Индикатор напряжения для литий-полимерных

ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Покупая свою первую RTF модель самолета или вертолета Вы практически сразу в
инструкции можете обнаружить совет изготовителя, что она будет летать еще лучше, если
произвести замену штатного никель-металл-гидридного аккумулятора, поставляемого в
комплекте, на более легкий и емкий литий-полимерный. Через пару-тройку полетов Вы
убедитесь, что изготовитель таки был прав. Ворча, что он был бы еще более прав, если бы
сразу укомплектовал модель тем, что надо, Вы идете в магазин и покупаете (или
заказываете в интернете) вожделенную липольку. Тут возникает вопрос, как ее сразу не
убить? Ведь вся бортовая электроника рассчитана на работу со штатным аккумулятором.
И вот, в промежутке между этим моментом и последующим, когда Вы отправитесь за
бесколлекторником и регулятором к нему, определенную пользу может принести
устройство, описанное ниже.
Это простой в изготовлении, компактный и легкий индикатор состояния заряда для
ходовой литий-полимерной батареи, состоящей из двух или трех элементов. При
напряжении на батарее, соответствующем более 3,1 В/элемент, индикатор светится
зеленым цветом, ниже указанного порога – красным. При переключении индикатора на
красный цвет, батарея еще обладает остаточной емкостью, достаточной для посадки
модели. Применение в устройстве ультраярких светодиодов позволяет контролировать
состояние заряда ходовой батареи в процессе полета модели.
Основой данного устройства является популярная и доступная микросхема
регулируемого параллельного стабилизатора TL431. Подробное описание этой
микросхемы приведено в [1]. Остальные детали тоже не особо дефицитны.
Рис.1. Схема принципиальная
В схеме использованы следующие детали :
Конденсатор С1 – 1 мкФ, Y5V, 16 В, типоразмер 0805 ;
Микросхема стабилизатора DA1 - TL431AIM, корпус SO-8 ;
Светодиод AL1 – 3 мм плоский ультраяркий красный DFL-2304URC ;
Светодиод AL2 – 3 мм плоский ультраяркий зеленый DFL-2304UGC ;
Транзистор VT1 - BF847 – корпус SOT-23 ;
Резистор R4 – 3,3 кОм, точность 5%, типоразмер 0603 ;
Резистор R5 – 1 кОм, точность 5%, типоразмер 0603 ;
Часть резисторов имеет номинал, зависящий от числа элементов в батарее :
Резистор Точность Типоразмер
Для 2 LiPo
Для 3 LiPo
R1
1%
0805
8,87 кОм
15 кОм
R2
1%
0805
6,19 кОм
5,62 кОм
R3
5%
0603
1 кОм
2,2 кОм
R6
5%
0805
560 Ом
1 кОм
Попробуем разобраться, как эта схема работает. Со средней точки делителя,
собранного на резисторах R1 и R2, напряжение подается на управляющий вывод
стабилизатора TL431 и сравнивается со значением его внутреннего опорного напряжения
(2,5В). Если напряжение делителя выше опорного, то стабилизатор «пробивается» и
запирает транзистор VT1. Ток при этом течет через зеленый светодиод AL2. Как только
напряжение на аккумуляторе падает до критического значения и напряжение на делителе
становится ниже опорного, стабилизатор «отключается», тем самым открывая транзистор
VT1. При этом падение напряжения на переходе транзистора составляет примерно 0,2 В,
что в сумме с падением напряжения на светодиоде с кристаллом красного свечения (2,0 В)
составит 2,2 В. Поскольку падение напряжения на кристалле светодиода зеленого
свечения составляет 2,8 В, то ток начинает протекать по пути наименьшего сопротивления
через переход транзистора и зажигая красный светодиод. Зеленый светодиод при этом
гаснет.
Плата выполнена из одностороннего фольгованного стеклотескстолита толщиной 1
мм и имеет размеры 17,5 х 8,5 мм. Для простоты монтажа, плата индикатора выполнена
односторонней и не содержит отверстий. В принципе, рисунок дорожек на плату может
быть нанесен водостойким маркером, «утюжно-лазерным» способом, либо просто путем
процарапывания слоя лака или краски, нанесенного на зачищенную и обезжиренную
поверхность фольгированного стеклотекстолита. После нанесения рисунка любым из
перечисленных способов, плату следует протравить в растворе хлорного железа. Готовая
плата в идеале должна выглядеть примерно так :
Рис.2. Фото печатной платы
Для сборки Вам потребуется спирто-канифольный флюс (обычно я наливаю его в
крышку от пивной бутылки и жду пока он частично выпарится до густоты сметаны).
Припой лучше использовать легкоплавкий, диаметром 0,6…0,8 мм. Из инструментов
нужны : пинцет с острыми губками и паяльник мощностью 6-25 Вт с жалом, заточенным
пирамидкой. Если у Вас есть доступ к хорошей паяльной станции, то часть проблем
исчезнет сама собой. Картинка, приведенная ниже, имеет своей целью превратить процесс
сборки в приятную забаву.
Рис.3. Схема сборки
Сборка займет от 15 минут до 1 часа. На контактные площадки под СМДкомпоненты следует нанести по капельке спирто-канифольной «сгущенки», после этого,
удерживая деталь пинцетом, следует кратковременным касанием паяльника контактной
площадки добиться равномерного растекания припоя и припаивания торца детали к
контактной площадке. Рекомендуемая последовательность установки деталей : резисторы,
конденсатор, транзистор, микросхема, светодиоды, провода. Собранную плату следует
промыть в изопропиловом спирте для удаления остатков флюса. Правильно собранное
устройство в настройке не нуждается. Для проверки работоспособности достаточно
тестера. Результат сборки должен быть таким :
Рис.4. Фото собранной платы
Если Вы не относите себя к числу СМД-экстремалов, это-же устройство можно
собрать и на обычных деталях. В таком случае целесообразно будет в разрыв между R1 и
R2 вставить подстроечный резистор на 2,2…4,7 кОм, а к его средней точке подключить
управляющий вывод TL431. Этот нехитрый прием избавит Вас от необходимости искать
1% резисторы и одновременно даст возможность точно подстроить индикатор на
желаемое напряжение. Естественно, что в этом случае изделие наберет несколько больше
миллиметров в талии и пару грамм лишнего веса, но зато Вы получаете полную свободу
творчества в плане схемотехники и разводки печатной платы, а также сможете посверлить
текстолит в свое удовольствие.
Заменить TL431 можно на К142ЕН19, транзистор - на КТ3102 с буквами К или Л.
Красный светодиод в случае замены годится любой , зеленый должен быть ультраярким с
длиной волны 565 нм, что гарантирует получение нужного значения падения напряжения
2,8 В на его кристалле. К пассивным компонентам (резисторы-конденсаторы) особых
требований не предъявляется.
После сборки и проверки индикатор желательно затянуть в термоусадочную
трубку, что придаст Вашей поделке благородный вид китайского заводского изделия :
Рис.5. Фото готового изделия
Пересчитав номиналы резисторов, приведенных в таблице, Вы сможете
использовать данный индикатор для контроля состояния практически любого
аккумулятора от 4,8 до 20 В, например 4-5 баночного никель-кадмиевого бортового или
12 В свинцово-кислотного аккумулятора для стартовой панели.
Если у Вас все-же возникнут затруднения по комплектованию индикатора, полный
набор деталей для его сборки, включая плату, светодиоды и перечисленные СМДкомпоненты, Вы можете заказать, обратившись по адресу [email protected].
ЛИТЕРАТУРА
1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их
применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М.ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.ISBN-5-87835-021-1