Сигнализатор разряда аккумулятора своими руками. Какие существуют индикаторы заряда автомобильного аккумулятора. Делаем схему контроля зарядки аккумулятора для авто

Самое удивительное то, что схема индикатора уровня заряда аккумуляторной батареи не содержит ни транзисторов, ни микросхем, ни стабилитронов. Только светодиоды и резисторы, включенные таким образом, что обеспечивается индикация уровня подведенного напряжения.

Схема индикатора

Работа устройства основывается на начальном напряжении включения светодиода. Любой светодиод - это полупроводниковый прибор, который имеет граничную точку напряжения, только превысив которую он начинает работать (светить). В отличии от лампы накаливания, которая имеет почти линейные вольтамперные характеристики, светодиоду очень близка характеристика стабилитрона, с резкой крутизной тока при увеличении напряжения.
Если включить светодиоды в цепь последовательно с резисторами, то каждый светодиод начнет включаться только после того, как напряжение превысит сумму светодиодов в цепи для каждого отрезка цепи в отдельности.
Порог напряжения открытия или начала загорания светодиода может колебаться от 1,8 В до 2,6 В. Все зависит от конкретной марки.
В итоге, каждый светодиод загорается только после того, как загорелся предыдущий.

Схему я собрал на универсальной монтажной плате, спаяв вывода элементов между собой. Для лучшего восприятия я взял светодиоды разных цветов.
Такой индикатор можно сделать не только на шесть светодиодов, а к примеру, на четыре.
Использовать индикатор можно не только для аккумулятора, но для создания индикации уровня на музыкальных колонках. Подключив устройство к выходу усилителя мощности, параллельно колонке. Тем самым можно отслеживать критические уровни для акустической системы.
Возможно найти и другие применения этой, по истине, очень простой схемы.

Светодиодный индикатор уровня заряда обычной или аккумуляторной батареи, где все пороги устанавливаются с помощью потенциометров, можно собрать по приведённой в данном материале схеме. Огромным плюсом является то, что он работает с батареями от 3 до 28 В.

Схема индикатора разряда аккумулятора

Сами светоизлучающие диодные индикаторы бывают различных типов и цветов, рекомендуемые показаны на самой схеме. Из-за различий в прямом падении напряжения, токоограничивающие резисторы должны быть скорректированы для достижения наилучшей производительности и однородности свечения. По схеме R18-R22 предлагаются одинакового сопротивления — обратите внимание, что эти резисторы в итоге не должны быть равны. Однако, если все они одного цвета, одного номинала резистора будет достаточно.

Цвет светодиода — уровень заряда

Красный : от 0 до 25%
Оранжевый : 25 — 50%
Желтый : 50 — 75%
Зеленый : 75 — 100%
Синий : >100% напряжения

Здесь LM317 работает как простой источник опорного напряжения 1.25 В. Минимальное входное напряжение должно превышать выходное напряжение на значение в пару вольт. Минимальное входное напряжение = 1,25 В + 1,75 В = 3 В. Хотя LM317 имеет минимальную нагрузку по даташиту 5 мА, не обнаружен ни один экземпляр, который не функционировал бы при 3,8 мА. Именно резистор R5 (330 Ом) обеспечивает минимальную нагрузку.

При испытаниях оценивался уровень заряда 4,5 В батареи, именно для неё и приводятся напряжения на схеме. Настройка происходит так: сначала должны быть определены напряжения срабатывания каждого компаратора в соответствии с уровнем разряда батареи, потом напряжение должно быть разделено по коэффициенту деления делителя напряжения. Так, для 4,5 В АКБ, оно выглядит следующим образом:

Пороговое значение напряжений

4.8V 1.12V
4.5V 1.05V
4,2 0.98V
3.9V 0.91V

Работа индикатора состояния АКБ

Микросхема LM317 U3 — это 1.25 вольтовый источник опорного напряжения. Резисторы R5 и R6 образуют делитель напряжения, что снижает напряжение батареи до уровня, который находится недалеко от значения опорного напряжения. Элемент U2A является усилителем, так что независимо от того, сколько ток потребления этого узла, напряжение остается стабильным. Резисторы R8 — R11 обеспечивают высокое сопротивление на входы компаратора. U1 состоит из четырёх компараторов, которые сравнивают опорное напряжение потенциометров с напряжением батареи. ОУ LM358 U2B — тоже работает как своеобразный компаратор, который контролирует светодиод низшего порядка.

На граничных значениях напряжения светодиоды могут светить не чётко, как правило происходит мерцание между двумя соседними светодиодами. Чтобы предотвратить это, небольшое количество напряжения положительной обратной связи добавляется через R14 — R17.

Тестирование индикатора

Если тестирование проводится непосредственно с аккумулятора, обратите внимание, что защита от обратной полярности не предусмотрена. Лучше изначально цепи питания подключать через резистор 100 Ом, чтобы ограничить возможные неисправности. А после определения того, что полярность правильная, этот резистор может быть удален.

