Усовершенствованный ограничитель разрядки аккумуляторной батареи
И. НЕЧАЕВ, г. Москва
Предлагаемое устройство постоянно контролирует напряжение батареи аккумуляторов во время её эксплуатации, не допуская глубокой разрядки, отрицательно влияющей на состояние аккумуляторов.
Ограничитель разрядки отключает нагрузку от батареи при уменьшении напряжения ниже заранее установленного порогового значения. Описание устройства аналогичного назначения опубликовано в [1 ] Однако оно не имеет гистерезиса порога срабатывания. В результате этого, когда напряжение батареи под нагрузкой окажется меньше порога срабатывания, а без нагрузки — больше, то устройство будет периодически отключать и подключать нагрузку до тех пор, пока напряжение батареи без нагрузки не станет ниже порога срабатывания. Предлагаемое устройство не имеет этого недостатка, так как при его проектировании предусмотрен гистерезис порога срабатывания.
Схема ограничителя разрядки показана на рис. 1. В его состав входят два основных элемента — микросхема параллельного стабилизатора напряжения DA1 и сильноточный р-канальный переключательный полевой транзистор VT1. Микросхема DA1 использована как компаратор [2], контролирующий напряжение батареи, транзистор VT1 — как электронный ключ, разрывающий цепь питания нагрузки.
Устройство работает следующим образом. Через микросхему DA1 течёт ток не более 0,5 мА. не зависящий от напряжения на её входе управления, пока оно меньше порога включения микросхемы (около 2,5 В). Когда напряжение на входе управления превысит порог включения микросхемы, ток через неё существенно возрастёт
Порог срабатывания устройства устанавливают подстроечным резистором R1. На вход управления микросхемы контролируемое напряжение поступает через фильтр НЧ R3C2, чтобы устройство реагировало на среднее значение питающего напряжения, а не на мгновенные его изменения. Чем больше ёмкость конденсатора С2, тем менее оно чувствительно к пульсациям этого напряжения.
Когда напряжение батареи превышает установленный порог, через микросхему протекает ток несколько миллиампер, падение напряжения на резисторе R2 достаточно для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии, поэтому нагрузка подключена к батарее. Благодаря тому что сопротивление открытого канала транзистора VT1 составляет сотые доли ома, потери напряжения на нём даже при токе в несколько ампер невелики.
Когда напряжение батареи станет менее установленного порога, ток через микросхему упадёт, напряжение на резисторе R2 окажется недостаточным для открывания транзистора VT1, в результате чего он закроется и разорвёт цепь питания нагрузки. При подключении разряженной батареи транзистор VT1 вообще останется закрытым.
Чтобы переключение происходило более чётко, в устройство введена положительная обратная связь через резистор R4. Благодаря этому устройство обладает гистерезисом: отключение нагрузки осуществляется при меньшем напряжении питания, чем её подключение Величину гистерезиса можно регулировать подборкой резистора R4. Для указанных на схеме номиналах гистерезис составил 0,4 В при напряжении питания 9 В и 0,6 В при напряжении питания 12 В.
Если напряжение питания ниже порога срабатывания и увеличивается, то напряжение на входе управления микросхемы также возрастает. Но так как нагрузка обесточена, напряжение на вход управления поступает с движка резистора R1 через делитель R3R4. Поэтому подключение нагрузки происходит при напряжении на движке резистора R1, на несколько сотен милливольт большем порога включения микросхемы.
Когда ток через микросхему начинает расти, транзистор VT1 открывается и на выходе появляется напряжение. Через резистор R4 оно поступает на вход управления микросхемы, напряжение на нём возрастает, что приводит к тому, что ток через неё возрастает ещё больше и в конечном итоге транзистор VT1 открывается полностью. При уменьшении питающего напряжения происходит обратный процесс.
Так как полевой транзистор VT1 начинает открываться при напряжении затвор—исток 2,5...3 В, то устройство может работать в интервале питающих напряжений от 5...7 В до 20 В. В нём можно применить микросхему TL431, номера выводов которой на схеме указаны в скобках, переключательные транзисторы с р-канапом из списка, приведённого в [3], подстроечный резистор СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33, оксидный конденсатор — К50-35, неполярный — К10-17.
При использовании малогабаритных деталей для поверхностного монтажа габариты устройства можно сделать небольшими. Для примера на рис. 2 показан эскиз печатной платы при использовании микросхемы TL431CD в корпусе SO-8 и транзистора IRLML6402P в корпусе SOT-23. Этот транзистор имеет сопротивление канала в открытом состоянии 0,06 Ом и малый ток утечки в закрытом состоянии (несколько микроампер). Он обеспечивает коммутацию тока до 2...3 А. Подстроечный резистор R1 — POZ3AN. Оксидный конденсатор — танталовый импортный типоразмера D. Резисторы — Р1-12.
Налаживание проводят с реальной нагрузкой и аккумуляторной батареей. Перед первым включением движок под-строечного резистора R1 устанавливают в нижнее по схеме положение. Резистор R2 подбирают так, чтобы при выключенной микросхеме DA1 транзистор VT1 был закрыт, а при включённой — открыт. Порог срабатывания устанавливают движком подстроечного резистора R1, а его гистерезис — подборкой резистора R4. Следует учесть, что эти регулировки взаимосвязаны, поэтому для достижения требуемых параметров может возникнуть необходимость повторить их поочерёдно. Величину гистерезиса устанавливают так, чтобы при снижении напряжения батареи нагрузка отключалась без повторного подключения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Ограничитель разрядки аккумуляторной батареи. — Радио, 2004, № 6, с. 38.
2. Нечаев И. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. — Радио, 2003, № 5, с. 53, 54.
3. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.
Радио 1-2012