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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Indikatoren für den Entladungsgrad von Batterien. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Die Überwachung des Zustands von Batterien ist sowohl für Autobesitzer als auch für Funkamateure ein Anliegen, die sie in tragbaren Geräten oder als Teil der Notstromversorgung verwenden. Die Nichtbeachtung der Regeln für den Batteriebetrieb (Überladung, Tiefentladung) führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer und einer Leistungsminderung dieser Produkte. In der Amateurfunkliteratur werden zahlreiche Geräte zur Überwachung der Batteriespannung beschrieben. Bei Batterien mit geringer Kapazität ist die Hauptanforderung ein geringer Stromverbrauch. Diese Anforderung wird beispielsweise durch einen Single-Threshold-Signalgeber [1] erfüllt, der im Standby-Modus nur 2 μA verbraucht. Für Autobatterien, „gefräßig“, aber mit größeren Fähigkeiten, sind Indikatoren mit zwei Schwellenwerten, beispielsweise die in [2, 3] vorgeschlagenen, durchaus geeignet. Die Signalisierung des Batteriestatus erfolgt bei ihnen auf unterschiedliche Weise: Beim ersten Gerät schaltet sich eine einzelne LED ein und leuchtet konstant, wenn die Spannung unter den Schwellenwert fällt; im zweiten Fall leuchtet eine einzelne Glühlampe kontinuierlich, wenn die Spannung den oberen (oder unteren) Grenzwert überschreitet; im dritten kommen zwei LEDs zum Einsatz und der Batteriestatus wird durch die Helligkeit ihres Leuchtens (halb oder normal) bestimmt. Es besteht kein Zweifel, dass solche Signalisierungsmöglichkeiten nicht ganz praktisch sind – eine ständig leuchtende Anzeige erregt schwach Aufmerksamkeit (zumal es auf dem Armaturenbrett eines Autos mehr als genug leuchtende Anzeigen gibt), und es ist auch sehr schwierig, den Grad der Helligkeit zu unterscheiden der LEDs, insbesondere bei Tageslicht. Der grundlegende Unterschied zwischen den in diesem Artikel vorgestellten Designs besteht darin, dass nicht standardmäßige Modi durch blinkende Indikatoren angezeigt werden, die viel eher Aufmerksamkeit erregen. Dies ist besonders wichtig, wenn sie sich nicht immer vor Ihren Augen befinden (wie ein Armaturenbrett in einem Auto), sondern sich in der Notstromversorgung befinden, die viel seltener visuell überwacht wird – Probleme mit Batteriespannung, die aus dem „Normalbereich“ abweicht. sind recht selten. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass der Akku geladen ist oder aufgeladen wird, und den Grad seiner Entladung kennen. Abbildung 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Indikators zur Überwachung der Spannung innerhalb von 7–9 V einer Batterie des Typs 7D-0,115, die häufig in tragbaren Geräten verwendet wird. Als Grundlage diente die in [1] veröffentlichte Schaltung, bei der die Referenzspannungsquelle und das Schwellwertgerät auf dem universellen Logikchip K176LP1 realisiert sind und der von den Autoren dieser Veröffentlichung festgestellte Nachteil eine merkliche Abhängigkeit des Schwellwerts von der ist Umgebungstemperatur (sie sinkt um 0,25 V bei einem Temperaturanstieg um 10 °C) kann bei geringem Stromverbrauch als durchaus akzeptabler Preis angesehen werden. Dieser Sensor ändert nicht nur die Parameter mehrerer Widerstände, sondern wird auch durch einen Impulsgenerator auf Basis der CMOS-Wechselrichter K176LA7 ergänzt.
