Схема защиты кислотно-свинцового аккумулятора от разряда. Радиотехника, электроника и схемы своими руками

Что-то попаять захотелось… Не отказывать же себе в таком удовольствии 🙂

Предыстория такова. Собираю квадрокоптер 🙂 Нужны хорошие аккумуляторы: большой ёмкости, с хорошей токоотдачей, лёгкие. Т.е. литий-ионные. Была закуплена пара аккумуляторов и было решено их протестировать. Я в последнее время проверяю всё что покупаю в Китае. Гораздо лучше собирать устройство из заведомо исправных деталей: во-первых, есть время перезаказать детальку если пришла дохлая, во-вторых, на столе элемент проверить проще чем в устройстве и не придётся выдирать его из недр в случае чего. Входной контроль — это правильно!

Итак, проверяю мои батарейки и обнаруживаю что они показывают ёмкость заметно меньше заявленной. Ну, бывает, полежали на складе и всё такое (хотя напряжение было в норме и это должно было насторожить). Помню что аккумуляторы можно «потренировать», т.е. провести несколько циклов разряд-заряд и тогда ёмкость может восстановиться.

Ставлю одну батарею на зарядник iMax B6 , который умеет автоматически управлять процессами разряда и заряда. Процесс долгий… что делать со второй? Ага, мысль! Давай-ка я её по-старинке, лампочкой разряжу! Да, я знаю что литий-ионные аккумуляторы нельзя разряжать ниже примерно 3 Вольт на элемент («банку»), но у меня же есть тестер, я буду контролировать напряжение прям на балансировочном разъёме… В общем, плохая идея. Я, конечно закрутился и угандошил батарейку в ноль 🙁

Я думал — ничего страшного. Прошлый опыт с никель-кадмием говорит что полный разряд это плохо, но не смертельно. Ан нет! Моему аккумулятору хватило одного раза чтобы один элемент из трёх вздулся и сдох (пришлось его ампутировать и теперь у меня есть 2S аккумулятор). Т.е. литий-ионный аккумулятор разряжать ниже 3В на элемент не просто нельзя, а совсем, вообще нельзя!

Так, думаем дальше. Далеко не во всех приборах, особенно самодельных есть контроллер, который не даст разрядить батарею до опасного уровня. Значит нужно некое устройство, которое будет следить за напряжением и предупредит в случае чего. Моделисты всего мира в голос ржут надо мной за такую свежую идею 😀

Как это сделать? Мысль потекла в какие-то влажные дали, в сторону схемы на микроконтроллере с поэлементным контролем батареи… И тут на глаза попалось видео , в котором была предложена очень простая аналоговая схемка, которая отключает питание при снижении напряжения ниже заданного порога. Правда, она следит только за общим напряжением на батарее и не контролирует отдельные «банки»…. но мы же заряжаем наш аккумулятор по-честному, на балансирующем заряднике , поэтому при работе достаточно знать общее напряжение.

Пока я размышляю, китайцы действуют! И вот один из них накосячил вместо заказанных «кренок» (L7805) прислал мощные МОП-транзисторы (они же MOSFET). Нууууу… раз столько всего сошлось — пора браться за паяльник 🙂

Так, схема годная. Но есть нюанс (c). В ней есть кнопка запуска. Т.е. чтобы включить нагрузку, надо подать напряжение и кратковременно нажать кнопку. Неудобно: два действия вместо одного. Хочу без кнопки!

Устройство для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V. (У меня вышло ровно 10,5 В) Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1 мА. Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10 мкА. Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.(30 Ватт лампочка 2,45 А - Мосфит без радиатора +50 градусов(комнатная +24))

Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А. Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс

ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Подключите устройство между аккумулятором и нагрузкой в следующей последовательности:
- подключите клеммы на проводах, соблюдая полярность (оранж. провод +(красный), к аккумулятору,
- подключите к устройству, соблюдая полярность (плюсовая клемма помечена значком +), клеммы нагрузки.

Для того чтобы на выходе устройства появилось напряжение нужно кратковременно замкнуть минусовой выход на минусовой вход. Если нагрузку кроме аккумулятора питает другой источник, то этого делать не надо.

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ;

При переходе на питание от аккумулятора, нагрузка разряжает его до напряжения срабатывания устройства защиты (10± 0.5V). При достижении этой величины, устройство отключает аккумулятор от нагрузки, предотвращая дальнейший его разряд. Включение устройства произойдет автоматически при подаче со стороны нагрузки напряжения для заряда аккумулятора.

При коротком замыкании в нагрузке устройство также отключает аккумулятор от нагрузки, Включение его произойдет автоматически, если со стороны нагрузки подать напряжение больше 9,5V. Если такого напряжения нет, то надо кратковременно перемкнуть выходную минусовую клемму устройства и минус аккумулятора. Резисторами R3 и R4 устанавливается порог срабатывания.

Запчасти

1. Монтажная плата(не обязательно, можно навесу)
2. Полевой транзистор любой, подбирайте по А и В. Я взял RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
3. Резисторы 3 на 10 ком, и 1 на 100 ком
4. Биполярный транзистор КТ361Г
5. Стабилитрон 9.1 В
Доп. Можно клеммы + Микрик для запуска.(Я себе не делал т.к. у меня это будет часть другого устройства)
6. Можно по светодиоду на вход и выход для наглядности(Подбирайте резистор, паяйте в параллельно)

Паяльник+олово+спиртоканифоль+кусачки+проводки+мультиметр+нагрузка и т.д. и т.п. Паял Оловянно-сопельным путём. Травить на плате мне не охота. Лейаута нет. Нагрузка 30 Ватт, Ток 2,45 А полевик греется на +50 град(комнатная +24). Охлаждение не нужно.

Пробывал нагрузку 80 Ватт … ВАХ-ВАХ. Температура за 120 град. Дорожки начали краснеть… Ну сами знаете нужно радиатор, Хорошо пропаянные дорожки.

Несоблюдение правил эксплуатации аккумуляторов (АКБ) (перезаряд, глубокий разряд) сокращает срок службы и ухудшает характеристики этих изделий. В радиолюбительской литературе описано довольно много устройств, предназначенных для контроля напряжения батарей. Для аккумуляторов малой емкости главное требование малый потребляемый ток.

При замыкании контактов реле К1, которые подсоединяют АКБ при отсутствии сетевого напряжения 220В, на схему поступает напряжение с АКБ GB1, но так как транзисторный ключ сам открыться не может, то для его запуска используются пассивные компоненты - С1 и R2. При появлении напряжения на входе, начинает заряжать емкость С1. В начальный момент заряда затвор полевого транзистора оказывается зашунтирован емкостью на общий провод. Транзистор открывается, а если напряжение на АКБ находится выше установленного уровня на компараторе, он остается открытым, если напряжение ниже порога, то полевой транзистор закрывается. Уровень отключения АКБ от нагрузки задается резистором R3. По мере разряда АКБ напряжение на первом выводе DA1 КР142ЕН19 будет снижаться и как только оно приблизится к опорному напряжению микросхемы, где-то 2,5В, начнет расти напряжение на ее третьем выводе, что соответствует снижению уровня напряжения на истоке-затворе VT1. Транзистор закрываться, что приведет к резкому снижению напряжению на первом выводе DA1. Идет лавинообразный процесс запирания VT1. В результате, нагрузка будет отключена от АКБ. Ток нагрузки, коммутируемый этим полевиком, может быть увеличен в несколько раз при установке транзистора на радиатор.

Сопротивление R1 нужно для создания требуемого тока через микросборку, который должен быть не ниже одного миллиампера. Емкости С1 и С3 блокировочные. R4 сопротивление нагрузки. Для экономии энергии АКБ в роли индикатора лучше использовать сверхъяркий светодиод и подобрать номинал резистора R до нужной яркости.

Индикатор разряда аккумулятора предназначен для получения оперативного предупреждения о разряде аккумуляторной батареи, что поможет защитить вас от многих проблем. Предлагаемая схема достаточно проста, а вся регулировка заключается в выставление порога срабатывания переменным резистором для включения светодиодной индикации.

На рисунке ниже изображена принципиальная схема индикатора для контроля напряжения в пределах 7-9 В аккумуляторной батареи типа 7Д-0,115, которые часто используют в переносной аппаратуре. За основу взята схема, опубликованная в , где источник опорного напряжения и пороговое устройство выполнены на универсальной логической микросхеме К176ЛП1, причем отмеченный авторами этой публикации недостаток - заметная зависимость порога от окружающей температуры (снижается на 0,25 В с ростом температуры на 10°С) можно считать вполне приемлемой платой за малое энергопотребление. Этот датчик, кроме изменения параметров нескольких резисторов, дополнен генератором импульсов на КМОП-инверторах К176ЛА7.

Напряжение контролируемого аккумулятора с делителя на резисторах R1-R3 подается на вход компаратора (вывод 3 DD1). Если напряжение на нем окажется выше установленного резистором R2 порога, на его выходе (вывод 12) - лог."0", который удерживает генератор импульсов в заторможенном состоянии. При этом на выводе 3 DD1 - лог."1", а инвертор DD2.3 обеспечивает выключение светодиода. В этом состоянии энергопотребление не превышает нескольких микроампер, что позволяет подключать индикатор к аккумулятору (АКБ), минуя выключатель питания, и контролировать его состояние постоянно. Если напряжение оказывается ниже порога, то на выходе компаратора появляется лог.1", запускающая генератор на элементах DD2.1-DD2.2. Светодиод VD1, являющийся нагрузкой инвертора DD2.3, начинает вспыхивать с частотой около 1 Гц, и устройство потребляет хотя и меньший, чем в прототипе, но все-таки значительный ток (единицы миллиампер). Соединение светодиода VD1 непосредственно с выходом инвертора без балластного резистора возможно, поскольку логический элемент действует как источник тока - выходной ток ограничивается величинами начальных токов КМОП-структур и согласуется с интервалом рабочих токов большинства светодиодов.

Печатная плата устройства (вид со стороны проводников). Предусмотрена возможность составления резисторов R1 и R4 из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Неиспользуемые входы лишнего элемента 2И-НЕ микросхемы DD2 заземлены.

Эта конструкция разработана для функционирования в составе аварийного источника питания со стационарной герметичной аккумуляторной батареей FIAMM-GS 12 В емкостью 7,2 А.ч.

В отличие от автомобильных батарей, в таком источнике питания батарея подзаряжается от сетевого зарядного устройства постоянно, через ограничитель тока и напряжения. При правильном конструировании перезаряд практически исключен и индицировать повышенное напряжение явно излишне. Но крайне необходим контроль степе- ни разряда батареи после исчезновения сетевого напряжения и переключения по- требителей на резервный источник, чтобы предотвратить глубокую разрядку и вовремя отключить эту нагрузку. Желательно также, чтобы индикатор разряда показывал несколько уровней - близкий к но минальному заряд (при подзарядке аккумуляторной батареи от сети), а также разряд, например, на уровне 50 и 75%.Схема уже имеет двухпороговый компаратор (за основу взята схема включения двух операционных усилителей), который в сочетании с генератором импульсов и двумя светодиодными индикаторами способен показывать 3 степени разрядки батареи, причем две из них для большей заметности - миганием, при разрядке на половину емкости. Пороги срабатывания компараторов устанавливают резисторами делителя напряжения R1 (подстройка), R2-R4. Указанные в схеме номиналы соответствуют двум порогам: U1=12,1 В (DA1.1) и U2=12,8 В (DA1.2) при опорном напряжении Uоп = 3,3 В, полученным от стабилитрона типа КС133А зарядного устройства.

При другом применении следует предусмотреть для него место на печатной плате вместе с резистором 1-1,2 кОм. Один из компараторов (ОУ DA1.2) управляет генератором импульсов, а второй (ОУ DA1.1) - цветом включенного светодиода. Логику работы индикатора поможет иллюстрировать таблица. Если напряжение батареи превышает U2, на выходе компаратора DA1.2 (контрольная точка D) будет лог."0", который удерживает генератор импульсов, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, R5, C2 аналогично предыдущей схеме, в ждущем режиме. В контрольной точке G, куда подключены катоды обоих светодиодов, присутствует лог."0". Цвет включенного в данный момент времени светодиода определяется напряжением на выходе компаратора DA1.1 (контрольная точка C) - при лог."0" погаснет зеленый VD4, но инвертор DD1.1 (контрольная точка E) включит красный VD3. Когда Ucc ниже порога U1, на выходе DA1.2 в точке D появляется лог."1", которая запускает генератор импульсов, и в точке G появляется меандр: при "0" светодиоды горят, а при "1" выключены.

Диоды VD1 и VD2 блокируют появление на светодиодах напряжения обратной полярности. Несмотря на то что светодиоды могли бы быть подключенными к выходам логических элементов DD1 непосредственно, как в предыдущей конструкции, в данном устройстве все-таки установлен балластный резистор R6. Это сделано потому, что здесь напряжение питания индикатора выше, и зеленый светодиод в дежурном режиме светится постоянно. Что- бы излишне не разогревать корпус и не превышать рекомендуемый в предел мощности для микросхемы DD1, ток ограничен на уровне 10 мА - яркость импортного двухцветного светодиода вполне достаточна, чтобы его включение было заметным даже при дневном свете. Таким образом, постоянно светящийся зеленый индикатор показывает нормальное состояние и достаточный заряд акку- мулятора; мигание зеленого указывает на скорое исчерпание емкости; мигание красного - на необходимость через короткое время отключить резервируемые устройства. Потребляемый ток индикатора около 25-30 мА, что вполне приемлемо для стационарной аккумуляторной батареи такой емкости.

Печатная плата со стороны проводников. В обоих устройствах можно использовать следующие детали: резисторы - любые подходящие по размеру; конденсаторы: C1 малогабаритные электролитические на напряжение не менее 16 В (их емкость некритична), C2 - керамические малогабаритные импортные; светодиоды типа АЛ307 или любые другие, которые повторяющий конструкцию сочтет подходящими по цвету и размеру. В первом индикаторе микросхему DD2 можно заменить на К561ЛА7, но DD1 аналогов в других сериях не имеет. Во втором индикаторе DA1 можно заменить (с коррекцией печатной платы) любой парой одинарных или сдвоенным ОУ с напряжением питания 15 В, а диоды VD1, VD2 - на КД521, КД522 с любым индексом или импортным аналогом 1N4148. Наладка обоих устройств сводится к подбору резисторов в делителях и уточнению порогов подстроечными резисторами. Описанные конструкции эксплуатируются без замечаний более 2 лет.

Не секрет, что Li-ion аккумуляторы не любят глубокого разряда. От этого они хиреют и чахнут, а также увеличивают внутреннее сопротивление и теряют емкость. Некоторые экземпляры (те, которые с защитой) могут даже погрузиться в глубокую спячку, откуда их довольно проблематично вытаскивать. Поэтому при использовании литиевых аккумуляторов необходимо как-то ограничить их максимальный разряд.

Для этого применяют специальные схемы, отключающие батарею от нагрузки в нужный момент. Иногда такие схемы называют контроллерами разряда.

Т.к. контроллер разряда не управляет величиной тока разряда, он, строго говоря, никаким контроллером не является. На самом деле это устоявшееся, но некорректное название схем защиты от глубокого разряда.

Вопреки распространенному мнению, встроенные в аккумуляторы (PCB-платы или PCM-модули) не предназначены ни для ограничения тока заряда/разряда, ни для своевременного отключения нагрузки при полном разряде, ни для корректного определения момента окончания заряда.

Во-первых, платы защиты в принципе не способны ограничивать ток заряда или разряда. Этим должно заниматься ЗУ. Максимум, на что они способны - это вырубить аккумулятор при коротком замыкании в нагрузке или при его перегреве.

Во-вторых, большинство модулей защиты отключают li-ion батарею при напряжении 2.5 Вольта или даже меньше. А для подавляющего большинства аккумуляторов - это ооооочень сильный разряд, такого вообще нельзя допускать.

В-третьих, китайцы клепают эти модули миллионами... Вы правда верите, что в них используются качественные прецизионные компоненты? Или что их кто-то там тестирует и настраивает перед установкой в аккумуляторы? Разумеется, это не так. При производстве китайских плат неукоснительно соблюдается лишь один принцип: чем дешевле - тем лучше. Поэтому если защита будет отключать АКБ от зарядного устройства точно при 4.2 ± 0.05 В, то это, скорее, счастливая случайность, чем закономерность.

Хорошо, если вам достался PCB-модуль, который будет срабатывать чуть раньше (например, при 4.1В). Тогда аккумулятор просто не доберет с десяток процентов емкости и все. Гораздо хуже, если аккумулятор будет постоянно перезаряжаться, например, до 4.3В. Тогда и срок службы сокращается и емкость падает и, вообще, может вспухнуть.

Использовать встроенные в литий-ионный аккумуляторы платы защиты в качестве ограничителей разряда НЕЛЬЗЯ! И в качестве ограничителей заряда - тоже. Эти платы предназначены только для аварийного отключения аккумулятора при возникновении нештатных ситуаций.

Поэтому нужны отдельные схемы ограничения заряда и/или защиты от слишком глубокого разряда.

Простые зарядные устройства на дискретных компонентах и специализированных интегральных схемах мы рассматривали в . А сегодня поговорим о существующих на сегодняшний день решениях, позволяющих оградить литиевый аккумулятор от слишком большого разряда.

Для начала предлагаю простую и надежную схему защиты Li-ion от переразряда, состоящую всего из 6 элементов.

Указанные на схеме номиналы дадут приведут к отключению аккумуляторов от нагрузки при снижении напряжения до ~10 Вольт (я делал защиту для 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650, стоящих в моем металлоискателе). Вы можете задать свой собственный порог отключения путем подбора резистора R3.

К слову сказать, напряжение полного разряда Li-ion аккумулятора составляет 3.0 В и никак не меньше.

Полевик (такой как в схеме или ему подобный) можно выколупать из старой материнской платы от компа, обычно их там сразу несколько штук стоит. ТЛ-ку, кстати, тоже можно взять оттуда же.

Конденсатор С1 нужен для первоначального запуска схемы при включении выключателя (он кратковременно подтягивает затвор Т1 к минусу, что открывает транзистор и запитывает делитель напряжения R3,R2). Далее, после заряда С1, нужное для отпирания транзистора напряжение поддерживается микросхемой TL431.

Внимание! Указанный на схеме транзистор IRF4905 отлично будет защищать три последовательно включенных литий-ионных аккумулятора, но совершенно не подойдет для защиты одной банки напряжением 3.7 Вольта. О том, как самому определить подходит полевой транзистор или нет, говорится .

Минус данной схемы: в случае КЗ в нагрузке (или слишком большого потребляемого тока), полевой транзистор закроется далеко не сразу. Время реакции будет зависеть от емкости конденсатора С1. И вполне возможно, что за это время что-нибудь успеет как следует выгореть. Схема, мгновенно реагирующая на коротыш в нагрузке, представлена ниже:

Выключатель SA1 нужен для "перезапуска" схемы после срабатывания защиты. Если конструкция вашего прибора предусматривает извлечение аккумулятора для его зарядки (в отдельном ЗУ), то этот выключатель не нужен.

Сопротивление резистора R1 должно быть таким, чтобы стабилизатор TL431 выходил на рабочий режим при минимальном напряжении аккумулятора - его подбирают таким образом, чтобы ток анод-катод был не меньше 0.4 мА. Это порождает еще один недостаток данной схемы - после срабатывания защиты схема продолжает потреблять энергию от батареи. Ток хоть и небольшой, но его вполне достаточно, чтобы полностью высосать небольшой аккумулятор за какие-то пару-тройку месяцев.

Приведенная ниже схема самодельного контроля разряда литиевых аккумуляторов лишена указанного недостатка. При срабатывании защиты потребляемый устройством ток настолько мал, что мой тестер его даже не обнаруживает.

Ниже представлен более современный вариант ограничителя разряда литиевого аккумулятора с применением стабилизатора TL431. Это, во-первых, позволяет легко и просто выставить нужный порог срабатывания, а во-вторых, схема имеет высокую температурную стабильность и четкость отключения. Хлоп и все!

Достать ТЛ-ку сегодня вообще не проблема, они продаются по 5 копеек за пучок. Резистор R1 устанавливать не нужно (в некоторых случаях он даже вреден). Подстроечник R6, задающий напряжение срабатывания, можно заменить цепочкой из постоянных резисторов, с подобранными сопротивлениями.

Для выхода из режима блокировки, нужно зарядить аккумулятор выше порога срабатывания защиты, после чего нажать кнопку S1 "Сброс".

Неудобство всех вышеприведенных схем заключается в том, что для возобновления работы схем после ухода в защиту, требуется вмешательство оператора (включить-выключить SA1 или нажать кнопочку). Это плата за простоту и низкое потребление энергии в режиме блокировки.

Простейшая схема защиты li-ion от переразряда, лишенная всех недостатков (ну почти всех) показана ниже:

Принцип действия этой схемки очень похож на первые две (в самом начале статьи), но здесь нет микросхемы TL431, а поэтому собственный ток потребления можно уменьшить до очень небольших значений - порядка десяти микроампер. Выключатель или кнопка сброса также не нужны, схема автоматически подключит аккумулятор к нагрузке как только напряжение на нем превысит заданное пороговое значение.

Конденсатор С1 подавляет ложные срабатывание при работе на импульсную нагрузку. Диоды подойдут любые маломощные, именно их характеристики и количество определяют напряжение срабатывания схемы (придется подобрать по месту).

Полевой транзистор можно использовать любой подходящий n-канальный. Главное, чтобы он не напрягаясь выдерживал ток нагрузки и умел открываться при низком напряжении затвор-исток. Например, P60N03LDG, IRLML6401 или аналогичные (см. ).

Вышеприведенная схема всем хороша, но имеется один неприятный момент - плавное закрытие полевого транзистора. Это происходит из-за пологости начального участка вольт-амперной характеристики диодов.

Устранить этот недостаток можно с помощью современной элементной базы, а именно - с помощью микромощных детекторов напряжения (мониторов питания с экстремально низким энергопотреблением). Очередная схема защиты лития от глубокого разряда представлена ниже:

Микросхемы MCP100 выпускается как в DIP-корпусе, так и в планарном исполнении. Для наших нужд подойдет 3-вольтовый вариант - MCP100T-300i/TT . Типовой потребляемый ток в режиме блокировки - 45 мкА. Стоимость мелким оптом порядка 16 руб/шт .

Еще лучше вместо MCP100 применить монитор BD4730 , т.к. у него выход прямой и, следовательно, нужно будет исключить из схемы транзистор Q1 (выход микросхемы соединить напрямую с затвором Q2 и резистором R2, при этом R2 увеличить до 47 кОм).

В схеме применяется микроомный p-канальный MOSFET IRF7210 , без проблем коммутирующий токи в 10-12 А. Полевик полностью открывается уже при напряжении на затворе около 1.5 В, в открытом состоянии имеет ничтожное сопротивление (менее 0.01 Ом)! Короче, очень крутой транзистор. А, главное, не слишком дорогой.

По-моему, последняя схема наиболее близка к идеалу. Если бы у меня был неограниченный доступ к радиодеталям, я бы выбрал именно ее.

Небольшое изменение схемы позволяет применить и N-канальный транзистор (тогда он включается в минусовую цепь нагрузки):

Мониторы (супервизоры, детекторы) питания BD47xx - это целая линейка микросхем с напряжением срабатывания от 1.9 до 4.6 В с шагом 100 мВ, так что можно всегда подобрать под ваши цели.

Небольшое отступление

Любую из вышеприведенных схем можно подключить к батарее из нескольких аккумуляторов (после некоторой подстройки, конечно). Однако, если банки будут иметь отличающуюся емкость, то самый слабый из аккумуляторов будет постоянно уходить в глубокий разряд задолго до того, как схема будет срабатывать. Поэтому в таких случаях всегда рекомендуется использовать батареи не только одинаковой емкости, но и желательно из одной партии.

И хотя в моем металлодетекторе такая защита работает без нареканий уже года два, все же гораздо правильнее было бы следить за напряжением на каждом аккумуляторе персонально.

Всегда используйте свой персональный контроллер разряда Li-ion аккумулятора на каждую банку. Тогда любая ваша батарея будет служить долго и счастливо.

О том, как подобрать подходящий полевой транзистор

Во всех вышеприведенных схемах защиты литий-ионных аккумуляторов от глубокого разряда применяются MOSFETы, работающие в ключевом режиме. Такие же транзисторы обычно используются и в схемах защиты от перезаряда, защиты от КЗ и в других случаях, когда требуется управление нагрузкой.

Разумеется, для того, чтобы схема работала как надо, полевой транзистор должен удовлетворять определенным требованиям. Сначала мы определимся с этими требованиями, а затем возьмем парочку транзисторов и по их даташитам (по техническим характеристикам) определим, подходят они нам или нет.

Внимание! Мы не будем рассматривать динамические характеристики полевых транзисторов, такие как скорость переключения, емкость затвора и максимальный импульсный ток стока. Указанные параметры становятся критично важными при работе транзистора на высоких частотах (инверторы, генераторы, шим-модуляторы и т.п.), однако обсуждение этой темы выходит за рамки данной статьи.

Итак, мы должны сразу же определиться со схемой, которую хотим собрать. Отсюда первое требование к полевому транзистору - он должен быть подходящего типа (либо N- либо P-канальный). Это первое.

Предположим, что максимальный ток (ток нагрузки или ток заряда - не важно) не будет превышать 3А. Отсюда вытекает второе требование - полевик должен длительное время выдерживать такой ток .

Третье. Допустим наша схема будет обеспечивать защиту аккумулятора 18650 от глубокого разряда (одной банки). Следовательно мы можем сразу же определиться с рабочими напряжениями: от 3.0 до 4.3 Вольта. Значит, максимальное допустимое напряжение сток-исток U ds должно быть больше, чем 4.3 Вольта.

Однако последнее утверждение верно только в случае использования только одной банки литиевого аккумулятора (или нескольких включенных параллельно). Если же для питания вашей нагрузки будет задействована батарея из нескольких последовательно включенных аккумуляторов, то максимальное напряжение сток-исток транзистора должно превышать суммарное напряжение всей батареи .

Вот рисунок, поясняющий этот момент:

Как видно из схемы, для батареи из 3х последовательно включенных аккумуляторов 18650 в схемах защиты каждой банки необходимо применять полевики с напряжением сток-исток U ds > 12.6В (на практике нужно брать с некоторым запасом, например, в 10%).

В то же время, это означает, что полевой транзистор должен уметь полностью (или хотя бы достаточно сильно) открываться уже при напряжении затвор-исток U gs менее 3 Вольт. На самом деле, лучше ориентироваться на более низкое напряжение, например, на 2.5 Вольта, чтобы с запасом.

Для грубой (первоначальной) прикидки можно глянуть в даташите на показатель "Напряжение отсечки" (Gate Threshold Voltage ) - это напряжение, при котором транзистор находится на пороге открытия. Это напряжение, как правило, измеряется в момент, когда ток стока достигает 250 мкА.

Понятно, что эксплуатировать транзистор в этом режиме нельзя, т.к. его выходное сопротивление еще слишком велико, и он просто сгорит из-за превышения мощности. Поэтому напряжение отсечки транзистора должно быть меньше рабочего напряжения схемы защиты . И чем оно будет меньше, тем лучше.

На практике для защиты одной банки литий-ионного аккумулятора следует подбирать полевой транзистор с напряжением отсечки не более 1.5 - 2 Вольт.

Таким образом, главные требования к полевым транзисторам следующие:

• тип транзистора (p- или n-channel);
• максимально допустимый ток стока;
• максимально допустимое напряжение сток-исток U ds (вспоминаем, как будут включены наши аккумуляторы - последовательно или параллельно);
• низкое выходное сопротивление при определенном напряжение затвор-исток U gs (для защиты одной банки Li-ion следует ориентироваться на 2.5 Вольта);
• максимально допустимая мощность рассеивания.

Теперь давайте на конкретных примерах. Вот, например, в нашем распоряжении имеются транзисторы IRF4905, IRL2505 и IRLMS2002. Взглянем на них поближе.

Пример 1 - IRF4905

Открываем даташит и видим, что это транзистор с каналом p-типа (p-channel). Если нас это устраивает, смотрим дальше.

Максимальный ток стока - 74А. С избытком, конечно, но подходит.

Напряжение сток-исток - 55V. У нас по условию задачи всего одна банка лития, так что напряжение даже больше, чем требуется.

Далее нас интересует вопрос, каким будет сопротивление сток-исток, при открывающем напряжении на затворе 2.5V. Смотрим в даташит и так сходу не видим этой информации. Зато мы видим, что напряжение отсечки U gs(th) лежит в диапазоне 2...4 Вольта. Нас это категорически не устраивает.

Последнее требование не выполняется, поэтому транзистор забраковываем .

Пример 2 - IRL2505

Вот его даташит . Смотрим и сразу же видим, что это очень мощный N-канальный полевик. Ток стока - 104А, напряжение сток-исток - 55В. Пока все устраивает.

Проверяем напряжение V gs(th) - максимум 2.0 В. Отлично!

Но давайте посмотрим, каким сопротивлением будет обладать транзистор при напряжении затвор-исток = 2.5 вольта. Смотрим график:

Получается, что при напряжении на затворе 2.5В и токе через транзистор в 3А, на нем будет падать напряжение в 3В. В соответствии с законом Ома, его сопротивление в этот момент будет составлять 3В/3А=1Ом.

Таким образом, при напряжении на банке аккумулятора около 3 Вольт, он просто не сможет отдать в нагрузку 3А, так как для этого общее сопротивление нагрузки вместе с сопротивлением сток-исток транзистора должно составлять 1 Ом. А у нас только один транзистор уже имеет сопротивление 1 Ом.

К тому же при таком внутреннем сопротивлении и заданном токе, на транзисторе будет выделяться мощность (3 А) 2 * 3 Ом = 9 Вт. Поэтому потребуется установка радиатора (корпус ТО-220 без радиатора сможет рассеивать где-то 0.5...1 Вт).

Дополнительным тревожным звоночком должен стать тот факт, что минимальное напряжение затвора для которого производитель указал выходное сопротивление транзистора равно 4В.

Это как бы намекает на то, что эксплуатация полевика при напряжении U gs менее 4В не предусматривалась.

Учитывая все вышесказанное, транзистор забраковываем .

Пример 3 - IRLMS2002

Итак, достаем из коробочки нашего третьего кандидата. И сразу смотрим его ТТХ .

Канал N-типа, допустим с этим все в порядке.

Ток стока максимальный - 6.5 А. Подходит.

Максимально допустимое напряжение сток-исток V dss = 20V. Отлично.

Напряжение отсечки - макс. 1.2 Вольта. Пока нормально.

Чтобы узнать выходное сопротивление этого транзистора нам даже не придется смотреть графики (как мы это делали в предыдущем случае) - искомое сопротивление сразу приведено в таблице как раз для нашего напряжения на затворе.

УСТРОЙСТВО для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ
Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V.(У меня вышло ровно 10,5 В)
Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1мА
Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10мкА
Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.(30 Ватт лампочка 2,45 А - Мосфит без радиатора +50 градусов(комнатная +24))
Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А
Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс

ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ,

Запчасти

2. Полевой транзистор любой, подбирайте по А и В. Я взял RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град 3. Резисторы 3 на 10 ком, и 1 на 100 ком

5. Стабилитрон 9.1 В

Паяльник+олово+спиртоканифоль+кусачки+проводки+мультиметр+нагрузка и т.д. и т.п

Паял Оловянно-сопельным путём. Травить на плате мне не охота. Лейаута нет.

Нагрузка 30 Ватт, Ток 2,45 А полевик греется на +50 град(комнатная +24). Охлаждение не нужно.

Побывал нагрузку 80 Ватт … ВАХ-ВАХ. Температура за 120 град. Дорожки начали краснеть… Ну сами знаете нужно радиатор, Хорошо пропаянные дорожки.

Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Защита Аккумулятора от глубоко разряда…
Метки: защита аккумулятора, акб, 12v, 12 в, 12в, 12 v, защит, регистратор, мосфит. Защита Аккумулятора от глубоко разряда… Схема не моя. Только повторю… Используйте куда надо… Регистраторы, магнитолы и т.д. … УСТРОЙСТВО для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки. ХАРАКТЕРИСТИКИ Напряжение на аккуму…

Всем привет. Недавно собрал электронный ключ на полевом транзисторе, автоматически отключающий аккумулятор при разрядке до заданного напряжения. То есть это устройство способно отслеживать уменьшение напряжения на аккумуляторе, и вовремя отключать его от нагрузки, чтоб он не сел в ноль и не испортился. Например, если вы забыли выключить фонарь.

Схема устройства для защиты АКБ

Для свинцовых аккумуляторов с напряжением 12 В минимально допустимое напряжение при разрядке составляет примерно 9 В. Именно при таком напряжении нужно отключать нагрузку от аккумулятора, чтобы не допустить его глубокой разрядки. Контроль напряжения аккумулятора удобно осуществлять с помощью микросхемы параллельного стабилизатора TL431. Эта микросхема содержит встроенный усилитель ошибки и прецизионный источник опорного напряжения. Для коммутации нагрузки рекомендуется использовать транзистор MOSFET, который может обеспечить очень малое падение напряжение в открытом состоянии. Схема предельно проста, сам ей пользовался несколько лет, собрав навесным монтажом, и только недавно сделал “коробочный” вариант:

В данном варианте переключатель – на батареи 6/12В, подбираются Р1 и потом заменяются на постоянные. Для 6 В – порог 4,8..5 В, для 12 В – 9,6..10 В соответственно. Можете P1 выставить свой по желанию и под другие напряжения отсечки. Для удобства добавил индикатор – светодиод.

В виду дефицита мощных П-канальных полевых транзисторов, да еще и “Logic Level”, схему можно переделать на Н-канальный, вместо П-канального поставив маломощный П-Н-П-транзистор типа КТ316, и им уже коммутировать мощный Н-канальный ключ. Но в этом случае отключаться будет не “плюс”, а “минус” нагрузки.

Радиатор не требуется при токах нагрузки до единиц ампер – это точно, проверено. А вообще, для установки в автомобиль, где токи достигают десятков ампер – все легко посчитать. Сопротивление открытого полевика умножаем на ток в квадрате.

И хотя транзистор не греется вообще, все-таки установил его на небольшой радиатор, для перестраховки. Просто однажды был случай, когда в процессе доразряда батареи коснулся полевика – он был заметно горячим. Разбираясь, в чем дело, выяснил, что вышел со строя 431-й стабилизатор, и ключ “завис” в линейном режиме, так до конца и не открывшись – от чего и грелся. Отчего сгорел стабилизатор – осталось загадкой, он паяный был, может что уже до этого было. Все остальные элементы схемы остались целыми.

Защита от глубокого разряда аккумулятора
Защита от глубокого разряда аккумулятора Всем привет. Недавно собрал электронный ключ на полевом транзисторе, автоматически отключающий аккумулятор при разрядке до заданного напряжения. То есть

Устройство для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V. (У меня вышло ровно 10,5 В) Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1 мА. Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10 мкА. Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.(30 Ватт лампочка 2,45 А - Мосфит без радиатора +50 градусов(комнатная +24))

Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А. Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс

ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Подключите устройство между аккумулятором и нагрузкой в следующей последовательности:
- подключите клеммы на проводах, соблюдая полярность (оранж. провод +(красный), к аккумулятору,
- подключите к устройству, соблюдая полярность (плюсовая клемма помечена значком +), клеммы нагрузки.

Для того чтобы на выходе устройства появилось напряжение нужно кратковременно замкнуть минусовой выход на минусовой вход. Если нагрузку кроме аккумулятора питает другой источник, то этого делать не надо.

УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ,

При переходе на питание от аккумулятора, нагрузка разряжает его до напряжения срабатывания устройства защиты (10± 0.5V). При достижении этой величины, устройство отключает аккумулятор от нагрузки, предотвращая дальнейший его разряд. Включение устройства произойдет автоматически при подаче со стороны нагрузки напряжения для заряда аккумулятора.

При коротком замыкании в нагрузке устройство также отключает аккумулятор от нагрузки, Включение его произойдет автоматически, если со стороны нагрузки подать напряжение больше 9,5V. Если такого напряжения нет, то надо кратковременно перемкнуть выходную минусовую клемму устройства и минус аккумулятора. Резисторами R3 и R4 устанавливается порог срабатывания.

Запчасти

1. Монтажная плата(не обязательно, можно навесу)
2. Полевой транзистор любой, подбирайте по А и В. Я взял RFP50N06 N-канал 60В 50А 170 град
3. Резисторы 3 на 10 ком, и 1 на 100 ком
4. Биполярный транзистор КТ361Г
5. Стабилитрон 9.1 В
Доп. Можно клеммы + Микрик для запуска.(Я себе не делал т.к. у меня это будет часть другого устройства)
6. Можно по светодиоду на вход и выход для наглядности(Подбирайте резистор, паяйте в параллельно)

Паяльник+олово+спиртоканифоль+кусачки+проводки+мультиметр+нагрузка и т.д. и т.п. Паял Оловянно-сопельным путём. Травить на плате мне не охота. Лейаута нет. Нагрузка 30 Ватт, Ток 2,45 А полевик греется на +50 град(комнатная +24). Охлаждение не нужно.

