Для мініатюрної електронної апаратури і приладів, які живляться від акумуляторних батарей або гальванічних елементів, дуже корисним пристроєм є індикатор розрядження джерела живлення. Такий індикатор дозволяє, виявивши розрядку, своєчасно вжити заходів для перезарядження акумуляторів або заміни гальванічних елементів. На рис.1 для прикладу наведено характерні криві розряду нікель-кадмієвих акумуляторів струмами від I = 0,2 С до I = 3С, де С – ємність акумулятора в амперчасах, з якої видно, що при розрядці на 80 … 90% напруга на них падає приблизно на 0,15 В від номінальної величини 1,25 В. схоже поводяться і нікель-метало-гидридні акумулятори. Що стосується звичайних марганцево-цинкових або алкалінових гальванічних елементів, то їх падіння напруги при тій же мірі розрядки складає приблизно 0,2 … 0,25 В від номінальних 1,5 В. Виняток становлять лише літієві елементи, які практично до повного розряду зберігають номінальну напругу.

Криві розряду Ni-Cd акумулятора

Рис. 1. Криві розряду Ni-Cd акумулятора Таким чином, для індикації розрядки переважної більшості гальванічних джерел живлення достатньо реєструвати зменшення їх напруги на величину приблизно від 150 мВ в одного акумулятора до 2 … 2,5 В у батареї з 8 … 10 гальванічних елементів. Зазвичай такі індикатори реалізуються на основі мікросхем, вже включають у себе компаратор напруги. В інших випадках для цього, як правило, використовуються операційні підсилювачі, на яких також збирається компаратор. Тут пропонується індикатор, побудований на цифровий мікросхемі. Його компаратор виконаний на КМОП – инвертор, у якості якого застосовано базовий елемент мікросхеми К561ЛН2. Опорне напруга Uо подається на вхід інвертора, а порівнювати позитивне напруга джерела живлення U і.п. на ніжку 14 харчування мікросхеми. З характерних кривих на мал.2 видно що в досить широкій області довкола довільно обраного номінального значення U і.п. напруга перемикання інвертора U п пов'язано з напругою його живлення співвідношенням U п = xU і.п. , Де x = const і x>> 0,4 при перемиканні інвертора зі стану логічної «1» в «0» і x>> 0,6 у зворотному випадку. Отже, із зменшенням напруги живлення при проходженні точки U і.п. >> 2,5U про інвертор, вихід якого попередньо перебував у стані «1», буде змінювати її на протилежну. Крутість перехідної характеристики інверторів 561 серії при роботі на високоомних навантаження цілком достатня для фіксації перепаду контрольованої напруги порядку десятка мілівольт.

Залежність напруги від напруги живлення

Рис. 2. Залежність напруги від напруги живлення Принципова схема індикатора розрядки для джерел живлення з номінальною напругою в межах 3 … 6 У наведена на рис.3. Компаратор виконаний на инвертор DD1.1. Опорне напруга формується ланцюжком R1, R2, VD1, де VD1 – джерело опорного напруги КА.336-2.5. Частина напруги, що падає на VD1, а для КА.336-2.5 це 2,48 В, подається на вхід DD1.1 через резистор R2, яким встановлюється поріг спрацьовування компаратора. Нормальне і розрядженому стані джерела живлення індиціюється світлодіодами VD2 і VD4 відповідно. Інвертор DD1.2 виконує функцію буфера, який перешкоджає зменшенню крутості перемикальних характеристики інвертора при включенні світлодіода VD2.

