OK1HDU (Hamradio, electronics, travelling, photography, ok7u...)
599.cz - Homepage 599.cz - Homepage Memorial OK1WC SOTA - Vrcholy v éteru Optimalizováno pro web... Než něco pošlete dál, přečtěte si ... hoax.cz
     Dnes: 17. 10. 2018    fotogalerie na 599.cz spaceweather.com Bouřky v Česku v novém okně Bouřky v Evropě v novém okně Ionogram Průhonice v novém okně Contest calendar WA7BNM v novém okně RSS summary of the last 7 articles    
O   Hlavní menu
Hlavní stránka

Zajímavé odkazy

Download

Zasílání novinek

O   Seznam rubrik
mínus technika, bastleni
mínus provoz, závody
mínus Od krystalky k SSB
mínus ostatní

f e e d b a c k

O   Počasí v Holicích
JO70XC


O   VOACAP KV Online

O   VOACAP pro CB
Šíření na CB

PHPRS fórum


<a1>technika, bastleni</a1>

Zpět Odpojovač baterie při poklesu napětí

Vydáno dne 02. 02. 2013 (10737 přečtení)

titulek Jak jsem se zmínil v předchozím článku, podařilo se mi zničit Li-Pol baterii tím, že jsem ji zapomněl připojenou k zapnutému transceiveru. Vybila se hluboko pod 3V na článek, a nafoukla se. Proto jsem se rozhodl postavit si obvod, který baterii odpojí při poklesu jejího napětí pod nastavenou mez.


Princip činnosti, použité součástky

principe

Princip činnosti je jednoduchý. Jde o napěťový komparátor, na jehož jeden vstup je připojeno stabilizované referenční napětí a na druhý nestabilizované napětí baterie snížené odporovým děličem, na vhodnou úroveň. Výstup z komparátoru ovládá výkonový FET, který se při překlopení komparátoru rozepne a tím odpojí napájení TRXu.

Je potřeba upozornit, že i po odpojení zátěže samotný odpojovač odebírá z baterie proud okolo 0,65 mA (S některými C-MOS operačními zesilovači by to mohlo být podstatně méně, viz. poznámka níže). To sice není zase tak moc, ale při trvalém připojení to baterii po několika dnech vybije (v závislosti na její kapacitě).
Například, pokud používám baterii 1800mAh a odpojím ji vybitou na 90%. (10% kapacity, tedy 180mAh zbývá). Při vybíjecím proudu 0,65mA ji totálně vybiji teoreticky za 277 hodin (zhruba 11 dní).

Jelikož se mi zdálo nešikovné, aby se napájení odpojilo náhle bez varování (třeba uprostřed právě propíhajícího spojení), použil jsem druhý komparátor, který se překlopí o něco dříve (při napětí vyšším o pár desetin voltu) a svým výstupem rozsvítí blikající LED. Ta svým blikáním varuje, že brzy dojde k odpojení napájení.

Poznámka:
Verze odpojovače, popsaná v tomto článku je konstruována se záměrem vestevět jej do QRP transceiveru K1. Pro použití jako samostatný přístroj je myslím vhodnější verze popsaná v následujícím článku.

     
schema
PCB from the copper side
PCB populated with components
Schéma Plošný spoj (není v měřítku)
Download v měřítku
Osazení pl.spoje
součástkami
     

Oba komparátory mají zavedenu kladnou zpětnou vazbu odporem z výstupu do neinvertujícího (+) vstupu. Tím je zajištěna určitá hystereze - rozdíl mezi napětím pro rozepnutí a pro opětovné sepnutí je přibližně 0,6V (Vznikl tím vlastně jakýsi Schmittův klopný obvod). Tím se zajistí, že v okamžiku, kdy se odpojí zátěž baterie a její napětí se trochu zvedne, nedojde k opětnému sepnutí a tím připojení zátěže. Bez této hystereze by mohlo dojít k rozkmitání odpojovače - cyklickému připojování a odpojování zátěže. Abychom zajistili, že k tomuto nedojde, je rovněž potřeba mít co nejmenší úbytek napětí na napájecích vodičích mezi baterií a odpojovačem. Úbytek napětí musí být i při nejvyšším odebíraném proudu nižší, než je "hysterezní" napětí. Tato hodnota se dá nastavit změnou velikosti zpětnovazebního odporu.

Hysterezi není nutné použít ve větvi s varovnou LED (zpětnovazební odpor se prostě vynechá). Tento komparátor nic neodpojuje, pouze nás informuje. Dokonce tím můžeme získat zajímavou vlastnost, kdy při napětí baterie těsně nad hodnotou pro překlopení bude při zaklíčování (a tedy nepatrném poklesu napětí díky většímu odběru z baterie) LED svítit, zatímco při příjmu zhasne. LED bude tedy blikat v rytmu našeho klíčování.(pokud ovšem nepoužijeme samoblikající LED)

Jako komparátor jsem použil integrovaný obvod LM2903N. Přesněji, jsou to dva komparátory v jednom pouzdře. Jeho vlastní spotřeba je podle katalogu někde okolo 0,5 mA a měla by být minimálně závislá na napájecím napětí. Jeho výhoda je, že pokud použijeme nesymetrické napájení, můžeme ho připojit až na dvojnásobek napájecího napětí, tedy 36V. V mém případě (čtyř-článková baterie) by poloviční napětí stačilo, ale takto se dá využít i pro více-článkové baterie. (Pozor. Bylo by nutné použít jiný spínací tranzistor. Ten, co je uvedený ve schématu, není na takové napětí vhodný). Většina běžně dostupných CMOS operačních zesilovačů má maximální napájecí napětí pouze 18V. Pokud by to pro konkrétní aplikaci stačilo, bylo by použití C-MOS operačního zesilovače možná výhodnější, protože některé mají mnohem menší vlastní spotřebu (ale nezkoušel jsem). Komparátor LM2903N má na obou výstupech tranzistory s otevřeným kolektorem. Je tedy nutné přidat odpor mezi výstupní pin a plus napájecí napětí. Naproti tomu má většina operačních zesilovačů na výstupu dvojici komplementárních tranzistorů. V případě jejich použití se tedy kolektorový odpor na výstupu vynechá. (U komparátoru s LED se nic nemění)

Referenční napětí je stabilizované integrovaným obvodem LM385Z pro napětí 2,5V (vyrábí se i pro 1,235V). Ačkoliv má pouze dva vývody a jeho schématická značka je stejná jako pro Zenerovu diodu, jde o relativně komplexní integrovaný obvod obsahující i teplotní kompenzaci. Podle katalogu má zaručené parametry v rozsahu proudu od 20uA do 20mA.

Vzhledem k vysokým vstupním impedancím komparátoru, nízkému potřebnému proudu referenčního zdroje a vysokému vstupnímu odporu spínacího tranzistoru by bylo možné postavit celý obvod na hodně vysokých impedancích (vysoké hodnoty odporových děličů a podobně...). Ale jelikož jsem zamýšlel vestavět odpojovač dovnitř skříňky transceiveru, měl jsem trochu obavy, že by se na vysoké impedance mohlo při vysílání naindukovat VF napětí a způsobovat problémy. Proto jsem se v tomto držel při zemi a ještě pro jistotu jsem paralelně ke vstupům připojil blokovací kondenzátory.

I když jsem při testování prototypu nepozoroval žádné zvýšení šumu z rádia (LM-385-Z vlastně není klasická Zenerova dioda), pro jistotu jsem k němu ve finální verzi připojil také paralelně blokovací kondenzátor.

Jako spínací prvek je použit výkonový P-MOS-FET tranzistor v smd pouzdře SO8. Já jsem použil konkrétně typ IRF7416, který má v dokonale sepnutém stavu odpor pouze 0,02 Ω a měl by snést až 10A (při 25° C). (Pozor, na takový proud není navržen plošný spoj ani použité konektory). Vzhledem k tomu, že spínáme kladnou větev, nelze použít N-MOS-FET, protože na sepnutí potřebujeme dostatečné napětí mezi elektrodami Gate a Source (viz. katalog).

Praktické provedení

Odpojovač jsem postavil na malé destičce plošného spoje, rozměry přibližně 50 x 30 mm. Jde o jednostranný plošný spoj, většina součástek je klasických vývodových. Obrázek plošného spoje v souboru .pdf lze najít v sekci Download. Jsou tam obě verze, jak přímá (pohled ze strany součástek), tak zrcadlově otočená (pohled ze strany spojů). Návrh počítá s odpory typu 0204 na rozteč vývodů 7,5mm. Jelikož jsem však v tomto provedení nesehnal některé hodnoty, použil jsem nakonec všechny odpory typu 0207. Pokud ohneme vývody těsně u těla odporu, rozteč 7,5mm vyhoví. Zpětnovazební odpor R11 je složen ze dvou odporů 10MΩ v sérii, zapájených do desky nastojato, viz fotografie. Jak jsem napsal výše, lze R11 vynechat, pokud nepožadujeme hysterezi ve větvi s varovnou LED.

     
pcb populated with components
transistor FET1 from the bottom side
feedback resistor R11
Osazený plošný spoj SMD tranzistor
na spodní straně
Zpětnovazební odpor R11
složený ze dvou.
     

Spínací tranzistor v SMD pouzdře SO8 je připájen ze strany spojů. Rovněž blokovací kondenzátor C6 v SMD provedení je ze strany spojů. (Dal jsem ho tam dodatečně a už se mi nechtělo dělat velké změny v návrhu plošného spoje.)

Čistě pro funkčnost by nebyl nutný odpor R7 mezi výstupem komparátoru (kolektor vnitřního tranzistoru) a Gate spínacího MOS-FETu. Bylo by možné nahradit jej zkratem. Z obavy, co by to udělalo v případě průrazu izolační vrstvy mezi Gate a polovodičem tranzistoru jsem tam raději použil 100kΩ odpor.

Při hodnotách odporů v děličích napětí uvedených ve schématu (R8, R9, R9A a R5, R6, R6A) jsem naměřil tato vypínací (spínací) napětí.

    Při klesání napětí:
  • rozsvícení LED: 13,55 V
  • odpojení napájení: 12,90 V
    Při stoupání napětí:
  • připojení napájení: 13,40 V
  • zhasnutí LED: 14,20 V
Samozřejmě, že vlivem tolerancí hodnot odporů se mohou tato vypínací (spínací) napětí lišit. Proto jsou ve spodní větvi děliče použity vždy dva odpory paralelně aby bylo možné jejich kombinací nastavit tyto hodnoty přesně podle potřeby. Při vynechání zpětnovazebního odporu R11 (dvojice odporů 10MΩ v sérii) se spínací a rozpínací napětí pro varovnou LED také trošku změní.

Při oživování (testování) doporučuji nejprve použít regulovatelný zdroj s proudovým omezením. Přímé připojení Li-Pol baterie bez předchozího otestování by v případě nějakého zkratu na destičce mohlo mít velmi nepříjemné následky. Tyhle baterie jsou schopny dodat opravdu značný proud.

Vestavění do K1

Po otestování jsem destičku vestavěl do transceiveru Elecraft K1. Provedení ukazují fotografie. Výstup odpojovače je do základní desky K1 připojen přes diodu. Na fotografiích je přetažena červenou smršťovací bužírkou. Měl jsem náhodou nějakou 3A Shotkyho diodu, tak jsem ji použil. Myslím ale, že vzhledem dostatečně vysokému napětí lze použít jakoukoliv usměrňovací diodu, která snese potřebný odebíraný proud.

     
prepared to build into K1
prepared to build into K1
built inside the K1
odpojovač připravený
na vestavění do K1
... Pohled z boku do K1
     

     
connection to K1
where to connect it
in the top lid of the K1
Schéma propojení
uvnitř K1
Místo připojení
na desku RF-board K1
Skoro hotovo.
     

   
built inside the K1 (detail)
LED indicates low voltage
Detail vnitřku K1 LED indikuje
nízké napětí baterie
   

Jarda, ok1hdu


   | Celý článek |      e-mailtisk clánku
 

Zpět (klikni)

O   Novinky
24.11.2017:
Update na webu DXFC
Dneska jsem updatoval info na webu DXFC

24.11.2017:
Update fotoalba
Do fotoalba jsem přidal fotky z letošní dovolené v Tureckém Oludeniz.

23.09.2016:
Finální výsledky RSGB IOTA Contestu 2016
Pořadatel IOTA contestu zveřejnil výsledky letošního kola závodu.

11.08.2016:
Výsledky MMC HF 2016
Pořadatel závodu Marconi Memorial Contest HF vydal konečné výsledky letošního (2016) kola závodu. K dispozici jsou rovněž přijaté deníky a statistiky.

13.02.2016:
Tesla HF CW Contest
Pořadatel zveřejnil oficiální výsledky loňského ročníku Tesla HF CW Contestu (Tesla memorial HF)

O   kalendář
<<  Říjen  >>
PoÚtStČtSoNe
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30 31     

O   Radary ČHMU

O   Statistika
Návštěvy od 18.5.2015


Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.