Упрощённая версия индикатора

Для тех, кто хочет собрать устройство попроще, микросхема U2, все диоды и некоторые резисторы могут быть устранены. Советуем начать с этой версии, а затем, убедившись в нормальной работе, собирать полную версию индикатора разряда аккумулятора. Всем удачи в запуске!

По случаю досталось мне два аккумулятора от ИБП Back-UPS 12V 7.2Ah (12 вольт,7 a/час), которые я дома использую на случай отключения света: радио послушать, телик маленький посмотреть, да и телефон с АОНом чтобы работал (правда там есть отсек для батареек, но зачем они нужны, если есть аккумулятор).

Разряжать же аккумулятор до уровня напряжения ниже допустимого не рекомендуется. Это приводит к снижению его емкости и преждевременному выходу из строя. Для 12-вольтового нижним порогом является напряжение 10 вольт, после чего требуется его зарядить. Стало быть надо регулярно тестером замерять напряжение или иметь индикатор разряда. Они бывают световые и звуковые. Световые - опять доставай, подключай и смотри. А если забыл..., да и не удобно. А этот нацепил на него и никаких забот. Как только напряжение снизится до 10 вольт выдаст звуковой сигнал.

Наверняка такая проблема уже решена успешно давно, полазил по интернету и на сайте www.radioman.ru попалась на глаза небольшая схемка. В отличие от моря других как-то вызвала сразу доверие и порывшись в барахле собрал то что изобразил на схеме.

Рис.1.

В дежурном режиме потребляемый ток не превышает 0.2 мА (ток саморазряда аккумулятора и то больше). Как только напряжение на аккумуляторе составит менее 10 вольт (буквально на 0.1 вольта, сам проверял) открываются транзисторы VT1 и VT2, после чего запускается автогенератор на транзисторах VT3 и VT4.

Пьезоизлучатель я применил от телефонного аппарата (от тонального звонка), дает достаточно громкости, на всю комнату.

Катушка намотана на каркасе от индуктивности фильтра БП персоналки (смотри рисунок платы) и содержит 800 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0.1 мм. Очень удобный каркас, натурально как катушка из под ниток и выводы запресованы снизу под печатный монтаж.

Рис.2.

Транзисторы подойдут любые маломощные.

Комбинацией номинала конденсатора С1 и витков катушки L1 в незначительных пределах можно менять частоту генератора. У меня получилось около 800 герц, дальше подбирать даже и не стал. Сел аккумулятор, свистит? Свистит, а другого от нее и не требуется. При исправных деталях нужно только установить порог срабатывания индикатора - 10 вольт. На этом настройка заканчивается.

Можно контролировать и 6 вольт и 24 вольта, только подбирать номиналы придется самому. Занятие скажем увлекательное...

В литературе часто публикуются описания устройств, оповещающих о разряде аккумуляторной батареи. Строятся они как на дискретных элементах, так и на микросхемах. Но для этих целей выпускаются и специализированные микросхемы, которые называются супервизорами (детектор понижения напряжения). Основой индикатора разряда АКБ является специализированная микросхема серии КР1171.

Эти микросхемы специально разработаны для контроля о снижении напряжения питания в микропроцессорной технике. В состав микросхемы входит источник опорного напряжения, компаратор, сравнивающий опорное и питающее напряжения, и транзисторный ключ, выполненный по схеме с открытым коллектором (Рис.1).

Для реализации простейшего индикатора достаточно подключить к микросхеме светодиод и токоограничительный резистор. При этом габариты устройства практически равны габаритам микросхемы и светодиода (резистор можно взять самый миниатюрный). Единственным недостатком данного индикатора можно считать жестко фиксированный ряд изготавливаемых микросхем в этой серии, каждая из которых рассчитана на конкретное пороговое напряжение. Пороговое напряжение для каждой микросхемы в серии указывается непосредственно в ее наименовании после букв СП. Основные характеристики приведены в табл.1.

Фиксированные пороговые напряжения хотя и создают некоторые трудности, но все же позволяют создавать индикаторы для разных аккумуляторов. Так на микросхеме КР1171СП20 (Uпор = 2 В) можно создать очень компактный индикатор для использования в устройствах, питаемых от двух никель-кадмиевых аккумуляторов - игрушках, фототехнике, плеерах, приемниках, фонарях и др. Малые габариты и минимальный ток потребления позволяют встроить индикатор в любое готовое устройство. Дальнейшим развитием индикатора может служить добавление звукового сигнализатора. Схема его может быть любой, но потребляемый ток в режиме «Выключено» должен быть как можно меньше, и сигнализатор должен сохранять работоспособность при необходимом пороговом напряжении. Для свинцовой герметичной аккумуляторной батареи на номинальное напряжение 12В был собран индикатор, схема которого приведена на рис.2.