Принципова схема індикатора розрядки для джерел живлення

Рис. 3. Принципова схема індикатора розрядки для джерел живлення Крім світлового сигналу, розрядженому стані джерела індиціюється і звуковим сигналом пьезозвонка BQ1, який порушується мультивібратором, зібраним на інвертора DD1.5, DD1.6. Резистор R7 використовується для підстроювання частоти мультівібратор під резонансну частоту пьезозвонка. Значення ємності конденсатора С2 дано для випадку, коли застосований пьезозвонок з резонансною частотою близько 3 кГц і вище. Якщо застосовується пьезозвонок з більш низькою резонансною частотою, ємність конденсатора С2 слід відповідно збільшити. В іншому випадку гучність звукового сигналу може виявитися недостатньою. Маніпулятор на інвертора DD1.3, DD1.4 формує імпульси для живлення світлодіода VD4 і управляє мультивібратором. За вказаних на схемі номіналах времязадающей ланцюжка С1, R6 частота пререключенія маніпулятора приблизно дорівнює 3 Гц. Розділові діоди VD3 і VD5 дозволяють послідовно керувати маніпулятором і мультивібратором. Зібраний індикатор поключается до будь-якого приладу або пристрою просто шляхом приєднання висновків 7 і 14 мікросхеми К561ЛН2 до мінусової і плюсової шинам харчування відповідно. Індикатор працює таким чином. У початковому стані кнопка S1 розімкнути і на вході інвертора DD1.1 присутній логічний «0». Відповідно логічний «0» присутній і на виході інвертора DD1.2. При цьому діод VD3 шунтується вхід інвертора DD1.3 на «землю» і таким чином гальмує маніпулятор, на виході якого також виявляється логічний «0», завдяки чому через діод VD5 на «землю» шунтується і вхід інвертора DD1.5 і мультівібратор знаходиться в режим очікування. В результаті світлодіоди VD2 і VD4 не горять і звуковий сигнал відсутній. При натисканні на кнопку S1 напруга живлення Uі.п. подається на анод світлодіода VD2 і в ланцюжок формування опорного напруги R1, R2, VD1. Якщо виявиться, що U і.п. велике настільки, що напруга перемикання інвертора DD1.1 з «1» в «0» при даному харчуванні більше ніж опорне напруга, встановлене на його вході, то на виході інвертора DD1.2 збережеться стан логічного "0". При цьому маніпулятор і, відповідно, мультівібратор залишаться у режим очікування, а світлодіод VD2 загориться, засвідчуючи про нормальний стан джерела живлення. Якщо ж Uі.п. понизиться так, що напруга перемикання інвертора DD1.1 з «1» в «0» при даному харчуванні виявиться менше, ніж опорне напруга на його вході , То при натисканні на кнопку S1 інвертор DD1.1 переключається і на виході інвертора DD1.2 з'явиться логічна «1». У результаті світлодіод VD2 погасне, а діод VD3 замкнеться і запуститься маніпулятор, формуючи імпульси харчування світлодіода VD4 і управління мультивібратором. Мультівібратор почне генерувати пачки імпульсів. Мигання світлодіода VD4 і одночасні звукові сигнали будуть свідчити про розрядження джерела живлення і необхідності його перезарядки або заміни. Правильно зібране пристрій починає працювати відразу. Налаштування зводиться до встановлення величини порогу спрацьовування. Для цього необхідно живити пристрій від регульованого джерела напругою, що обрано в якості критерію розряду гальванічного джерела живлення. Наприклад, для акумуляторної батареї з чотирьох нікель-кадмієвих акумуляторів з номінальною напругою 5 В це буде приблизно 4,4 В. Замкнути кнопку S1, повернути движок резистора R2 в положення, при якому горить світлодіод VD2, і повільно повертати його у зворотному напрямку до моменту, коли світлодіод VD2 погасне та заблимає світлодіод VD4. Після цього збільшити напругу на 0,5 … 1 В, світлодіод VD2 при цьому загориться знову. Потім почати плавно його знижувати і зафіксувати величину, при якої світлодіод VD2 погасне знову і знову почне горіти світлодіод VD4. Якщо отримане значення напруги перемикання буде відрізнятися від запланованого – процедуру повторити. Виробляти установку опорного напруги не як описано вище, а навпаки, домагаючись перемикання світлодіода VD2 з погашеного стану, не можна, оскільки напруга перемикання інвертора з «1» в «0» відрізняється від напруги перемикання з «0» в «1». У конструкції як світлодіодів VD2 і VD4 використані АЛ307Г і АЛ307К зеленого і червоного кольорів, діоди VD3, VD5 – будь-які, наприклад КД510А або КД522Б. Номінали резисторів R3, R4 дані для індикатора, що працює з батареєю, що складається з чотирьох акумуляторів або гальванічних елементів. У індикаторі для батареї з трьох елементів з метою уникнення втрати яскравості світіння світлодіодів ці резистори бажано зменшити до 150 і 470 Ом відповідно.

Спрощена схема індикатора

Рис. 4. Спрощена схема індикатора Якщо індикатор призначений для джерела живлення з номінальною напругою більше 6 В, у ньому слід використовувати більш високовольтний джерело опорного напруги. Так для індикаторів від 6 до 12 В підійде джерело LM336Z-5.0, жорстко стабілізуючий опорне напруга 4.98 В, або який-небудь його аналог. Номінали резисторів R1, R3, R4 необхідно при цьому збільшити так, щоб струм через VD1 знаходився в межах 1 … 2 мА, через VD2 – не більше 10 мА, а через VD3 – не більше 3 мА. У індикаторі можливе застосування і звичайних стабілітронів з відповідною корекцією величини R1, але точність спрацьовування індикатора трохи зменшиться. При розробці якого-небудь виробу в нього можна закласти індикатор за спрощеною схемою, представленої на мал.4, а що залишилися інвертори використовувати для інших потреб. У цьому разі про розрядження джерела живлення буде свідчити тільки горіння світлодіода, а про нормальне його стан – відсутність будь-якої реакції індикатора. Можливі й різні проміжні комбінації. На завершення слід зауважити що описане пристрій не потребує власного харчування як такого і може використовуватися абсолютно самостійно як певний тестер – пробник, наприклад, для контролю автомобільних акумуляторів.

Олександр М'ясников, Москва.