Sari la conținut


Indicator Low Battery



Publicat de Ianing , 29 mai 2014 · 2.487 Vizualizari
- - - - -
Exploatarea corectă a acumulatoarelor necesită urmărirea atentă a stării lor de încărcare şi evitarea descărcării lor excesive, care le scurtează durata de funcţionare sau poate duce la distrugerea lor rapidă.
Un circuit indicator este foarte util şi ne scuteşte de surprize sau de necesitatea măsurătorilor repetate ale tensiunii electromotoare.
Am găsit două scheme (nu ştiu când şi unde) pe care am căutat să le adaptez pentru baterii etanşe cu plumb, de 6 şi 12 V, de capacitate medie şi mică.
Un asemenea circuit, format din două etaje, monitorizează tensiunea bateriei şi indică prin aprinderea unui LED, atingerea teniunii limită de descărcare.
El poate fi conectat printr-un întrerupător, un buton cu contacte normal-deschise sau chiar direct la bornele de alimentare ale consumatorului.
Circuitele funcţionează în două stări:starea de supraveghere S1 respectiv starea de alertă S2 şi trebuie să aibă un consum cât se poate de mic, ţinând cont că intră în stare de alertă când bateria este deja descărcată şi nu trebuie să o suprasolicite, chiar dacă nu observăm imediat acest lucru, ci numai după mai multe ore.
Circuitele (Fig. 1 şi 2) erau iniţial dimensionate pentru LEDuri funcţionând la 20 mA, ceea ce nu este un consum prea semnificativ pentru o baterie auto, dar total inadmisibil pentru o baterie de 1…2 Ah.
Ca atare, m-am apucat să le analizez pe fiecare în parte şi să reduc consumurile.
Am alimentat diverse LEDuri (roşii) la curenţi mici şi am observat că cele mai multe luminează suficient de vizibil la curenţi de 1,2…1,5 mA, dimensionând ca atare rezistoarele R5.
Câteva LEDuri roşii cu capsulă incoloră transparentă luminează chiar supărător la 1,5 mA.

Imagine postată


Cât timp tensiunea bateriei este peste limită (5,5V pentru bateria de 6V, respectiv 11V pentru cea de 12 V), dioda Zener (Fig.1) respectiv divizorul R1, R2 (Fig. 2) pun în conducţie tranzistorul T1, care î-l blochează pe T2.
Când tensiunea bateriei scade sub limită, se blochează T1 care î-l deschide pe T2 şi LEDul luminează, lucru valabil la ambele scheme.
Pentru ca T2 să conducă la saturaţie, trebuie ca să primească un curent de bază minimum egal cu Ic/b, unde Ic este curentul care circulă prin transistor şi b factorul de amplificare în curent.
Acest curent este furnizat de către tranzistorul T1 (blocat) prin rezistorul R4, care poate fi dimensionat corespunzător, luând un coeficient de siguranţă de cca. 3…4 şi considerând factorul b= 100, chiar dacă am ales un transistor cu un factor mai mare.
La rândul lui, tranzistorul T1 are nevoie de un curent de bază deasemeni egal cu Ic/b, furnizat de către divizorul R1,R2, pentru care alegem un curent de cca. 5 ori mai mare decât cel rezultat din calcul şi dimensionând pe R1 astfel ca la acest curent să asigure pe baza lui T1 o tensiune de minimum 0,75V, pentru schema din Fig.2.
Cu toate că unii tranzistori funcţionează cu curenţi de bază de sub 1 µA am realizat divizorul R1,R2 pentru 20 µA, pentru că la curenţi foarte mici variaţii relativ mici de temperatură pot deregla circuitul.
Pentru reducerea în continuare a consumului, am înlocuit LEDul cu lumină continuă cu un LED roşu clipitor (blinking) de 1 Hz, obţinând două avantaje: consumul s-a redus în raportul timp de pauză/timp activ, adică de cca. 10 ori, iar lumina intermitentă este mult mai uşor observabilă.
Pentru a putea ajusta circuitul ca să funcţioneze corect rezistorul R2 va fi neapărat împărţit în două, un rezistor de sute de kΩ în serie cu unul de ajustare de zeci de kΩ sau chiar kΩ.
In acest mod am obţinut un circuit care în starea S1 consumă 80 µA şi în S2 are un consum mediu de 0,2 mA.
Conectat direct, circuitul descarcă (teoretic) o baterie de 1,3 Ah în 16250 ore (aproape 2 ani), practic cam în jumătate din timp ţinând cont şi de autodescărcarea bateriei şi poate fi conectat chiar şi direct fără riscuri.
Consumul foarte mic impune însă o reglare destul de laborioasă şi mare consumatoare de timp, dacă circuitul urmează să funcţioneze la temperaturi mult variabile.
Primul circuit pe care l-am construit (cu un LED cu lumină continuă) funcţiona afară şi la temperatură negativă era în stare de alertă cu bateria încărcată.
Pentru remedierea defectului, am redus rezistorul de ajustare cu cca. 5 kΩ şi lucrurile au revenit la normal.
Circuitul din Fig. 1 nu poate fi dimensionat pentru curenţi foarte mici, pentru că o diodă Zener mică ( de ex. seria ZPD sau BZX55) necesită cel puţin 0,8...1 mA, rezistorul R1 urmând a fi dimensionat corespunzător, pentru a asigura curentul necesar.
Deşi teoretic este ridicol să comanzi 50 µA cu 1 mA (normal ar trebui să fie invers) schema funcţionează din prima şi nu necesită alte reglaje mai complicate decât sortarea unei diode Zener .
Curenţii minimi obţinuţi au fost de 0,85 mA în starea S1 şi 0,25 mA (curent mediu) în starea S2, pentru un circuit funcţionând la 6V.
La tensiunea de 12 V circuitul nu pune probleme, cotul Zener este foarte net şi factorul de temperatură pozitiv al diodei Zener compensează factorul de temperatură negativ al tranzistorului.
Sub 5 V cotul Zener devine din ce în ce mai larg pe măsura scăderii tensiunii şi factorul de temperatură din ce în ce mai negativ, iar reglajele se pot complica.

