1. варіант №1
2. варіант №2
3. варіант №3
4. варіант №4
5. варіант №5
6. варіант №6
7. варіант №7
8. варіант №8
9. варіант №9
10. варіант №10
11. варіант №11
12. варіант №12
13. варіант №13

Що може бути сумніше, ніж раптово акумулятор, що сів в квадрокоптера під час польоту або відключити металошукач на перспективної галявині? От якби можна було б заздалегідь дізнатися, наскільки сильно заряджений акумулятор! Тоді ми могли б підключити зарядку або поставити новий комплект батарей, не чекаючи сумних наслідків.

І ось тут якраз народжується ідея зробити який-небудь індикатор, який заздалегідь подасть сигнал про те, що батарейка скоро сяде. Над реалізацією цього завдання пихкали радіоаматори всього світу і сьогодні існує цілий вагон і маленький візок різних схемотехнічних рішень - від схем на одному транзисторі до наворочених пристроїв на мікроконтролерах.

Далі будуть представлені тільки ті індикатори розряду li-ion акумуляторів, які не тільки перевірені часом і заслуговують вашої уваги, але і з легкістю збираються своїми руками.

Увага! Наведені в статті схеми тільки сигналізують про низькій напрузі на акумуляторі. Для попередження глибокого розряду необхідно вручну відключити навантаження або використовувати контролери розряду .

варіант №1

Почнемо, мабуть, з простенької схемки на стабілітроні і транзисторі:

Розберемо, як вона працює.

Поки напруга вище певного порогу (2.0 Вольта), стабілітрон знаходиться в пробої, відповідно, транзистор закритий і весь струм тече через зелений світлодіод. Як тільки напруга на акумуляторі починає падати і досягає значення близько 2.0В + 1.2В (падіння напруга на переході база-емітер транзистора VT1), транзистор починає відкриватися і ток починає перерозподілятися між обома світлодіодами.

Якщо взяти двоколірний світлодіод, то ми отримаємо плавний перехід від зеленого до червоного, включаючи всю проміжну гаму кольорів.

Типове відмінність прямого напруги в двоколірних світлодіодах складає 0.25 Вольта (червоний запалюється при більш низькій напрузі). Саме цією різницею визначається область повного переходу між зеленим і червоним кольором.

Таким чином, не дивлячись на свою простоту, схема дозволяє заздалегідь дізнатися, що батарейка початку підходити до кінця. Поки напруга на акумуляторі становить 3.25В або більше, горить зелений світлодіод. У проміжку між 3.00 і 3.25V до зеленого починає підмішувати червоний - чим ближче до 3.00 вольт, тим більше червоного. І, нарешті, при 3V горить тільки чисто червоний колір.

Недолік схеми в складності підбору стабилитронов для отримання необхідного порога спрацьовування, а також в постійному споживанні струму близько 1 мА. Ну і, не виключено, що дальтоніки не оцінять цю задумку з мінливими квітами.

До речі, якщо в цю схему поставити транзистор іншого типу, її можна змусити працювати протилежним чином - перехід від зеленого до червоного відбуватиметься, навпаки, в разі підвищення напруги. Ось модифікована схема:

варіант №2

В наступною схемою використана мікросхема TL431, що представляє собою прецизійний стабілізатор напруги.

Поріг спрацьовування визначається дільником напруги R2-R3. При зазначених у схемі номіналах він становить 3.2 Вольта. При зниженні напруги на акумуляторі до цього значення, мікросхема перестає шунтировать світлодіод і він запалюється. Це буде сигналом до того, що повний розряд батареї дуже близький (мінімально допустима напруга на одній банці li-ion одно 3.0 В).

Якщо для живлення пристрою застосовується батарея з декількох послідовно включених банок літій-іонного акумулятора, то наведену вище схему необхідно підключити до кожної банки окремо. Ось таким чином:

Для настройки схеми підключаємо замість батарей регульований блок живлення і підбором резистора R2 (R4) добиваємося запалювання світлодіода в потрібний нам момент.

варіант №3

А ось проста схема індикатора розрядки li-ion акумулятора на двох транзисторах: Поріг спрацьовування задається резисторами R2, R3. Старі радянські транзистори можна замінити на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) і BC556, BC557 (КТ3107).

