цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Автор: Mike(admin) от 11-09-2020, 03:55

Простой индикатор уровня заряда аккумулятора своими руками


В современном мире мы используем батареи и аккумуляторы почти в каждом электронном гаджете, от вашего портативного мобильного телефона, цифрового термометра, умных часов до электромобилей, самолетов, спутников и даже робота-вездехода, используемого на Марсе, заряда батареи которого хватило на 700 солей (марсианских дней). Можно с уверенностью сказать, что без изобретения этих электрохимических накопителей мир, каким мы его знаем, не существовал бы.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Существует много различных типов батарей, таких как свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, литий-ионные и т. д. С развитием технологий мы видим появление новых изобретенных батарей, таких как воздушно-литиевые, твердотельные литиевые батареи и т. д., которые имеют более высокую емкость накопителя энергии и высокий диапазон рабочих температур. Но во многих приложениях важно не просто использовать их, но и знать количество оставшегося заряда. Поэтому в этом материале мы узнаем, как создать простой индикатор уровня заряда аккумулятора 12 В с помощью операционного усилителя.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Хотя уровень заряда батареи – это неоднозначный термин, потому что мы не можем реально измерить оставшийся в батарее заряд, если мы не используем сложные вычисления и измерения с использованием системы управления батареями. Но в простых приложениях у нас нет роскоши этого метода, поэтому мы обычно используем простой метод оценки уровня заряда батареи на основе напряжения разомкнутой цепи, который действительно хорошо работает для свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В, поскольку их кривая разряда почти линейна от уровня 13,8 В до уровня 10,1 В, которые обычно считаются ее верхним и нижним крайними пределами.


В этом проекте мы разработаем и соберем индикатор уровня заряда батареи 12 В с помощью микросхемы LM324 на базе четырехканального операционного усилителя, которая позволяет нам использовать 4 компаратора на одном кристалле. Мы измерим напряжение аккумулятора и сравним его с заранее заданным напряжением, используя LM324, и включим светодиоды для отображения уровня выходного сигнала, который мы получаем.


LM324

LM324 – это микросхема с четырьмя операционными усилителями, питающимися от общего источника питания. Диапазон дифференциального входного напряжения может быть равен диапазону напряжения источника питания. Входное напряжение смещения по умолчанию очень низкое и составляет 2 мВ. Диапазон рабочих температур составляет от 0 °C до 70 °C при температуре окружающей среды, тогда как максимальная температура перехода может достигать 150 °C. Как правило, операционные усилители могут выполнять математические операции и могут использоваться в различных конфигурациях, таких как усилитель, повторитель напряжения, компаратор и т. д. Таким образом, используя четыре операционных усилителя в одной микросхеме, вы сэкономите место и уменьшите сложность схемы. Она может питаться от одного источника питания в широком диапазоне напряжений от -3 В до 32 В, что более чем достаточно для тестирования уровня заряда батареи до 24 В.


Полная схема, используемая для создания индикатора заряда батареи 12 В, представлена далее. Здесь для иллюстрации использовалась батарея 9 В, но можно предполагать, что это аккумулятор 12 В.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Если вам не нравятся графические схемы, то можно изобразить все в виде более привычной принципиальной схемы.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Теперь давайте приступим к пониманию работы схемы. Для простоты мы можем разделить схему на 2 разные части. Во-первых, нам нужно решить, какие уровни напряжения мы хотим измерить в цепи, и вы можете соответствующим образом разработать схему делителя напряжения на основе резисторов. В этой схеме D2 представляет собой опорный стабилитрон с номиналом 5,1 В и 5 Вт, поэтому он будет стабилизировать выходное напряжение до 5,1 В. Сопротивление 4 кОм подключено последовательно к заземлению, поэтому падение напряжения примерно 1,25 В будет на каждом резисторе, который мы будем использовать для сравнения с напряжением батареи. Опорные напряжения для сравнения составляют примерно 5,1 В, 3,75 В, 2,5 В и 1,25 В.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Кроме того, здесь есть еще одна схема делителя напряжения, которую мы будем использовать для сравнения напряжений батареи с напряжениями, выдаваемыми делителем напряжения, подключенным к стабилитрону. Этот делитель напряжения важен, потому что, настраивая его значение, вы будете определять точки напряжения, за пределами которых вы хотите включить соответствующие светодиоды. В этой схеме мы последовательно выбрали резистор 1,6 кОм и резистор 1,0 кОм, чтобы обеспечить коэффициент деления 2,6.


Таким образом, если верхний предел батареи составляет 13,8 В, то соответствующее напряжение, заданное делителем потенциала, будет 13,8 / 2,6 = 5,3 В, что больше, чем 5,1 В, заданное первым опорным напряжением стабилитрона, поэтому все светодиоды будут светиться, если напряжение аккумулятора составляет 12,5 В, то есть не полностью заряжено и не полностью разряжено, тогда соответствующее напряжение будет 12,5 / 2,6 = 4,8 В, что означает, что оно меньше 5,1 В, но больше трех других опорных напряжений, поэтому только три светодиода будут загораться. Таким образом, мы можем определить диапазоны напряжения для включения каждого светодиода.


Во второй части схемы мы просто управляем разными светодиодами для разных уровней напряжения. Поскольку LM324 является компаратором на основе ОУ, поэтому всякий раз, когда неинвертирующий вывод конкретного ОУ имеет более высокий потенциал, чем инвертирующий вывод, выходной сигнал ОУ будет повышен до приблизительно уровня напряжения VCC, который в нашем случае является напряжением батареи. Здесь светодиод не загорится, потому что напряжения на аноде и катоде светодиода равны, поэтому ток не будет течь. Если напряжение инвертирующего вывода выше, чем напряжение неинвертирующего вывода, тогда выходной сигнал ОУ будет понижен до уровня GND, следовательно, светодиод включится, потому что на его выводах есть разность потенциалов.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

В нашей схеме мы подключили неинвертирующий вывод каждого ОУ к резистору 1 кОм цепи делителя потенциала, подключенной к батарее, а инвертирующие выводы подключены к различным уровням напряжения от делителя потенциала, подключенного к стабилитрону. Таким образом, всякий раз, когда распределенное напряжение батареи будет ниже соответствующего опорного напряжения, то выход будет подтянут, и светодиод не включится.


Теперь, когда мы закончили проектирование схемы, нам нужно изготовить ее на монтажной плате. Если вы хотите, вы также можете сначала протестировать ее на макете, чтобы увидеть ее работу и отладить ошибки, которые вы можете увидеть в схеме.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Поскольку LM324 может работать с широким диапазоном источников питания в диапазоне от -3 В до 32 В, вам не нужно беспокоиться о предоставлении какого-либо отдельного источника питания для LM324, поэтому мы использовали только одну пару винтовых клемм для печатной платы, которые будут напрямую подключены к клеммам аккумулятора и питать всю печатную плату. С помощью этой схемы вы можете проверить уровни напряжения от мин. 5,5 В до макс. 15 В.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе

Если вы хотите увеличить диапазон тестирования напряжения с 12 В до 24 В, поскольку LM324 способен тестировать аккумулятор до 24 В, вам просто нужно изменить коэффициент деления делителя напряжения, подключенного к аккумулятору, чтобы они были сопоставимы с заданными уровнями напряжения. а также удвоить сопротивление, подключенное к светодиодам, чтобы защитить их от протекания через них сильного тока.


Простой и дешевый индикатор уровня заряда батареи на одном операционном усилителе



© digitrode.ru


Теги: индикатор, аккумулятор




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий