Индикатор уровня заряда батареи. Мастерим индикатор напряжения АКБ сами: высокое качество с минимальными затратами. Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

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.

Успешный пуск автомобильного двигателя во многом зависит от состояния заряда аккумулятора. Регулярно проверять напряжение на клеммах с помощью мультиметра – неудобно. Гораздо практичнее воспользоваться цифровым или аналоговым индикатором, расположенным рядом с приборной панелью. Простейший индикатор заряда аккумулятора можно сделать своими руками, в котором пять светодиодов помогают отслеживать постепенный разряд либо заряд батареи.

Принципиальная схема

Рассматриваемая принципиальная схема индикатора уровня заряда представляет собой простейшее устройство, отображающее уровень заряда аккумулятора (АКБ) на 12 вольт. Её ключевым элементом является микросхема LM339, в корпусе которой собрано 4 однотипных операционных усилителя (компаратора). Общий вид LM339 и назначение выводов показан на рисунке. Прямые и инверсные входы компараторов подключены через резистивные делители. В качестве нагрузки используются индикаторные светодиоды 5 мм.

Диод VD1 служит защитой микросхемы от случайной смены полярности. Стабилитрон VD2 задаёт опорное напряжение, которое является эталоном для будущих измерений. Резисторы R1-R4 ограничивают ток через светодиоды.

Принцип работы

Работает схема индикатора заряда аккумулятора на светодиодах следующим образом. Застабилизированное с помощью резистора R7 и стабилитрона VD2 напряжение 6,2 вольт поступает на резистивный делитель, собранный из R8-R12. Как видно из схемы между каждой парой этих резисторов формируются опорные напряжения разного уровня, которые поступают на прямые входы компараторов. В свою очередь, инверсные входы объединены между собой и через резисторы R5 и R6 подключены к клеммам аккумуляторной батарее (АКБ).

В процессе заряда (разряда) аккумулятора постепенно изменяется напряжение на инверсных входах, что приводит к поочередному переключению компараторов. Рассмотрим работу операционного усилителя OP1, который отвечает за индикацию максимального уровня заряда АКБ. Зададим условие, если заряженный аккумулятор имеет напряжение 13,5 В, то последний светодиод начинает гореть. Пороговое напряжение на его прямом входе, при котором засветится этот светодиод, рассчитаем по формуле:
U OP1+ = U СТ VD2 – U R8 ,
U СТ VD2 =U R8 + U R9 + U R10 + U R11 + U R12 = I*(R8+R9+R10+R11+R12)
I= U СТ VD2 /(R8+R9+R10+R11+R12) = 6,2/(5100+1000+1000+1000+10000) = 0,34 мА,
U R8 = I*R8=0,34 мА*5,1 кОм=1,7 В
U OP1+ = 6,2-1,7 = 4,5 В

Это означает, что при достижении на инверсном входе потенциала величиной более 4,5 вольт компаратор OP1 переключится и на его выходе появится низкий уровень напряжения, а светодиод засветится. По указанным формулам можно рассчитать потенциал на прямых входах каждого операционного усилителя. Потенциал на инверсных входах находят из равенства: U OP1- = I*R5 = U БАТ – I*R6.

Печатная плата и детали сборки

Печатная плата изготавливается из одностороннего фольгированного текстолита размером 40 на 37 мм, которую можно скачать . Она предназначена для монтажа DIP элементов следующего типа:

резисторы МЛТ-0,125 Вт с точностью не менее 5% (ряд Е24)
R1, R2, R3, R4, R7, R9, R10, R11– 1 кОм,
R5, R8 – 5,1 кОм,
R6, R12 – 10 кОм;
диод VD1 любой маломощный с обратным напряжением не ниже 30 В, например, 1N4148;
стабилитрон VD2 маломощный с напряжением стабилизации 6,2 В. Например, КС162А, BZX55C6V2;
светодиоды LED1-LED5 – индикаторные типа

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!

20.09.2014
Триггер — это уст-во с двумя устойчивыми состояниями равновесия, предназначенные для записи и хранения информации. Триггер способен хранить 1 бит данных. Условное обозначение триггера имеет вид прямоугольника, внутри которого пишется буква Т. Слева к изображению прямоугольника подводятся входные сигналы. Обозначения входов сигнала пишутся на дополнительном поле в левой части прямоугольника. …
23.11.2017
Термопара (термоэлектрический преобразователь) - устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Применяется в основном для измерения температуры. Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей …
17.01.2019
ИМС TEA5767 производимая компанией NXP применяется для конструирования низковольтных FM-радио тюнеров. В составеTEA5767 имеются внутренние цепи выделения промежуточной частоты и демодуляции принимаемого сигнала, что позволяет обходиться минимальным набором внешних компонентов. Технические параметры TEA5767: Напряжение питания от 2,5 до 5 В Потребляемый ток при Uпит = 5 В 12,8 мА Чувствительность 2 …
20.09.2014
Марка ферромагнитного материала, вид и тип магнитопровода выбирается в зависимости от назначения компонента, рабочей частоты, требованиям к электромагнитным помехам и так далее. В соответствии с ГОСТом 20249-80 магнитопроводы трансформаторов и дросселей работающих на частоте 50Гц выполняются из электротехнической стали марок 1511, 1521, 3411, 3412 толщиной 0,2…0,5 мм. Применение магнитопроводов из …

Поддержание работоспособности аккумуляторной батареи автомобиля – важная составляющая обеспечения бесперебойности работы всей электроники. Батарея обеспечивает не только старт двигателя, но и выполняет ряд других функций: стабилизирует напряжение в сети авто, поддерживает работоспособность электрооборудования при заглушенном двигателе, обеспечивает сохранность настроек бортового компьютера, мультимедиа системы, часов, климатической системы и прочих высокотехнологичных приспособлений.

Очевидно, что для выполнения всех задач требуется поддержание заряда аккумулятора и своевременная его подзарядка до его окончания. Постоянно контролировать параметр помогают разнообразные индикаторы.

Встроенный индикатор

Современные батареи, в которых используется жидкий электролит, как правило, оснащаются встроенным поплавковым индикатором заряда аккумулятора. Он способен относительно точно указывать на уровень электролита и степень зарядки батареи.

При зарядке источника питания плотность электролита в нем растет, поплавок (как правило, зеленого цвета) поднимается над уровнем жидкости и виден в окошко (заряд более 65%). Если же он тонет в жидкости, то уровень заряда недостаточен и плотность поплавка меньше, чем аналогичный показатель жидкой смеси. Третий же вариант – уменьшение количества электролита в батарее. При этом индикатор (поплавок) вовсе не виден в окошке, как и жидкость, зато просматривается черная трубка. Так, в зависимости от цвета индикатора (зеленый, черный или желтый/бесцветный) можно достаточно достоверно определить степень заряда и количество жидкого электролита.

Такой встроенный индикатор аккумулятора не обладает высокой точностью, однако, удобен и помогает определить важные моменты работоспособности источника питания. Уточнить же их можно при видимой необходимости при помощи специальных приспособлений. Кстати, перед тем как рассматривать встроенный индикатор рекомендуется слегка постучать по нему. Так, при движении автомобиля в трубке с поплавком могут образовываться пузырьки, способные поддерживать поплавок на поверхности, а постукиванием воздушные шарики поднимаются вверх и не мешают увидеть реальный показатель.

Салонный индикатор

Современные автомобили содержат огромное количество электроприборов, которые подключены в сеть машины. Аккумулятор не только обеспечивает их работоспособность пока двигатель заглушен, но и поддерживает все настройки и установки приборов. Очевидно, что такая нагрузка на батарею постепенно «съедает» степень ее заряда. Парадоксально при этом, что многие модели авто не оборудованы элементарным индикатором уровня зарядки аккумулятора в салоне. Поэтому проверять его необходимо вручную, что не очень удобно, особенно зимой.

Решить проблему некоторым образом поможет простой индикатор, который можно просто собрать своими руками. Еще одним безусловным достоинством такой конструкции выступает его незначительная цена. В сравнении же с дешевыми китайскими экземплярами, качество сборки будет зависеть только от умения и аккуратности мастера. В общем, если у вас есть минимальные базовые навыки, то собрать отличный индикатор для проверки заряда аккумулятора своими руками не составит труда.

Схема приспособления достаточно проста.

Уровень зарядка аккумулятора будут показывать цветные светодиоды. Можно подобрать любые сочетания цветов. На представленной схеме диоды соответствуют такому заряду:

зеленый – 13 В и выше;
синий – 11–13 В;
красный – 6–11 В.

Чтобы собрать индикатор, понадобятся следующие элементы:

Резисторы (2 шт. 1КОм, 3 – 220 ОМ, 1 – 2Ком);
Транзисторы (ВС547 и ВС557);
Три RGB светодиода разных цветов;
Два стабилитрона (на 9,1 и 10 v).

Примерив все элементы к плате, нужно вырезать соответствующий фрагмент. Светодиоды лучше выводить на проводах, а не припаивать непосредственно к плате, чтобы затем можно было удобно их установить под приборной панелью. Очевидно, лучше сразу предусмотреть место в салоне автомобиля для него и исходить из этого местоположения для определения длины проводов, чем после окончания сборки.

Представленная схема, позволяющая собрать светодиодный индикатор аккумулятора своими руками, избавит от необходимости вручную проверять и контролировать состояние источника питания. Достоверные и точные показания будут выводиться прямо в выбранное место на панели и информировать автовладельца о необходимости подзарядить батарею.