Устройства для авто
Устройство защиты аккумулятора от глубокого разряда
Как правило, все аккумуляторы «боятся» глубокого разряда. Это приводит к потере аккумулятором своей емкости, сокращения срока его службы, поэтому в процессе эксплуатации аккумулятора очень желательно предусмотреть для него исключение такого режима работы.
Выполнять охранную функцию защиты аккумулятора от глубокого разряда может простое устройство, которое было описано в чешском журнале [1]. Его схема показана на рис.1. На микросхеме IC1 выполнен компаратор напряжения. Напряжение 5,6 В с параметрического стабилизатора R3, D1 подается на неинвертирующий вход (вывод 3) микросхемы операционного усилителя IC1. На инвертирующий вход (вывод 2) этого компаратора снимается часть контролируемого напряжения аккумулятора с движка подстроечного резистора Р1. При этом если напряжение аккумулятора выше минимально допустимого, то на выходе (вывод 6) компаратора IC1 присутствует нулевой потенциал и ток через обмотку R поляризованного двухобмоточного реле RE1 не протекает. Если кратковременно нажать нормально разомкнутую кнопку S1, то через обмотку S этого реле потечет ток. Реле сработает и своими контактами подключит нагрузку к аккумулятору. Это состояние реле «запомнит» и сохранит и после отпускания кнопки S1. Если напряжение аккумулятора понизится и выйдет из зоны допустимых значений, то компаратор IC1 переключится в состояние лог. «1» на его выходе 6, и через обмотку R этого реле потечет ток. Это приведет к переключению поляризованного реле и отключению нагрузки.
Как сказано в [1], в момент переключений реле потребляет ток около 45 мА. Это обусловлено сопротивлением обмоток реле RE1 (G6AK-234P-ST-US 5VDC). Точное напряжение отключения нагрузки от аккумулятора (11,5...11,8 В) выставляется регулировкой подсроечного резистора Р1. Светодиод LD1 индицирует протекание тока через обмотку S реле RE1 при нажатии кнопки S1.
Схема предельно проста, но, вероятно, не оптимальна. Дело в том, что ток через обмотку R реле RE1 будет постоянно протекать при уменьшении напряжения аккумулятора ниже допустимого предела.
Для поляризованного реле в этом нет никакой необходимости и вполне пригоден импульсный режим управлении этим реле. Достаточно лишь включить в цепь обмотки R реле RE1 конденсатор С2 достаточно большой емкости, например, электролитический.
Учитывая то, что поляризованное реле обладает памятью, целесообразно сделать импульсным управление и обмоткой S этого реле. При этом в схему устанавливается еще один конденсатор СЗ (рис.2).
Контакты реле RE1 должны выдерживать ток нагрузки аккумулятора. Реле указанного в первоисточнике типа крайне дефицитно. Из отечественных поляризованных реле может быть использовано, например, реле типа РПС20. Его еще называют «путевой выключатель». Из паспортных данных этих реле, которые можно найти в Интернет, следует, что сопротивление его обмоток относительно невелико. Это делает практически невозможным непосредственное подключение обмотки реле к выходу микросхемы IC1, т.е. при использовании в ней реле типа РПС20, схема рис.2 носит, скорее, теоретический иллюстративный характер.
Практический интерес на этой схеме представляет узел индикации режимов работы схемы. Он выполнен на светодиодной матрице LD1.
При подключении к контактам разъема К1 аккумулятора через балластный резистор R6 получает питание кристалл R светодиода LD1. Красное свечение LD индицирует этот режим работы. Кнопка S1 нормально разомкнута, и кристалл G не излучает света. Реле RE1 обесточено, и питание на нагрузку схемы не подается.Диод D4 препятствует подаче напряжения на обмотку S реле RE1.
Если нажать кнопку S1, то через резисторы R4, R5 и диод D4 ток станет протекать через кристалл G двух цветного светодиода LD1. В первый момент свечение зеленого светодиода матрицы будет с небольшой яркостью. После срабатывания реле RE1 контакты реле переключатся. Напряжение аккумулятора начнет подаваться на выход устройства OUT(разъем К2) и одновременно через D3, R5 на зеленый светодиод матрицы. Его яркость свечения значительно возрастет.
