Происходить это может сотни (или даже тысячи) раз, пока аккумулятор не разрядится до того уровня, что после снятия нагрузки, напряжение не вырастет до нужного минимально допустимого значения.
Это конечно может привести к выходу из строя оборудования.
Вот и стоит задача — сделать устройство, которым можно включать нагрузку нажатием кнопки и что бы оно отключало нагрузку при достижении минимального напряжения, а также если пропадёт напряжение (если BMS сработал раньше) и снова появится, уже не включал нагрузку (пока не нажмёшь кнопку).
Схема для устройства
На просторах Интернет’а нашлась подходящая схема.
Схема отключения нагрузки при разряде аккумулятора
Но схему пришлось доработать:
- Что бы сократить потери на переходе транзистора и не использовать радиатор для охлаждения, в параллель были поставлены три транзистора 50N06. Это снизило сопротивление перехода в 3 раза.
- Напряжение отключения определяет стабилитрон DV1, но мне нужна регулировка в плюс хотя бы в пределах 1,5В, для этого поставил подстроечный резистор R7.
- Изначально, схема находится в выключенном состоянии, по этому добавляю кнопку (ON).
Принцип работы схемы:
- В изначальном положении при любом напряжении на аккумуляторной батареи, транзисторы VT2-4 закрыты, то есть нагрузка отключена.
- Мы нажимаем и отпускаем кнопку (ON), транзисторы VT2-4, открываются, нагрузка подключается.
- Если при этом, напряжение на стабилитроне VD1 более 8,2В, то он открывается и соответственно открывается транзистор VT1, который будет поддерживать в открытом состоянии транзисторы VT2-4.
- По мере разряда аккумуляторной батареи, напряжение на VD1 будет снижаться и когда опустится ниже 8,2В (или которое настроено), стабилитрон закроется и тем самым закроет все транзисторы и нагрузка отключится.
- Резистивный делитель на R6-8, дает нам возможность плавной регулировки напряжения отключения (в пределах 1,5В). Основной порог отключения, определяет стабилитрон VD1. Его можно подбирать под необходимые параметры в каждом конкретном случае.
Опытный образец
Элементная база была в наличии, надо было срочно сделать плату и отдать на испытания.
Разработку платы как всегда начал в Sprint Layout и первая версия была распечатана на лазерном принтере используя термобумагу от старого факса.
Результат меня не очень порадовал, но для опытной эксплуатации пойдет, собираем и отправляем на тестирование.
Как и предполагалось, испытания прошли на отлично.
Диапазон регулировки устроил, нагрев транзисторов VT2-4 был незначительный (при 10-12А, 14-9В). Схема отрабатывала свой функционал на все 100%.
Серийный образец
Печатная плата была немного оптимизирована. Добавлены клеммники для удобства подключения. Есть возможность использовать кнопку для ручного отключения, но для этого нужно разрезать дорожку под 3-4 контактом клеммника и установить нормально замкнутую кнопку. (Скачать окончательны вариант разводки платы в Sprint Layout).
Технология изготовления будет что и при изготовлении прототипа, единственная разница, попробую использовать глянцевую фотобумагу Lomond 150 gsm.
Глянцевая фотобумага Lomond 150 gsm
Тонер лег значительно плотнее и чётче, это не может не радовать. Дальше всё зависит от кривизны моих рук.
Теперь утюг в руки, лимонную кислоту в перекись водорода и вперед смотрим на результат.
Раствор готов, разогрет градусов до 40-50. Будем травить сразу 2 платы.
Теперь нужно просверлить отверстия, снять тонер мелкой шкуркой с водой и залудить дорожки.
Все комплектующие получены, можно приступать к сборке, более 30 минут это не займет.
После сборки все было покрыто лаком, условия эксплуатации планируются немного агрессивные.
Клеммы под выходы попросили не ставить, но потом все равно пришлось установить.
Это решение подойдет под любой тип аккумуляторов, а напряжение срабатывание можно подобрать под свои задачи.
Видео с проверкой платы
Источник