Die Spannung der gesteuerten Batterie vom Teiler an den Widerständen R1-R3 wird dem Eingang des Komparators (Pin 3 DD1) zugeführt. Wenn die Spannung an ihm höher ist als der durch Widerstand R2 eingestellte Schwellenwert, ist sein Ausgang (Pin 12) logarithmisch „0“, wodurch der Impulsgenerator im gesperrten Zustand bleibt. Gleichzeitig liegt an Pin 3 DD1 - log. „1“ und der Wechselrichter DD2.3 schaltet die LED aus. In diesem Zustand überschreitet der Stromverbrauch einige Mikroampere nicht, sodass Sie die Anzeige unter Umgehung des Netzschalters an die Batterie anschließen und ihren Status ständig überwachen können. Wenn die Spannung unter dem Schwellenwert liegt, erscheint am Ausgang des Komparators log.1, der den Generator an den Elementen DD2.1-DD2.2 startet. Die VD1-LED, die die Last des DD2.3-Wechselrichters darstellt, beginnt mit einer Frequenz von etwa 1 Hz zu blinken, und das Gerät verbraucht mindestens und weniger als im Prototyp [1], aber immer noch einen erheblichen Strom (Milliampere-Einheiten). Der direkte Anschluss der VD1-LED an den Wechselrichterausgang ohne Ballastwiderstand ist möglich, da das Logikelement als Stromquelle fungiert – der Ausgangsstrom wird durch die Anfangsströme der CMOS-Strukturen begrenzt und entspricht dem Bereich der Betriebsströme der meisten LEDs [4]. Abbildung 2 zeigt die Leiterplatte des Geräts (Blick von der Seite der Leiter).
Es ist möglich, die Widerstände R1 und R4 aus mehreren in Reihe geschalteten unteren Widerständen zusammenzusetzen. Die nicht verwendeten Eingänge des zusätzlichen Elements 2I-NOT des DD2-Chips sind geerdet. Die zweite Ausführung ist als Teil einer Notstromquelle mit einem stationären, versiegelten Akku FIAMM-GS 12 V mit einer Kapazität von 7,2 Ah konzipiert. Im Gegensatz zu Autobatterien wird die Batterie bei einer solchen Stromquelle über einen Strom- und Spannungsbegrenzer ständig vom Netzladegerät aufgeladen. Bei richtiger Auslegung ist eine Überladung praktisch ausgeschlossen und es ist offensichtlich unnötig, eine erhöhte Spannung anzuzeigen. Es ist jedoch äußerst wichtig, den Grad der Batterieentladung nach einem Ausfall der Netzspannung und dem Umschalten der Verbraucher auf eine Ersatzquelle zu kontrollieren, um eine Tiefentladung zu verhindern und diese Last rechtzeitig abzuschalten. Es ist auch wünschenswert, dass die Entladeanzeige mehrere Stufen anzeigt – eine Ladung nahe der Nennladung (beim Aufladen des Akkus über das Stromnetz) sowie eine Entladung, beispielsweise auf dem Niveau von 50 und 75 %. Ein schematisches Diagramm eines Indikators, der diese Anforderungen erfüllt, ist in Abb. 3 dargestellt. Es verfügt bereits über einen Zwei-Schwellen-Komparator (als Basis dient die Schaltung zum Einschalten von zwei Operationsverstärkern [2]), die in Kombination mit einem Impulsgeber und zwei LED-Anzeigen in der Lage ist, 3 Grad Batterieentladung anzuzeigen, Zwei davon, zur besseren Sichtbarkeit, durch Blinken, bei der Entladung in halben Behältern.
