Indikátor napětí akumulátoru Li-ion/Li-pol
Li-ion/Li-pol battery voltage indicator

The circuit indicates a voltage greater than 3.6V (a green LED lit) and a voltage less than 3.45V (a red LED is lit).
In the range between 3.45V and 3.6V both LEDs illuminate.

U zařízení napájených z jednoho akumulátoru Li-ion nebo Li-pol může být užitečná informace, že je článek téměř vybit nebo se jeho napětí blíží hranici, kdy přístroj přestává správně pracovat. Například je-li napětí pro napájení přístroje zvětšeno zvyšujícím měničem, může se stát, že se akumulátor vybije pod přípustnou mez, aniž by si toho obsluha všimla, protože např. modul měniče MT3608 pracuje již od 2 V.

Obr. 1. Zapojení indikátoru napětí akumulátoru Li-ion
Fig. 1. Li-ion battery voltage indicator schematic - common anode LED

Nedávno jsem řešil podobný problém. Oblíbená zapojení, např. Batest (AR 11//1985, s. 432) při malém napětí nefungují. Zapojení na obr. 1 pracuje již od asi 3 V a rozliší tři úrovně napětí: Pokud je napětí článku dostatečné, svítí zelená LED2. Blíží-li se napětí hranici vybití (zde nastaveno 3,6 V), rozsvítí se červená LED1 a svítí společně s LED2. Zmenší-li se dále napětí baterie (<3,45 V), zelená LED2 hasne a svítí jen červená. Prahová napětí uvedená v závorce platí pro odpory rezistorů R1 až R3 podle schématu.

Vzhledem k malému napájecímu napětí nelze použít jakýkoli operační zesilovač, většina těch „historických“ při malém napájecím napětí nepracuje. Zapojení je navrženo pro běžný dvojitý OZ typu LM358 (LM258, LM2904 – mají stejné vnitřní zapojení), případně lze použít dva OZ z pouzdra LM324. Tyto OZ umějí pracovat s napětím blízko záporného napájecího napětí (mají na vstupu PNP tranzistory), ale největší napětí, kdy je IO ještě v lineární oblasti, je pro vstup i výstup asi o 1,5 V menší než kladné napájecí napětí. Proto je napěťová reference připojena ke kladnému pólu napájení a LED jsou spínány k zemi.

Obr. 2. Rozmístění součástek na desce s plošnými spoji (20 × 35 mm)
Fig. 2. PCB design

Obr. 3. Zapojení dvoubarevné LED
Fig. 3. Two-color LED connection

Deska s plošnými spoji (obr. 2) je navržena pro klasické součástky. Lze osadit buď samostatné LED, nebo dvoubarevnou LED se společnou anodou (obr. 3). Pak je vhodné zvolit odpory R5 a R6 tak, aby v intervalu, kdy svítí obě LED, svítily oba čipy přibližně stejně a výsledkem byla žlutá nebo oranžová barva.

Obr. 4. Upravené zapojení indikátoru napětí
Fig. 4. Circuit variant for LEDs with common cathode

Obr. 5. Rozmístění součástek na desce s plošnými spoji (20 × 35 mm) pro zapojení z obr. 4
Fig. 2. Fig. 4 circuit component location

Máte-li v šuplíku operační zesilovač s rail-to-rail výstupem, nebo chcete-li sledovat větší napětí, můžete použít zapojení z obr. 4. Lze v něm použít dvoubarevnou LED se společnou katodou, která je přeci jenom běžnější.

Pro větší napájecí a indikované napětí bude třeba upravit odpory rezistorů. Odpory děliče zvolíme tak, aby na R1 a R2 bylo v součtu 2,5 V při prahu odpovídajícím menšímu napětí a na R1 bylo 2,5 V při prahu vyššího napětí. Také můžete rezistory nahradit trimry a zjistit odpory rezistorů experimentálně. Pro větší napájecí napětí je také vhodné zvětšit odpor rezistoru R4 tak, aby i při minimálním indikovaném napětí tekl do napěťové reference – obvodu TL431 proud asi 1 mA. Většina obvodů TL431 pracuje již od proudu okolo 0,5 mA. O odporech R5 a R6 již byla zmínka dříve. Napájecí napětí indikátoru je maximálně 32 V pro obvody LM a 16 V pro obvod TLC272. Některé moderní rail-to-rail operační zesilovače mají maximální napájecí napětí jen okolo 5 V, pozor proto při jejich použití. Vždy je dobré podívat se do katalogového listu.

Obr. 6. Obrazec plošných spojů v rozlišení 600 dpi - soubor TIF a PDF
Fig. 6. PCB design in 600 dpi resolution - TIF and PDF file

Seznam součástek (obr. 1)

Jaroslav Belza

Článek byl otištěn v časopise "Praktická elektronika" 6/2017 na s. 15
This article was printes in magazine "Praktická elektronika" 6/2017, page 15

15. 4. 2018