Modul practic de lucru.
Recomand călduros a folosi numai piese recuperate pentru două motivefoarte întemeiate:
1. Piesele îmbătrânite natural nu-şi mai modifică proprietăţile caracteristice.
2. Ele nu costă decât timpul necesar pentru recuperare.
Am folosit tranzistori BC548 sau 549 ( pentru că am mai mulţi) ,dar se pot folosi orice tranzistori de 100 mA ( BC 107...109, BC 172...174 etc.) cu un factor de amplficare b de 200...250.
Pentru un circuit compact am utilizat rezistori de 0,1W deasemeni recuperaţi.
Măsuraţi în prealabil toate piesele, că surprize există tocmai la piese pe care nu le bănuim a nu fi corespunzătoare.
Lipiturile trebuie să fie foarte bune şi am folosit sacâz din abundenţă.
Pentru reglajul circuitului din Fig. 2, în locul rezistorilor R2 am pus un potenţiometru de 50 kΩ , reglat la maximum ca rezistenţă variabilă şi legat în serie cu un rezistor fix de 100 kΩ.
Se alimentează circuitul la tensiunea limită dintr-un alimentator variabil sau (la nevoie) dintr-o baterie şi un potenţiometru conectat ca divizor de tensiune (curent de cca. 5...10 mA) şi se reglează substitutul R1, R2 până când LEDul se stinge.
Pentru observarea exactă am folosit un LED obişnuit.
Se măsoară rezistenţa ansamblului şi se înlocuieşte cu un cuplu de rezistoare fixe, cu valoarea însumată imediat inferioară celei măsurate.
De exemplu am obţinut o valoare de 239 kΩ şi am folosit 220 k + 15k.
După terminarea montajului se curăţă cu alcool izopropilic sacâzul impurificat de pe plăcuţă şi se lăcuieşte circuitul imprimat cu lac nitro pentru a evita eventualele surprize provocate de umiditate excesivă.
LEDul poate fi montat fie în circuitul emitorului, fie în circuitul colectorului lui T2 la oricare dintre scheme.
După câteva încercări am ajuns să prefer montajul în emiter care asigură o comutare mai netă.

Calcule necesare
R5 = (Ua – Uled)/Ic unde: Ua = tensiunea normală de alimentare, Uled = 2V, Ic= curentul prin tranzistorul T2 (1,2...1,5 mA).
R4= Ua/Ib unde: Ib = curentul de bază al lui T2 = (4…5) Ic/100 , 100 fiind factorul de amplificare de calcul ales mai înainte.
Tensiunea de saturaţie a tranzistorilor se neglijează fiind mică.
R1+ R2 = Ua/Ibt1 unde: Ibt1=Ict1/100 unde: Ict1 curentul de colector al lui T1=Ua/R4.
Aici curentul de bază de calcul al lui T1 rezultă mult prea mic pentru o funcţionare stabilă şi R1+R2 prea mari , aşa că s-a ales un curent de 20µA prin divizor şi atunci R1 + R2 = Ua/0.00002.
R1= Uebt1/Idiv = 0,75/0,00002 = 37500 Ω

Imagine postată

Bibliografie
1. Cataloage de tranzistori IPRS, PHILIPS , datasheet etc.
2. I.Ristea, C.A.Popescu Stabilizaroare de tensiune E.T.1983
  • tye ii(le) place mesajul asta



emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc