В том случае, если электронные устройства питаются от гальванических источников тока, например батарей, то всегда крайне желательно иметь информацию о степени их заряженности. Это позволит оперативно судить о возможности их дальнейшего использования.
Даже простейший индикатор напряжения батареи под нагрузкой может оказать неоценимую услугу. В последние годы широко используются схемы контроля напряжения химических источников питания, где в качестве индикатора используется один или несколько светодиодов. При этом редкое мигание зеленого светодиода контрольного устройства свидетельствует о том, что напряжение на батарее в норме, а мигание красного светодиода свидетельствует о разряде батареи ниже допустимого напряжения.
Одна из таких схем, предназначенная для контроля батареи с напряжением 9 В, была опубликована в чешском радиолюбительском журнале PE-AR [1]. Первоначально она вызвала интерес простотой схемы и доступностью своих радиокомпонентов, но при ее повторении оказалось, что ряд номиналов требует корректировки.
В отличие от многих простейших схем контроля напряжения источника питания схема Figur 1 обладает достаточно высокой стабильностью работы. Во многом этому способствовало использование интегрального таймера серии 7555. Это КМОП-аналог импортного таймера 555 или отечественного КР1006ВИ1. Использование этой микросхемы, по мнению автора публикации [1], позволяет предельно уменьшить потребление тока схемой контроля, что особенно важно для устройств, питаемых от химических источников тока (батарей).
Микросхема IC1 в схеме Abb. 1 включена как мультивибратор. Заряд конденсатора С1 происходит через резистор R1 и диод D1. Разряд этого конденсатора происходит через резистор R2 и открытый разрядный транзистор микросхемы IC1 через вывод 7.
Рис. 1
Различие номиналов резисторов R1 и R2 в десять раз обеспечивает большую скважность выходных импульсов таймера IC1, что энергетически очень целесообразно.
Схема была задумана ее автором так, чтобы при уменьшении напряжения контролируемой батареи ниже определенного предела потребитель получал информацию об этом. Для этого вывод 4 IC1 питается падением напряжения на резисторе R4. В свою очередь, этот резистор подключен к контролируемому источнику напряжения (батарее) через стабилитрон D3. Напряжение стабилизации стабилитрона D5 для этой схемы (при работе с батареей, имеющей номинальное напряжение 9 В) определено автором статьи [1] как 5.6 В. Таким образом, минимально допустимое напряжение на батарее задано 5.8 В.
Если напряжение на батарее в норме, то изредка (при формировании на выходе ИМС ICI короткого положительного импульса) будет вспыхивать оба светодиода G и R светодиодной сборки D4, и сборка будет светиться желтым цветом. По мере понижения напряжения на батарее до примерно 7 В тиристор VD1 перестанет отпираться, и будет вспыхивать только красный светодиод сборки D3. Это свидетельствует о том, что батарею надо ставить на зарядку. Когда напряжение на батарее станет ниже 5.9 В, светодиоды перестанут вспыхивать – батарея полностью разряжена.
Для «разрешения» работы таймера IC1 в режиме мультивибратора необходимо, чтобы напряжение на выводе 4 этой микросхемы превышало примерно 0.6 В. При меньших напряжениях работа таймера блокируется, и на выходе (вывод 3) присутствует низкий потенциал.
Как это часто бывает, при повторении схем не всегда удается приобрести рекомендуемые радиокомпоненты. Так, вместо стабилитрона D3 типа BZX83V005.6 (5.6 В, 0.5 Вт) был применен импортный стабилитрон с маркировкой PH C 5V6 (5.6 В, 1 Вт). При этом оказалось, что номинал резистора R4 пришлось уменьшать с 330 кОм до 33 кОм.
Во время заряда батареи с подключенным к ней контрольным устройством, при напряжении контролируемой батареи больше примерно 5.8…5,9 В зажигается и начинает мигать красный светодиод R матрицы D4.
В исходной схеме [1] последовательно с красным кристаллом матрицы D4 включался дополнительный светодиод красного цвета свечения D5. На этом светодиоде при его свечении происходит падение напряжения около 1.25…1,3 В. Однако для визуальной индикации работы схемы вполне достаточно двухцветной светодиодной матрицы D4, поэтому вместо «красного единичного» светодиода D5 были использованы два маломощных диода D5 и D6 типа 1N4148.
Резистивный делитель напряжения R5R6 определяет порог включения маломощного тиристора VD1 типа MCR100-8 (рис.1). Известно, что тиристоры имеют достаточно большой разброс тока управления, при котором они включаются. В данной схеме этот порог задается, в частности, соотношением резисторов R5 и R6 при конкретном выходном напряжении таймера. Для того чтобы зажигался зеленый светодиод G светодиодной сборки D4, при рекомендованном в статье [1] напряжении 7 В и использованном в схеме экземпляре тиристора типа MCR100-8, пришлось уменьшить номинал резистора R5 до 22 кОм, при номинале R6 22 кОм.
Для того чтобы это устройство могло работать с аккумуляторами, имеющими другое номинальное напряжение (в пределах от 6 до 18 В), необходимо установить стабилитрон D3 с напряжением стабилизации равным минимально допустимому напряжению на данной батарее. Затем необходимо будет произвести подбор номиналов резисторов R5 и R6 для настройки порога включения тиристора VD1 при том напряжении, при котором данную батарею уже надо ставить на зарядку.
Fachliteratur
- Obvod kontroly 9 V baterie PE-AR – 2015. – №3. – S.39-40.!
Autor: Андрей Николаев, г. Запорожье