Пробывал нагрузку 80 Ватт … ВАХ-ВАХ. Температура за 120 град. Дорожки начали краснеть… Ну сами знаете нужно радиатор, Хорошо пропаянные дорожки.

Защита Акб от глубокого разряда
Защита Акб от глубокого разряда Устройство для защиты 12v аккумуляторов от глубокого разряда и короткого замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки. ХАРАКТЕРИСТИКИ

Как часто мы забываем выключить нагрузку от аккумулятора… Вы никогда не задумывались над этим вопросом… А ведь часто так бывает вроде работает-работает АКБ, а тут что то высох… Меряем на нем напряжение, а там 9-8В, а то и меньше. Торба, востановить аккумуляторную батарею можно попробовать, но не всегда выходит.
По этому поводу было придумано устройство, которое при разрядке аккумулятора будет отключать от него нагрузку и предотвратит глубокую разрядку АКБ, ведь не секрет, что АКБ боятся глубокого разряда.
Если честно, я думал много раз об устройстве защиты аккумулятора от глубокого разряда, но никак не судьба было все попробовать. И вот на выходных поставил цель сделать небольшую схему защиты

Схема защиты аккумулятора от полного разряда

Кнопки Start и Stop любые без фиксации

Рассмотрим схему. Как видите все построено на двух ОУ включенных в режиме компаратора. Для эксперимента была взята LM358. И так поехали…
Опорное напряжение формируется цепочкой R1-VD1. R1 балластный резистор, VD1 – простейший стабилитрон 5В, можно и на большее-меньшее напряжение. Но не больше и не равное напряжению разряженного АКБ, которое равно кстати 11В.

На первом ОУ был собран компаратор, сравнивающий опорное напряжение с напряжением аккумулятора. Напряжение на 3 ногу подается от АКБ через резисторный делитель, который и создает сравниваемое напряжение. Если на делителе напряжение приравнивается к опорному, на первой ножке появляется положительное напряжение, которое открывает транзисторы, которые поставлены как усилительный каскад, что бы не нагружать выход ОУ.

Настраивается все просто. Подаем на клемму Out - 11В. Именно на эту ногу, потому что на диоде идет падение на 0,6В и потом придется перестраивать схему. Диод нужен, что бы при нажатии на кнопку старт, ток не уходил в нагрузку, а подавал напряжение на саму схему. Подбором резисторов R2R6 ловим момент, когда реле будет отключаться, на 7 ноге пропадет напряжение, а на 5 ноге напряжение должно быть чуть меньше опорного

Когда отстроили первый компаратор, подаем напряжение 12В, как и положено, на клемму Vcc и жмем Start. Схема должна включится и работать без проблем, пока напряжение не упадет до 10,8В, схема должна отключить реле нагрузки.

Нажимаем Стоп, на 5 ноге пропадет напряжение и схема отключится. Кстати C1 лучше не ставить большего наминала, поскольку он будет долго разряжаться и придется держать кнопку STOP дольше. Кстати пока не придумал как заставить схему сразу отключаться, если на самой нагрузке стоит хорошая емкость, которая будет дольше разряжаться, хотя можно и на сам кондер балластный резистор кинуть

На втором Оу было решено собрать индикатор указывающий когда АКБ почти разряжен и схема должна отключиться. Настраивается так же… Подаем на Out – 11,2В и подбором R8R9 добиваемся, что бы загорался красный светодиод
На этом настройка заканчивается и схема полностью работоспособна…

Удачи всем с повторением…
Для безопасной, качественной и надежной зарядки любых типов аккумуляторов, рекомендую универсальное зарядное устройство

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественные зарядные устройства

Простенькое зарядное устройство с светодиодным индикатором зарядки, зеленый батарея заряжается, красный батарея заряжена.

Есть защита от короткого замыкания, есть защита от переполюсовки. Отлично подойдет для зарядки Мото АКБ емкостью до 20Ач, АКБ 9Ач зарядит за 7 часов, 20Ач - за 16 часов. Цена на это зарядное всего 403 рубля,доставка бесплатна

Этот тип зарядного способен автоматически заряжать практически любые типы автомобильных и мото аккумуляторов 12В до 80АЧ. Имеет уникальный способ зарядки в три этапа: 1. Зарядка постоянным током, 2. Зарядка постоянным напряжением, 3. Капельная дозарядка до 100%.
На передней панеле два индикатора, первый указывает напряжение и процент зарядки, второй указывает ток зарядки.
Довольно качественный прибор для домашних нужд, цена всего 781,96 руб, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 1392, оценка 4,8 из 5. Евровилку

Зарядное устройство для самых разнообразных типов аккумуляторов 12-24В с током до 10А и пиковым током 12А. Умеет заряжать Гелиевые АКБ и САСА. Технология зарядки как и у предыдущего в три этапа. Зарядное устройство способно заряжать как в автоматическом режиме, так и в ручном. На панеле есть ЖК индикатор указывающий напряжение, ток заряда и процент зарядки.

Хороший прибор если вам надо заряжать все возможные типы АКБ любых емкостей, аж до 150Ач

Цена на это чудо 1 625 рублей, доставка бесплатна. На момент написания этих строк количество заказов 23, оценка 4,7 из 5. При заказе не забудьте указать Евровилку

Если какой то товар стал недоступен, пожалуйста напишите в комментарий внизу страницы.
Автор Статьи: Admin-чек

Устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда
Как часто мы забываем выключить нагрузку от АКБ. После меряем на нем напряжение, а там 9-8В. Хана ему Вот устройство, которое предотвратит полную разрядку АКБ