Egyszerű akkumulátorszint-kijelző az op

A modern világban szinte minden elektronikus eszközben használunk akkumulátort, a kézi mobiltelefontól, a digitális hőmérőtől, az okosórától az elektromos járművekig, repülőgépekig, műholdakig, sőt a Marson használt robotroverekig, amelyek akkumulátora kb. Nyugodtan mondhatjuk ezen elektrokémiai tárolóeszközök, más néven akkumulátorok feltalálása nélkül, a világ, mint tudjuk, nem létezne. Számos különböző típusú elem létezik, például ólom-sav, Ni-Cd, lítium-ion stb. A technológia megjelenésével új elemeket találunk, mint például lítium-levegő akkumulátorok, szilárdtest-lítium elemek stb. energiatárolási kapacitás és magas üzemi hőmérséklet-tartomány. Korábbi cikkeinkben már többet tárgyaltunk az akkumulátorokról és azok működéséről. Ebben a cikkben megtudhatjuk, hogyan tervezhetünk egy egyszerűt12 V-os akkumulátor töltöttségjelző az Op-Amp segítségével.

Bár az akkumulátor töltöttsége félreérthető kifejezés, mert nem tudjuk igazán mérni az akkumulátorban maradt töltöttséget, hacsak nem használunk összetett számításokat és méréseket az akkumulátor-kezelő rendszer segítségével. De az egyszerű alkalmazásokban nincs luxusunk ezzel a módszerrel, ezért általában egy egyszerű nyitott áramú feszültség alapú akkumulátorszint-becslési módszert alkalmazunk, amely nagyon jól működik a 12 V-os ólomsavak esetében, mivel kisütési görbéjük majdnem lineáris 13,8 V és 10,1 V között, amelyeket általában annak felső és alsó szélső határának tekintenek. Korábban építettünk egy Arduino alapú akkumulátorszint-jelzőt és egy több cellás feszültséget figyelő áramkört is. Ha érdekli, ellenőrizheti őket.

Ebben a projektben egy 12 V-os akkumulátorszint-jelzőt tervezünk és építünk egy quad összehasonlító OPAMP alapú IC LM324 segítségével, amely lehetővé teszi számunkra, hogy 4 OPAMP alapú összehasonlítót használjunk egyetlen chipen. Az LM324 IC segítségével megmérjük az akkumulátor feszültségét és összehasonlítjuk az előre megadott feszültséggel, és a LED-ek segítségével megjelenítjük a kapott kimenetet. Ugorjunk bele rögtön, igaz?

Szükséges alkatrészek

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × LED világítás (piros)
• 1 × 2,5kΩ ellenállás
• 5 × 1kΩ ellenállás
• 1 × 1.6kΩ ellenállás
• 4 × 0,5kΩ ellenállás
• 14 tűs IC tartó
• NYÁK csavaros terminál
• Perfboard
• Forrasztókészlet

LM324 Quad OPAMP IC

Az LM324 egy Quad op-amp IC integrált négy op- amperrel, amelyeket egy közös tápegység táplál. A differenciális bemeneti feszültségtartomány egyenlő lehet a tápfeszültségével. Az alapértelmezett bemeneti offszet feszültség nagyon alacsony, ami 2mV nagyságú. Az üzemi hőmérséklet 0 ° C és 70 ° C között mozog környezeti hőmérsékleten, míg a csatlakozás maximális hőmérséklete akár 150 ° C is lehet. Általában az op-erősítők matematikai műveleteket hajthatnak végre, és különböző konfigurációkban használhatók, például erősítő, feszültségkövető, komparátor stb. Tehát négy OPAMP-t alkalmazva egyetlen IC-ben, helyet és az áramkör összetettségét takarítja meg. Egyetlen tápegységgel működtethető, széles -3 V és 32 V feszültségtartomány között, ami több mint elegendő az ezen áramkör 24 V-os akkumulátorszintjének teszteléséhez.

Áramvázlat a 12 V-os elemszint jelzőhöz

A 12 V-os akkumulátorjelzőben használt teljes áramkör az alábbiakban található. Az alábbi képen 9V-os elemet használtam szemléltetésre, de feltételezem, hogy 12V-os elem.

Ha nem tetszik a grafikus áramkörök, ellenőrizze az alábbi képet a vázlatokról. Itt a Vcc és a Ground azok a sorkapcsok, amelyeket 12V-os akkumulátorhoz kell csatlakoztatni, pozitív és negatív.

Most folytassuk az áramkör működésének megértését. Az egyszerűség kedvéért az áramkört 2 különböző részre oszthatjuk.

Referenciafeszültség szakasz:

Először el kell döntenünk, hogy melyik feszültségszintet akarjuk mérni az áramkörben, és ennek megfelelően megtervezheti az ellenállás alapú potenciálosztó áramkört. Ebben az áramkörben a D2 egy referencia Zener dióda, amelynek névleges értéke 5,1 V 5 W, így a kimenetet 5,1 V-ra szabályozza rajta. 4 1k ellenállás van sorba kötve sorosan a GND-vel, így minden ellenálláson körülbelül 1,25 V esés lesz, amelyet összehasonlítani fogunk az akkumulátor feszültségével. Az összehasonlításhoz használt referenciafeszültségek körülbelül 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V és 1,25 V.

Van még egy feszültségosztó áramkör, amelyet az akkumulátor feszültségének összehasonlítására használunk a Zenerre kapcsolt feszültségosztó által adott feszültségekhez. Ez a feszültségosztó azért fontos, mert az értékének konfigurálásával eldönti azokat a feszültségpontokat, amelyeken túl fel akarja világítani a megfelelő LED-eket. Ebben az áramkörben 1,6 k-os és 1,0 k-os ellenállást választottunk sorba, hogy 2,6-os osztótényezőt kapjunk.

Tehát, ha az akkumulátor felső határa 13,8 V, akkor a potenciálosztó által adott megfelelő feszültség 13,8 / 2,6 = 5,3 V lesz, ami meghaladja az 5,1 V-ot, amelyet a Zener-dióda első referenciafeszültsége ad, ezért az összes LED világít, ha az akkumulátor feszültsége 12,5 V, azaz nem teljesen feltöltött vagy teljesen lemerült, akkor a megfelelő feszültség 12,5 / 2,6 = 4,8 V lesz, ami azt jelenti, hogy kisebb, mint 5,1 V, de nagyobb, mint a másik három referenciafeszültség, így három LED világít kigyullad, és az egyik nem fog. Így meghatározhatjuk az egyes LED-ek világításának feszültségtartományait.

Komparátor és LED rész:

Az áramkör ezen részén éppen a Különböző LED-eket hajtjuk meg különböző feszültségszintek mellett. Mivel az IC LM324 OPAMP alapú komparátor, így amikor egy adott OPAMP nem invertáló kapcsa nagyobb potenciálon van, mint az invertáló terminál, az OPAMP kimenet magasra lesz húzva a hozzávetőlegesen VCC feszültségszintig, amely esetünkben az akkumulátor feszültsége. Itt a LED nem világít, mert a LED anódjának és katódjának feszültsége egyaránt megegyezik, így áram nem áramlik. Ha az Invertáló terminál feszültsége magasabb, mint a nem invertáló terminál feszültsége, akkor az OPAMP kimenete le lesz húzva a GND szintjére, így a LED világítani fog, mert potenciálkülönbséggel rendelkezik a kapcsai között.

Áramkörünkben mindegyik OPAMP nem invertáló kapcsait csatlakoztattuk az akkumulátoron keresztül csatlakoztatott potenciálelosztó áramkör 1 kΩ-os ellenállásához, és az inverteres kapcsok a Zener-szerte összekapcsolt potenciálosztótól eltérő feszültségszintekhez vannak csatlakoztatva. Tehát, amikor az akkumulátor megosztott feszültsége alacsonyabb, mint az OPAMP megfelelő referenciafeszültsége, a kimenet magasra kerül, és a LED nem világít, ahogyan azt korábban kifejtettük.

Kihívások és fejlesztések:

Ez egy meglehetősen durva és alapvető módszer az akkumulátor feszültségének közelítésére, és tovább módosíthatja úgy, hogy kiolvassa a kívánt feszültségtartományt, további soros ellenállás hozzáadásával, az 5.1V Zener diódán keresztül csatlakozó potenciálosztóval, ily módon nagyobb pontosságot érhet el egy kisebb tartományban, így több feszültségszintet azonosíthat egy kisebb tartományban a valós alkalmazásokhoz, például egy ólomakkumulátorhoz.

Különböző színű LED-eket is csatlakoztathat a különböző feszültségszintekhez, és ha oszlopdiagramot szeretne. Ebben az áramkörben csak egyetlen LM324-et használtam az egyszerűség kedvéért. Használhat n összehasonlító IC-t és n ellenállással, sorban a referenciafeszültségű Zener diódával, annyi referenciafeszültséggel rendelkezhet, amellyel összehasonlíthatja ami tovább növeli az indikátor pontosságát.

12 V-os akkumulátorszint-jelzőnk építése és tesztelése

Most, amikor befejeztük az áramkör tervezését, meg kell gyártanunk a perf táblán. Ha akarja, először kenyérlapon is tesztelheti, hogy lássa, működik-e, és hibakeresni tudja az áramkörben előforduló hibákat. Ha meg akarja menteni az összes alkatrész forrasztásának problémáját, megtervezheti saját NYÁK-ját is az AutoCAD Eagle, az EasyEDA vagy a Proteus ARES vagy bármely más tetszőleges NYÁK-tervező szoftveren.

Mivel az LM324 az áramellátás széles tartományában képes működni, -3V és 32V között, nem kell attól tartania, hogy külön tápegységet biztosít az LM324 IC-hez, ezért csak egy pár NYÁK-csavaros sorkapcsot használtunk, amelyek közvetlenül csatlakozik az akkumulátor pólusaihoz, és táplálja az egész NYÁK-ot. Ezzel az áramkörrel ellenőrizheti a feszültségszinteket Min 5,5 V és legfeljebb 15 V között. Erősen ajánlom, hogy adjon sorosan egy másik ellenállást a Zeneren átívelő potenciálosztóba, és csökkentse az egyes LED-ek feszültségtartományát.

Ha növelni szeretné a feszültség tesztelési tartományát 12 V és 24 V között, mivel az LM324 képes 24 V akkumulátor tesztelésére, akkor csak meg kell változtatnia az akkumulátoron keresztül csatlakoztatott feszültségosztó feszültségosztó tényezőjét, hogy azok összehasonlíthatók legyenek a megadott feszültségszintekkel a Zener referencia áramkörével, és duplázza meg a LED-ekhez kapcsolt ellenállásokat is, hogy megvédje őket a bennük lévő nagy áramtól.

A bemutató teljes működése megtalálható az alább linkelt videóban is. Remélem, tetszett az oktatóanyag, és valami hasznosat tanult, ha bármilyen kérdése van, hagyja őket a megjegyzés részben, vagy használhatja fórumunkat egyéb technikai kérdésekhez.