варіант №4

Схема на двох польових транзисторах, що споживає в режимі очікування буквально мікроструми.

При підключенні схеми до джерела живлення, позитивне напруга на затворі транзистора VT1 формується за допомогою дільника R1-R2. Якщо напруга вище напруга відсічення польового транзистора, він відкривається і притягує затвор VT2 на землю, тим самим закриваючи його.

У певний момент, у міру розряду акумулятора, напруга, що знімається з дільника стає недостатнім для відмикання VT1 і він закривається. Отже, на затворі другого польовика з'являється напруга, близьке до напруги харчування. Він відкривається і запалює світлодіод. Світіння світлодіода сигналізує нам про необхідність підзарядки акумулятора.

Транзистори підійдуть будь-які n-канальні з низькою напругою відсічення (чим менше - тим краще). Працездатність 2N7000 в цій схемі не перевірялася.

варіант №5

На трьох транзисторах:

Думаю, схема не потребує пояснень. Завдяки великому коеф. посилення трьох транзисторних каскадів, схема спрацьовує дуже чітко - між палаючим і не палаючим світлодіодом досить різниці в 1 соту частку вольта. Струм при включеній індикації - 3 мА, при вимкненому светодиоде - 0.3 мА.

Не дивлячись на громіздкий вигляд схеми, готова плата має досить скромні габарити:

З колектора VT2 можна брати сигнал, що дозволяє підключення навантаження: 1 - дозволено, 0 - заборонено.

Транзистори BC848 і BC856 можна замінити на ВС546 і ВС556 відповідно.

варіант №6

Ця схема мені подобається тим, що вона не тільки включає індикацію, а й відрубує навантаження.

Шкода тільки, що сама схема від акумулятора не відключається, продовжуючи споживати енергію. А жере вона, завдяки постійно палаючого светодиоду, чимало.

Зелений світлодіод в даному випадку виступає в ролі джерела опорного напруги, споживаючи струм близько 15-20 мА. Щоб позбутися від такого ненажерливого елемента, замість джерела зразкового напруги можна застосувати ту ж TL431, включивши її за такою схемою *:

* катод TL431 підключити до 2-го висновку LM393.

варіант №7

Схема із застосуванням так званих моніторів напруги. Їх ще називають супервізорами і детекторами напруги (voltdetector'амі). Це спеціалізовані мікросхеми, розроблені спеціально для контролю за напругою.

Ось, наприклад, схема, підпалювали світлодіод при зниженні напруги на акумуляторі до 3.1V. Зібрано на BD4731.

Погодьтеся, простіше нікуди! BD47xx має відкритий колектор на виході, а також самостійно обмежує вихідний струм на рівні 12 мА. Це дозволяє підключати до неї світлодіод безпосередньо, без обмежувальних резисторів.

Аналогічним чином можна застосувати будь-який інший супервизор на будь-яке інше напруга.

Ось ще кілька варіантів на вибір:

• на 3.08V: TS809CXD , TCM809TENB713 , MCP103T-315E / TT , CAT809TTBI-G ;
• на 2.93V: MCP102T-300E / TT , TPS3809K33DBVRG4 , TPS3825-33DBVT , CAT811STBI-T3 ;
• серія MN1380 (Або 1381, тисячі триста вісімдесят дві - вони відрізняються тільки корпусами). Для наших цілей краще всього підходить варіант з відкритим стоком, про що свідчить додаткова циферка "1" в позначенні мікросхеми - MN13801, MN13811, MN13821. Напруга спрацьовування визначається буквеним індексом: MN13811-L якраз на 3,0 Вольта.

Також можна взяти радянський аналог - КР1171СПхх:

Залежно від цифрового позначення, напруга детекції буде різним:

Сітка напруг не дуже-то підходить для контролю за li-ion акумуляторами, але зовсім скидати цю мікросхему з рахунків, думаю, не варто.

Незаперечні достоїнства схем на моніторах напруги - надзвичайно низьке енергоспоживання у вимкненому стані (одиниці і навіть частки мікроампер), а також її крайня простота. Найчастіше вся схема вміщується прямо на висновках світлодіода:

Щоб зробити індикацію розряду ще більш помітною, вихід детектора напруги можна навантажити на миготливий світлодіод (наприклад, серії L-314). Або самому зібрати просту "Моргалки" на двох біполярних транзисторах.

Приклад готової схеми і повідомляла про сіла батарейці за допомогою вибухає світлодіода наведено нижче:

Ще одна схема з моргає світлодіод буде розглянута нижче.

варіант №8

Крута схема, яка запускає моргання світлодіода, якщо напруга на літієвому акумуляторі впаде до 3.0 Вольта:

Ця схема змушує спалахувати надяскравих світлодіод з коефіцієнтом заповнення 2.5% (тобто тривала пауза - коротка спалах - знову пауза). Це дозволяє знизити споживаний струм до смішних значень - у вимкненому стані схема споживає 50 нА (нано!), А в режимі моргання світлодіодом - всього 35 мкА. Чи зможете запропонувати що-небудь більш економічне? Навряд чи.

Як можна було помітити, робота більшості схем контролю за розрядом зводиться до порівняння якогось зразкового напруги з контрольованим напругою. Надалі ця різниця посилюється і включає / відключає світлодіод.

Зазвичай в якості підсилювача різниці між опорною напругою і напругою на літієвому акумуляторі використовують каскад на транзисторі або операційний підсилювач, включений за схемою компаратора.

Але є й інше рішення. В якості підсилювача можна застосувати логічні елементи - інвертори. Так, це нестандартне використання логіки, але це працює. Подібна схема приведена в наступному варіанті.

варіант №9

Схема на 74HC04.

Робоча напруга стабілітрона повинне бути нижче напруга спрацьовування схеми. Наприклад, можна взяти стабілітрони на 2.0 - 2.7 Вольта. Точне підстроювання порога спрацьовування задається резистором R2.

Схема споживає від батареї близько 2 мА, так що її теж треба включати після вимикача харчування.

варіант №10

Це навіть не індикатор розряду, а, скоріше, цілий світлодіодний вольтметр! Лінійна шкала з 10 світлодіодів дає наочне уявлення про стан акумулятора. Весь функціонал реалізований всього на одній-єдиній мікросхемі LM3914 :

Дільник R3-R4-R5 задає нижню (DIV_LO) і верхнє (DIV_HI) порогові напруги. При зазначених на схемі значеннях світіння верхнього світлодіода відповідає напруга 4.2 Вольта, а при зниженні напруги нижче 3х вольт, згасне останній (нижній) світлодіод.

Підключивши 9-ий висновок мікросхеми на "землю", можна перевести її в режим "точка". В цьому режимі завжди світиться тільки один світлодіод, відповідний напрузі харчування. Якщо залишити як на схемі, то буде світитися ціла шкала з світлодіодів, що нераціонально з точки зору економічності.

Як світлодіодів потрібно брати тільки світлодіоди червоного світіння, тому що вони мають найменшим прямим напругою при роботі. Якщо, наприклад, взяти сині світлодіоди, то при сів до 3х вольт акумуляторі, вони, швидше за все, взагалі не загоряться.

Сама мікросхема споживає близько 2.5 мА, плюс 5 мА на кожен запалений світлодіод.

Недоліком схеми можна вважати неможливість індивідуальної настройки порога запалювання кожного світлодіода. Можна задати тільки початковий і кінцевий значення, а вбудований в мікросхему дільник розіб'є цей інтервал на рівні 9 відрізків. Але, як відомо, ближче до кінця розряду, напруга на акумуляторі починає дуже стрімко падати. Різниця між акумуляторами, вбраними на 10% і 20% може становити десяті частки вольта, а якщо порівняти ці ж акумулятори, тільки разряженненние на 90% і 100%, то можна побачити різницю в цілий вольт!

Типовий графік розряду Li-ion акумулятора, наведений нижче, наочно демонструє дану обставину:

Таким чином, використання лінійної шкали для індикації ступеня розряду акумулятора видається не надто доцільним. Потрібна схема, що дозволяє задати точні значення напруг, при яких буде загорятися той чи інший світлодіод.

Повний контроль над моментами включення світлодіодів дає схема, представлена ​​нижче.

варіант №11

Дана схема є 4-розрядних індикатором напруги на акумуляторі / батарейці. Реалізована на чотирьох ОУ, що входять до складу мікросхеми LM339 .

