Het belangrijkste kenmerk van deze lambda-diode batterij-indicator voor Ni-Cd-batterijen is dat het circuit zelf bijna geen stroom verbruikt, totdat het ingestelde lage drempelniveau is bereikt en de indicator-LED brandt.
Deze eigenschap maakt het circuit zeer geschikt voor veel laagspanningssystemen op batterijen, zoals radio's, horloges, timers, alarmen, afstandsbedieningen etc.
De belangrijkste reden van voortijdige celschade in nikkel-cadmiumbatterijen is hun interne kortsluiting die optreedt doordat de batterij tijdens het gebruik veel te diep wordt ontladen.
Daarom moet elke elektronische gadget die Ni-Cd-cellen gebruikt een indicator voor een bijna lege batterij hebben die de gebruiker kan activeren en waarschuwen om hem op te laden, ruim voordat de 'kritieke' spanning van de batterij wordt bereikt.
Hoewel je veel soorten zult vinden laad monitoren die kunnen worden geïntegreerd in uw batterijgevoede producten, is de lambda-diode-monitor die in dit artikel wordt uitgelegd misschien een meer geavanceerde optie dan alle andere beschikbare batterij-monitors.
Beter dan andere indicatiesystemen voor lage batterijspanning
Meest lage batterij-indicatoren werk met BJT's om de LED-aandrijfstroom in te schakelen of voor een meterdisplay. Het nadeel bij dergelijke ontwerpen is dat het circuit de batterij continu leeg laat lopen, zelfs als de LED is uitgeschakeld.
In circuits met een laag vermogen, dit soort batterij leeglopen kan de back-uptijd van de batterij aanzienlijk beïnvloeden en verkorten.
De beste remedie om dit op te lossen, is door een circuit te gebruiken dat absoluut geen stroom van de batterij , zolang de voedingsspanning hoger is dan het kritieke potentieel van de accu.
Dit is precies wat de lambda-diode-gebaseerde low-battery-monitor uitvoert.
Het beschikt ook over een instelbare triggerdrempel over een spanningsbereik van 8 tot 20 V, en het kan vrij goedkoop worden gebouwd.
Ni-Cd laad- / ontladingskarakteristiek
De klemspanning van alle accu's varieert afhankelijk van hun laadtoestand. Dit kenmerk van deze relatie kan verschillen voor verschillende batterijen.
Bijvoorbeeld met Loodzuur batterijen vinden we praktisch een zeer lineaire daling van hun uitgangsspanning als de cellen worden ontladen. Dit gedrag is doorgaans ook hetzelfde voor droge cellen.
Maar bij Ni-Cd-batterijen is de spanningsval tijdens het ontladen niet erg lineair. Een volledig opgeladen Ni-Cd-cel kan een uitgangsspanning van ongeveer 1,25 volt vertonen.
Dit niveau wordt redelijk constant gehandhaafd totdat het vrijwel volledig is ontladen. Op dit punt daalt de celspanning snel tot ongeveer 1,0 tot 1,1 volt of 1,05 V.
Een accurate spanningsbewakingsschakeling aangepast om te activeren op dit 'kritieke' spanningsniveau kan buitengewoon nuttig zijn bij het identificeren van het laadniveau van de Ni-Cd-batterij.
Een achtcellige Ni-Cd-batterijpakket kan bijvoorbeeld een volledig geladen uitgangspotentiaal hebben van 10,0 volt. Als deze bijna volledig ontladen is, kan de accu een output hebben van 8,4 volt.
Hoe Lambda-Diode Low Battery Indicator werkt
Het lambda-diode-controlecircuit voor lage batterijspanning, zoals weergegeven in de volgende afbeelding, is aangepast om te activeren bij 8,4 volt, waardoor we een effectief controlesysteem voor de laadstatus (SoC) voor een Ni-Cd-batterij kunnen bereiken.
De lambda-diode weergegeven in de gestreepte doos is gebouwd met behulp van een paar n- en p-kanaal FET's.
Onthoud dat er geen kant-en-klare 'lambda'-diode op de markt is.
Praktisch gezien wordt een lambda-diode gebouwd door twee laagvermogen-FET's met elkaar te verbinden, en wordt deze bediend met slechts twee terminals, gemarkeerd met 'anode' (A) en 'kathode' (K).
Wanneer de voorspanning over deze lambda-diode in de afsnijmodus staat, wordt transistor Q3 ook uitgeschakeld, waardoor de LED1 op zijn beurt uit blijft.
Als de accuspanning begint te dalen, bereikt het een punt waarop de lambda-diode plotseling vooringenomen wordt en geleidt.
Deze situatie brengt Q3 onmiddellijk in geleiding, waardoor de LED wordt ingeschakeld om de gebruiker te waarschuwen voor de lage batterijspanning (De werkkarakteristiek van de lambda-diode is hieronder te zien).
Het potentiaalniveau dat de lambda-diode in geleiding brengt, is volledig instelbaar via de potentiometer R1.
Weerstand R2 is bedraad als een stroombegrenzer voor het beschermen van LED1. De waarde hiervan huidige beperkende weerstanden kan worden berekend met behulp van de wet van Ohm (R2 = E / I, waarbij R2 in ohm is, E staat voor de potentiaaldrempel van de Ni-Cd-batterij waar de LED1 net oplicht, en ik moet worden vervangen door de maximale veilige stroomwaarde voor de LED.
Constructiedetails
De hierboven toegelichte lambda-diode-batterijlaadmonitor is vrij compact om te worden ondergebracht in de versnelling waar een Ni-Cd-batterijpakket wordt gebruikt als stroombron.
Bovendien zou het extern kunnen worden geconstrueerd en toegepast als indicatorapparatuur voor een lage batterijspanning en ingekapseld in een kleine doos. In beide gevallen kan een PCB worden gebruikt zoals hieronder weergegeven.
Het JFET-type voor het bouwen van de lambda-diode is eigenlijk niet kritisch. Bijna alle configuraties met n- en p-kanaal-FET's zouden goed moeten presteren, samen met degene die in de onderdelenlijst zijn gespecificeerd.
Indien nodig kunt u overwegen om de LED1 te vervangen door een laagvermogenrelais om de verbinding van het Ni-Cad-batterijpakket van de belasting mogelijk te maken zodra het spanningsniveau onder de kritieke lage drempel komt. Deze specifieke opstelling zal het batterijpakket automatisch beschermen tegen ompoling terwijl het wordt ontladen.
Onderdelen lijst
LED1 - Elke 5 mm 20 mA LED
Q1 - P-kanaal JFET (2N4360 of vergelijkbaar)
Q2 - N-kanaal JFET (2N3819 of vergelijkbaar)
Q3 - NPN BJT 2N2222A of vergelijkbaar
R1 -10 k, vooraf ingesteld
R2 - Stroombegrenzende weerstand (zie tekst) kan een 150 ohm 1/2 -watt zijn
Vorige: Audio Delay Line Circuit - voor echo, reverb-effecten Volgende: 5-cijferige frequentietellercircuit
