Устройства защиты аккумуляторов. Блок защиты аккумуляторов от разряда Защита от глубокого разряда

Всем известно, что глубокая разрядка аккумуляторных батарей резко уменьшает срок эксплуатации последних. Для того чтобы исключить такой режим работы аккумуляторов применяют различные схемы – ограничители разрядки. С появлением микросхем и мощных полевых переключательных транзисторов такие схемы стали иметь небольшие габариты, стали более экономичными.

Схема ограничителя, ставшая уже классической, показана на рисунке 1, ее можно встретить во многих схемах радиолюбителей. Устройство предназначено для работы в составе бесперебойного источника питании домашнего инкубатора. Полевой транзистор VT1 – IRF4905 в данной схеме выполняет функцию ключа, а микросхема КР142ЕН19 является компаратором напряжения.

При замыкании контактов К1, это контакты реле, которые подключают аккумулятор при отсутствии напряжения сети 220В, на схему подается напряжение с аккумуляторной батареи GB1, но так как сам по себе транзисторный ключ открыться не может, то для его запуска введены два дополнительных элемента – С1 и R2. И так, при появлении напряжения на входе, начинает заряжать конденсатор С1. В первый момент начала его заряда затвор транзистора оказывается зашунтирован этим конденсатором на общий провод схемы. Транзистор открывается и если напряжение на аккумуляторной батарее находится выше установленного на компараторе порога, он остается открытым и далее, если же напряжение ниже…, то транзистор сразу же закрывается. Порог отключения аккумулятора от нагрузки устанавливается резистором R3. Компаратор работает следующим образом. По мере разряда аккумуляторной батареи напряжение на выводе 1 микросхемы DA1 КР142ЕН19 будет уменьшаться и как только оно приблизится к опорному напряжению данной микросхемы -2,5В, начнет увеличиваться напряжение на ее выводе 3, что соответствует уменьшению напряжения на участке исток-затвор транзистора VT1. Транзистор начнет закрываться, что приведет к еще большему уменьшению напряжению на выводе 1 DA1. Возникает лавинообразный процесс закрывания VT1. В результате этого нагрузка будет отсоединена от аккумулятора. Ток нагрузки, коммутируемый данным транзистором, может быть увеличен в разы при условии соблюдения теплового режима транзистора. Я имею в виду установку его на радиатор, но не забывайте, что при температуре кристалла 100°С, максимальный ток стока уменьшается до 52А. Мощность стока транзистора 200Вт дана в справочнике для температуры 25°С.

Резистор R1 нужен для создания необходимого тока через микросхему, который должен быть не менее одного миллиампера. Конденсаторы С1 и С3 блокировочные. R4 это сопротивление нагрузки. Если последовательно с нагрузкой включить диод, лучше с барьером Шоттки, то можно ввести в данную схему индикатор перехода работы на аккумуляторную батарею – светодиод HL1. Для экономии энергии батареи в качестве индикатора лучше взять сверхъяркий светодиод и подобрать номинал резистора R по нужной яркости.

Рисунок печатной платы ограничителя разряда аккумулятора скачать можно здесь.

Простое устройство, состоящее всего из двух транзисторов, поможет каждому автовладельцу защитить аккумулятор своей машины от полного разряда. Это особенно актуально для тех, чьи автомобили не оснащены сигнализатором непогашенного света фар.

Характеристики устройства.

• Напряжение отключения - 10±0,5В.
• Максимальный ток, работающего устройства- 1 мА.
• Максимальный ток, отключенного устройства- 10 мкА.
• Максимально допустимый проходящий ток через устройство - 5А.
• Кратковременный ток – 10 А (не дольше 5 сек).
• Время срабатывания при коротком замыкании в нагрузке не более - 100 мкс.

Электрическая схема.

В основе работы используется полевой транзисторN-канального типа, например,RFP50N06, который выполняет роль «ключа». При падении напряжения питания до 10,5 В., защита срабатывает и аккумулятор отключается от нагрузки. При подаче напряжения для заряда происходит автоматическое включение устройства.

Еще одна функция, которую осуществляет схема – защита от короткого замыкания.

Схема очень проста и содержит минимальное количество радиоэлементов, поэтому для ее повторения не требуется обязательного изготовления печатной платы. При наличии всех необходимых деталей, меньше чем за полчаса, сборка может быть осуществлена на специальной монтажной плате или с применением навесного монтажа.

Учитывая высокие токи проходящие через устройство, пайку необходимо производить тщательно. MOSFET-транзистор желательно закрепить на радиаторе, для предупреждения его перегрева и выхода из строя.

Наладка сводится к подбору сопротивления R3 и R4, которые отвечают за порог срабатывания (чем выше их значение, тем чувствительнее схема).

SW – микро переключатель без фиксации, небольших габаритов, для включения защты. При желании, можно не использовать, активируя устройство кратковременным замыканием клеммы (-) аккумулятора с выходом «минус».

Список необходимых запчастей и их ориентировочная стоимость:

1. Полевой транзистор – 1 шт (60руб) – RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
2. Транзистор КТ 361 – 1 шт (5 руб).
3. Резисторы маломощные – 4 шт (по 1 руб) – 3 на 10 кОм, и 1 на 100 кОм
4. Стабилитрон – 1 шт – 6 руб

Таким образом, если не учитывать цену на расходные материалы (припой, электроэнергия для паяльника), себестоимость такого электронного защитного аппарата составляет менее 75 рублей.

Простой автоусилитель моноблок на TDA1560Q Автомобильный бездроссельный БП на IRS2153 для ноутбуков и мобильников Внешний USB-разъем в автомагнитоле

Представленная схема защищает аккумулятор от глубокого разряда (разряд ниже минимально допустимого напряжения) или отключает нагрузку от источника при понижении напряжения. После разряда батареи до минимального напряжения питания устройство отключает нагрузку от батареи. Подходит для защиты батарей, таких как свинцово-кислотных (Pb), NiCd, NiMH, Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов.

Пороговое напряжение определяется суммой напряжений на стабилитроне ZD1, б-э- переходе транзистора Т1 и на резисторе R1. Для запуска схемы необходимо нажать кнопку TL1. Пока напряжение на аккумуляторе достаточно велико, T1 и T2 открыты. При уменьшении напряжения, ток прекращает течь через стабилитрон, транзисторы T1 и T2 закрываются. Т2 работает в ключевом режиме, таким образом, нет медленным постепенным закрытия транзистора.

На рис. 2 вы можете увидеть модифицированную схему, где кнопка TL1 позволяет включения и выключения нагрузки. Устройство, таким образом, служит не только в качестве защиты, но также в качестве выключателя питания.

Максимальное входное напряжение зависит от максимального напряжения V GS транзистора Т2. Минимальное входное напряжение зависит от напряжения, при котором Т2 открывается еще надежно. Обычно, для MOSFETов -это примерно 5В, низкое напряжение логические MOSFETы могут работать при более низких напряжениях. Это позволяет применить схему для работы с Li-Ion / Li-Pol , которых имеет мин. напряжение приблизительно 3,4 В. При небольшом напряжении стабилитрон ZD1 может быть заменен комбинацией последовательно соединенных диодов.

Я тестировал схему с IRF3205 и IPB06N03LA в зависимости от Т2. Примечание: желательно последовательно с батареей подключить предохранитель, в противном случае существует риск возгорания в случае неудачи.

Рис. 1 - Принципиальная схема защиты аккумулятора от глубокого разряда (пониженного).

Создавая устройства с автономным питанием необходимо позаботиться о защите аккумулятора от глубокого разряда. Достаточно один раз упустить момент и допустить глубокую разрядку акб ниже минимального порога напряжения и ваш аккумулятор выйдет из строя, либо потеряет часть емкости и окажется неспособен работать на номинальных токах нагрузки.

С целью предотвращения случаев снижения напряжения ниже критической отметки в разрыв цепи акб- потребитель устанавливают схемы защиты, которые состоят из нескольких узлов:
компаратора и силового ключа.

Требования к схеме защиты:

• малый ток утечки (собственное потребление)
• коммутация токов сравнимых с максимально допустимыми для АКБ

Данная схема защиты от глубокого разряда аккумулятора собиралась для защиты кислотно-гелевого 6 вольтового АКБ емкостью 4 ампер-часа, но она может быть настроена и на работу с 12 вольтовыми акб и выше, вплоть до напряжения питания микросхемы ne7555. Прообразом этой платы, была найденная в каком-то журнале и немного измененная. Вместо обычного стабилитрона, был введен регулируемый стабилитрон TL431 который позволяет настраивать напряжение отсечки (отключения нагрузки) в совокупности с подстройкой резистивного делителя R6/R7. С 3-ей ножки микросхемы таймера 555 сигнал стал не засвечивать светодиод, а открывать n-p-n транзистор, который в свою очередь открывает силовой ключ N-channel полевой транзистор. Обратите ваше внимание на характеристики данного транзистора, он должен быть рассчитан на работу с предполагаемыми токами нагрузки, и еще немаловажная деталь- это напряжение открытия затвора. Если вы планируете схему для 6 вольтового акб вам необходим полевой транзистор с напряжением открытия 5 вольт n-channel logic level mosfet. Полевые транзисторы «общего силового» назначения с напряжением открытия 10-20 вольт вам не подойдут, так как при напряжении между затвором и истоком транзистора 5 вольт они будут находиться не в режиме насыщения а в линейном режиме, что приведет к сильному тепловыделению и выходу из строя.