В схеме рис.З удалось отказаться от применения дефицитного поляризованного реле. Одновременно выход слаботочной микросхемы IC1 разгружен за счет использования согласующего транзистора VT1.
При подключении схемы к аккумулятору (разъем К1) разряженный конденсатор С2 обеспечивает задержку включения транзистора VT1 и, соответственно, реле RE1. Диод D3 оказывается запертым обратным смещением. Если аккумулятор заряжен до своего номинального напряжения, то напряжение на инвертирующем входе компаратора IC1 будет больше, чем напряжение на его неинвертирующем входе. На выходе компаратора потенциал будет близок к нулю.
Транзистор VT1 сохраняет свое запертое состояние, а стандартное электромагнитное реле RE1 будет обесточено. Нормально замкнутыми (НЗ) контактами RE1-A и RE1-B выход устройства OUT (разъем К2) подключен к аккумулятору (разъем К1). Зеленый светодиод матрицы
LD1 индицирует этот режим работы.
Как только напряжение аккумулятора понизится до минимально допустимого значения, компаратор IC1 переключится. При этом на его выходе (вывод 6) появится лог. «1». Через резисторы R4, R5 откроется транзистор VT1, сработает реле RE1 и отключит питание нагрузки устройства от аккумулятора. Конденсатор С2 обеспечивает защиту схемы питания реле RE1 от кратковременных скачков напряжения аккумулятора, например, из-за помех.
После включения и перехода в режим насыщения транзистора VT1 резко уменьшится потенциал не инвертирующего входа компаратора из-за подключения диода D3 параллельно диоду D2. Это способствует тому, что в схему вводится «память». Известно, что напряжение недостаточно мощных аккумуляторов и батарей возрастает при отключении от них нагрузки. Теперь увеличение напряжения аккумулятора не приведет к подключению к нему нагрузки.
Кнопка SB1 позволяет производить контроль целесообразности отключения нагрузки устройства от аккумулятора и проверять достоверность снижения напряжения аккумулятора ниже минимально допустимой границы. При нажатии этой кнопки транзистор VT1 запирается, реле RE1 обесточено, а нагрузка устройства (выход OUT) подключена. Если аккумулятор действительно разряжен, то через доли секунды после отпускания кнопки SB1 реле RE1 сработает и отключит нагрузку от аккумулятора. Схема запомнит это состояние.
Целесообразность подключение устройства защиты к аккумулятору через полупроводниковый диод (D2[1]) не нашла своего подтверждения при экспериментах со схемами рис. 1 и рис.2, поэтому на схеме рис.З такой диод отсутствует.
Конструкция и детали
Работа схем проверялась не только с рекомендованной [1] микросхемой СА3140, но и более распространенными на практике отечественными микросхемами КР140УД708. Существенных отличий не выявлено. Можно предположить, что за рубежом САЗ 140 распрастранена так же, как у нас, распространена КР140УД708. Их цоколевки совпадают.
Номинал балластного сопротивления R3 стабилитрона D1 в схеме рис.З уменьшен с 10 кОм до 1 кОм. Это вызвано тем, что большинство типов стабилитронов, в частности распространенный КС 156, имеют минимальный ток стабилизации 3 мА. Целесообразно было увеличить номинал подстроечного сопротивления Р1 до 10 кОм по сравнению с 2,5 кОм в схеме прототипа, а номинал ограничительного резистора R2, соответственно, уменьшить со 100 кОм до 82 кОм. Это облегчило процесс настройки схемы.
Транзистор VT1 использован типа КТЗ102Б при работе в схеме реле NT78CS0.6. Но, естественно, применение этого типа реле обусловлено лишь его малогабаритностью, большим допустимым током контактов (15А) и наличием его на рынке.
На рис.4 показан рисунок печатной платы схемы рис.З, а на рис.5 - расположение радиокомпонентов на плате.
Литература
1. Amatorske RADIO. - №10. - S.23.
Е.Л. Яковлев, г. Ужгород