Малый потребляемый ток в режиме «Вык.» позволяет встраивать данный индикатор в устройства с непрерывным контролем напряжения аккумуляторной батареи. При этом индикатор можно подключить до выключателя питания устройства, непосредственно на клеммы аккумулятора. Для переработки данного индикатора на другое напряжение достаточно поставить соответствующую микросхему серии КР1171 и рассчитать резистор R1 для нового напряжения. Исключение составляет КР1171СП20, т. к. при пороговом напряжении в 2В генератор на микросхеме К561ЛА7 отказывается работать.
Для достижения минимальных габаритов вместо динамика Ls1 желательно применить наиболее миниатюрный излучатель с приемлемой громкостью звучания. C помощью резистора R6 можно менять громкость звука. Резисторы - типа МЛТ, ОМЛТ и т.п. мощностью 0,125Вт. Конденсатор СЗ-любой с минимальным током утечки, остальные К10-7, К10-17 или КМ. Светодиод - любой с номинальным током не более 10 мА. Цвет, яркость и габариты выбираются исходя из конкретных условий. Настройка индикатора сводится к подбору резистора R6 для обеспечения максимальной громкости примененной модели пьезоизлучателя.

Думаю эта тема будет актуальна тем, у кого в пользовании более двух автомобилей. Как правило, один эксплуатируется зимой, другой — летом. То есть один из них сезон в году стоит в гараже или на стоянке. А пока он стоит там, мы не знаем, как себя чувствует его аккумулятор. Нет, конечно можно "щупать" его периодически вольтметром или купить готовый индикатор, коих много на том же Али-экспресс (например вставляющийся в прикуриватель). Но мне захотелось сделать свой индикатор, который бы показывал промежуточные значения остаточного заряда АКБ. Ну, например, — более 75%, 75%, 50% и 25% заряда. Причем хотелось бы так лениво радеть за здоровьем АКБ, чтобы лишний раз не лезть под капот авто и не распаковывать без надобности зарядное устройство.

Долго искал приемлемые схемы в инете. Собрал некоторые. Но все не то. То гистерезис срабатывания индикации такой, что лучше бы ее и не было, этой индикации, проще и надежнее тестером померить. То установки плавают и нет стабильности, то вообще яркость светодиода плавно изменяется в зависимости от напряжения на АКБ и поди узнай, что там на ней есть. И вот нашел одну схему на каком-то португальском сайте. Проста до неприличия и вроде должна работать. Построена она на операционном усилителе UA741. Вот она:

В ней я поменял только номинал стабилитрона с 6,2 в на 7,5 в. Срабатывания четкие. Светодиод загорается на нужной установке (регулируется подстроечным резистором R2). R2 лучше применять многооборотный, так как выставить им нужное напряжение не просто. Чувствительность в зоне срабатывания очень нежная и почти незримый поворот винта регулировки уносит нужное напряжение в сторону.

Настраивать необходимо, используя точный регулируемый лабораторный источник питания с цифровым вольтметром, показывающим десятые (а лучше сотые, я параллельно включал цифровой тестер) доли вольт. Поскольку я возжелал видеть степень зарядки АКБ в градациях указанных выше, я собрал схему из трех таких блоков. Вот рисунок печатки:

При полной зарядке батареи напряжение на ней выше 12,7 в, при этом ни один светодиод не горит и все прекрасно (фото 1).

Первый блок зажигает зеленый светодиод при напряжении на клеммах АКБ менее 12,5 в, что соответствует около 75% заряда АКБ (фото 2).

Второй зажигает желтый светодиод при напряжении ниже 12,2 в, что есть около 50% заряда (Фото 3).

Ну а третий, красный, загорается при напряжении ниже 11,7 в или около 25% остаточного заряда АКБ (Фото 4).

Значения установок напряжения я использовал для AGM батарей (у меня на автомобилях такие стоят). Для обычных кислотных их можно изменить на другие. Плату поместил в небольшой (40 мм х 70 мм) корпус. На корпусе разместил дополнительно малогабаритный выключатель в разрыве плюсового провода для удобства, чтобы не скидывать зажимы с клемм АКБ, когда не требуются замеры и чтобы устройство не потребляло при этом хотя и небольшой (около 20 мА, в основном определяется током горящих светодиодов) ток от батареи. К аккумулятору от устройства подключается двойной красно-черный провод с зажимами на концах (Фото 5).

Устройство подключено к клеммам аккумулятора стоящего в гараже автомобиля постоянно. Когда нужно, зайдя в гараж, без лишних "плясок" включаю выключатель на устройстве, наблюдаю, каким цветом горят "лампочки" и вижу здоров ли мой АКБ или его надо "подлечить".

Возможно, будет полезно почитать: