Недорогой эффективный индикатор разряда батареи
В этой статье представлена схема, в которой для визуальной светодиодной индикации разряда батареи использован маломощный КМОП компаратор. Светодиод управляется выходом LBO DC/DC преобразователя на низкой частоте и с низким коэффициентом заполнения. Схема практически не забирает от батареи дополнительного тока, что могло бы привести к необратимому повреждению батареи и, безусловно, внесло бы вклад в загрязнение окружающей среды. Кроме того, эта схема помогает сохранять энергию батареи путем отключения компаратора между циклами измерений. Для определения коэффициента заполнения и пороговых уровней компаратора приведены расчетные формулы и выполнен анализ схемы.
Обычным способом индикации разряда батареи, используемым в большей части оборудования с батарейным питанием, является включение светодиода. Однако, потребляя ток, светодиод усугубляет глубину разряда. Рассеиваемую светодиодом мощность вы можете значительно уменьшить, если он будет работать в импульсном режиме на низкой частоте и с низким коэффициентом заполнения.
Удобный способ управления светодиодом, показанный на Рисунке 1, предоставляет существующий у многих DC/DC преобразователей выход LBO (low-battery output – выход индикации разрядки батареи). MAX9030 – это миниатюрный недорогой компаратор с возможностью выключения, выпускаемый в 6-выводном корпусе SC70. До тех пор, пока напряжение батареи находится в пределах нормальных рабочих уровней, устройство остается отключенным, и включается по сигналу LBO, когда напряжение батареи падает ниже предустановленного порога.
Недорогой эффективный индикатор разряда батареи
Рисунок 1. Благодаря работе на низкой частоте и с низким коэффициентом
заполнения, этот индикатор разряда экономит энергию батареи
и продлевает срок ее службы.
Обратите внимание, что в представленной схеме сигнал LBO имеет высокий активный уровень. Если же активный уровень низкий, потребуется подключить дополнительную цепь, обведенную на схеме прямоугольником. Затем MAX9030 включается, и светодиод начинает мигать с частотой и периодичностью, определяемыми приведенными ниже расчетами.
Прежде всего, коэффициент заполнения должен быть низким:
Время tON включенного состояния получаем из формулы, описывающей заряд конденсатора:
Время tOFF пребывания в выключенном состоянии выводится из формулы для разряда конденсатора:
Уровни верхнего (VTRIPHI) и нижнего (VTRIPLO) порогов компаратора найдем, используя закон Кирхгофа для токов.
Типичное выходное напряжение VOUT компаратора равно VDD. Предположив, что коэффициент заполнения равен 2.5%, а сигнал включает компаратор, когда напряжение батареи равно 3 В, получим, что нижний и верхний уровни порогов равны 1 В и 2 В, соответственно. Стандартные номиналы компонентов, отвечающие этим условиям, будут следующими:
C1 = 0.1 мкФ,
R1 = R2 = R3 = 1 МОм,
R4 = 3.6 МОм,
R5 = 91 кОм.
Схема на Рисунке 1 пригодна для работы с сигналами LBO любой полярности (активный высокий или активный низкий). Типовой ток, потребляемый компаратором MAX9030, равен 35 мкА в активном режиме, и 0.05 мкА при отключении. Малые размеры схемы, низкое потребление мощности и невысокая цена идеально соответствуют требованиям, предъявляемым к системам с батарейным питанием.
Частая индикация разрядки или чрезмерный разряд нередко становятся причиной повреждения аккумуляторов. Это особенно опасно для металло-гидридных (NiMh) и литий-ионных (Li+) аккумуляторов. Напряжение на ненагруженной, полностью заряженной металло-гидридной ячейке равно 1.4 В. Она обеспечивает устройство средним напряжением питания 1.2 В и может разряжаться примерно до 0.9 В. Любой дальнейший разряд потенциально может привести к необратимому повреждению ячейки. Аналогично, литий-ионная ячейка при напряжении холостого хода 4.2 В способна питать схему номинальным средним напряжением 3.6 В. Она может разрядиться до напряжения порядка 2.5 В, однако, чтобы не нанести им вреда, литий-ионные элементы никогда нельзя разряжать ниже уровня 3 В. Большинство вышедших из строя аккумуляторов превращается в опасные отходы и, возможно, оказывается на свалках.
Проблема защиты окружающей среды от опасных отходов является глобальной. Эта практическая схема позволит избежать чрезмерного разряда аккумуляторов, а значит, сократить количество батарей, оказывающихся на свалке, и негативно воздействующих на окружающую среду.
https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=279133