Схема працездатна аж до напруги 2 Вольта, споживає менше міліампера (не рахуючи світлодіода).

Зрозуміло, для відображення реального значення витраченої і залишилася ємності акумулятора, необхідно при налаштуванні схеми врахувати криву розряду акумулятора (з урахуванням струму навантаження). Це дозволить поставити точні значення напруги, відповідні, наприклад, 5% -25% -50% -100% залишкової ємності.

варіант №12

Ну і, звичайно, широкий простір відкривається при використанні мікроконтролерів з вбудованим джерелом опорного напруги і мають вхід АЦП. Тут функціонал обмежується тільки вашою фантазією та вмінням програмувати.

Як приклад наведемо найпростішу схему на контролері ATMega328.

Хоча тут, для зменшення габаритів плати, краще було б взяти 8-міноги ATTiny13 в корпусі SOP8. Тоді було б взагалі шикарно. Але нехай це буде вашим домашнім завданням.

Світлодіод узятий триколірний (від світлодіодним стрічки), але задіяні тільки червоний і зелений.

Готову програму (скетч) можна завантажити за цим посиланням .

Програма працює наступним чином: кожні 10 секунд опитується напруга живлення. Виходячи з результатів вимірювань МК управляє світлодіодами за допомогою ШІМ, що дозволяє отримувати різні відтінки світіння змішанням червоного і зеленого кольорів.

Свежезаряженних акумулятор видає близько 4.1В - світиться зеленим кольором. Під час зарядки на АКБ присутня напруга 4.2В, при цьому буде моргати зелений світлодіод. Як тільки напруга впаде нижче 3.5В, почне блимати червоний світлодіод. Це буде сигналом до того, що акумулятор майже сів і його пора заряджати. В іншому діапазоні напруг індикатор буде міняти колір від зеленого до червоного (в залежності від напруги).

варіант №13

Ну і на закуску пропоную варіант переробки стандартної плати захисту (їх ще називають контролерами заряду-розряду ), Що перетворює її в індикатор сів акумулятор.

Ці плати (PCB-модулі) видобуваються зі старих батарей мобільних телефонів мало не в промислових масштабах. Просто підбираєте на вулиці викинутий акумулятор від мобіли, потрошити його і плата у вас в руках. Все інше утілізіруете як годиться.

Увага!!! Трапляються плати, що включають захист від переразряда при неприпустимо низькій напрузі (2.5В і нижче). Тому з усіх наявних у вас плат необхідно відібрати тільки ті екземпляри, які спрацьовують при правильному напрузі (3.0-3.2V).

Найчастіше PCB-плата являє собою ось таку схемку:

Мікрозбірка 8205 - це два мілліомних польовика, зібраних в одному корпусі.

Внісши в схему деякі зміни (показані червоним кольором), ми отримаємо прекрасний індикатор розряду li-ion акумулятора, практично не споживає струм у вимкненому стані.

Так як транзистор VT1.2 відповідає за відключення зарядного пристрою від банки акумулятора від при перезаряді, то він в нашій схемі зайвий. Тому ми повністю виключили цей транзистор з роботи, розірвавши ланцюг стоку.

Резистор R3 обмежує струм через світлодіод. Його опір необхідно підібрати таким чином, щоб світіння світлодіода було вже помітним, але споживаний струм ще не був занадто великий.

До речі, можна зберегти всі функції модуля захисту, а індикацію зробити за допомогою окремого транзистор, керуючий світлодіодом. Тобто індикатор буде загорятися одночасно з відключенням акумулятора в момент розряду.

Замість 2N3906 підійде будь-який наявний під рукою малопотужний pnp транзистор. Просто підпаяти світлодіод безпосередньо не вийде, тому що вихідний струм мікросхеми, керуючий ключами, занадто малий і вимагає посилення.

Будь ласка, враховуйте той факт, що схеми індикаторів розряду самі споживають енергію акумулятора! Щоб уникнути неприпустимого розряду, підключайте схеми індикаторів після вимикача харчування або використовуйте схеми захисту, запобігають глибокий розряд .

Як, напевно, не складно здогадатися, схеми можуть бути використані і навпаки - як індикатор заряду.