Die Schwellenwerte für den Betrieb der Komparatoren werden durch die Widerstände des Spannungsteilers R1 (Abstimmung), R2-R4 eingestellt. Die in der Schaltung angegebenen Nennwerte entsprechen zwei Schwellenwerten: U1=12,1 V (DA1.1) und U2=12,8 V (DA1.2) mit einer Referenzspannung Uop = 3,3 V, erhalten von einer Zenerdiode des Ladegeräts vom Typ KC133A. Für andere Anwendungen muss dafür zusammen mit einem 1-1,2 kΩ-Widerstand Platz auf der Leiterplatte vorgesehen werden. Einer der Komparatoren (Operationsverstärker DA1.2) steuert den Impulsgenerator und der zweite (Operationsverstärker DA1.1) steuert die Farbe der Ein-LED. Tabelle 1 hilft, die Logik der Anzeigefunktion zu veranschaulichen. Tabelle 1
Hinweis: M - Mäander mit einer Einschaltdauer von 2 und einer Periode von ≥1 s. Wenn die Batteriespannung U2 überschreitet, ist der Ausgang des Komparators DA1.2 (Testpunkt D) logarithmisch „0“, was den auf den Elementen DD1.2, DD1.3, R5, C2 aufgebauten Impulsgenerator ähnlich hält die vorherige Schaltung, im Standby-Modus. Am Kontrollpunkt G, wo die Kathoden beider LEDs verbunden sind, steht log. „0“. Die Farbe der aktuell eingeschalteten LED wird durch die Spannung am Ausgang des Komparators DA1.1 bestimmt (Prüfpunkt C) – bei log. „0“ erlischt der grüne VD4, aber der Wechselrichter DD1.1 ( Kontrollpunkt E) schaltet den roten VD3 ein. Wenn Ucc unter der U1-Schwelle liegt, erscheint am DA1.2-Ausgang am Punkt D eine logarithmische „1“, die den Impulsgenerator startet, und am Punkt G erscheint ein Mäander: bei „0“ leuchten die LEDs und bei „ 1" sind sie aus. Die Dioden VD1 und VD2 blockieren das Auftreten einer Spannung mit umgekehrter Polarität an den LEDs. Obwohl die LEDs wie im Vorgängerdesign direkt an die Ausgänge der Logikelemente DD1 angeschlossen werden konnten, ist in diesem Gerät noch ein Ballastwiderstand R6 verbaut. Dies liegt daran, dass hier die Versorgungsspannung der Anzeige höher ist und die grüne LED im Standby-Modus ständig leuchtet. Um das Gehäuse nicht zu überhitzen und die in [4] empfohlene Leistungsgrenze für den DD1-Mikroschaltkreis nicht zu überschreiten, ist der Strom auf 10 mA begrenzt – die Helligkeit der importierten zweifarbigen LED reicht völlig aus, um sie auch bei Tageslicht sichtbar zu machen . So zeigt eine konstant leuchtende grüne Anzeige den Normalzustand und eine ausreichende Akkuladung an; Blinkendes Grün zeigt an, dass die Kapazität bald erschöpft ist; rot blinkend – die Notwendigkeit, die redundanten Geräte nach kurzer Zeit auszuschalten. Der vom Indikator verbrauchte Strom beträgt etwa 25-30 mA, was für eine stationäre Batterie dieser Kapazität durchaus akzeptabel ist. Abbildung 4 zeigt die Leiterplatte von der Leiterseite.
In beiden Geräten können folgende Teile verwendet werden: Widerstände – jede geeignete Größe; Kondensatoren: C1 – kleine Elektrolytkondensatoren für eine Spannung von mindestens 16 V (ihre Kapazität ist nicht kritisch), C2 – kleine importierte Keramikkondensatoren; LEDs vom Typ AL307 oder alle anderen, die der Design-Repeater in Farbe und Größe für geeignet hält. Im ersten Indikator kann der DD2-Chip durch K561LA7 ersetzt werden, aber DD1 hat keine Analoga in anderen Serien. Im zweiten Indikator kann DA1 (mit PCB-Korrektur) durch ein beliebiges Paar einzelner oder doppelter Operationsverstärker mit einer Versorgungsspannung von 15 V ersetzt werden, und die Dioden VD1, VD2 können durch KD521, KD522 mit einem beliebigen Index oder importierten Analog 1N4148 ersetzt werden . Die Anpassung beider Geräte beschränkt sich auf die Auswahl der Widerstände in den Teilern und die Festlegung der Schwellenwerte mit Trimmwiderständen. Die beschriebenen Konstruktionen werden seit mehr als 2 Jahren ohne Bemerkungen betrieben. Литература:
Autoren: A.I. Khomenko, V. P. Chygrynsky
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