Назначение
При эксплуатации аккумуляторных батарей (АКБ) очень важно не допустить их глубокую разрядку. Для этого обычно применяют специальные устройства ограничения разрядки, которые отключают батарею от нагрузки, когда напряжение на ней становится ниже определённого уровня.
Основные требования, предъявляемые к подобным устройствам – простота и экономичность, а в случае использование в носимой аппаратуре, ещё и малые габариты.
Все эти условия можно выполнить, если применить полевой переключательный транзистор.
Схема электрическая
Схему включают в разрыв цепи между батареей питания и потребителем (нагрузкой).
Полевой транзистор VT1 выполняет функцию электронного ключа, а VD1 (параллельный стабилизатор напряжения) – компаратора напряжения.
Для запуска служит конденсатор С1. При замыкании контактов SB1 напряжение от батареи поступает на устройство. Полевой транзистор открывается, и если напряжение на АКБ больше некоторого установленного значения (батарея заряжена), он остаётся открытым.
Падение напряжения на открытом транзисторе зависит от его параметров, значений питающего напряжения и тока, потребляемого нагрузкой.
Основные параметры указанного на схеме транзистора IRF5210S:
сопротивление открытого канала – 0,06 Ом;
максимальный ток стока – 40 А;
предельное напряжение сток-исток – 100 В.
При напряжении аккумуляторной батареи 12 В и токе нагрузки 2 А измеренное падение напряжения на транзисторе составило 0,1 В.
По мере разрядки напряжение АКБ уменьшается, и когда оно станет меньше установленного значения (батарея разряжена), напряжение на VD1 начнёт увеличиваться, а на участке затвор-исток VT1 – уменьшаться. Поэтому транзистор закрывается, напряжение на нагрузке уменьшается, что, в свою очередь, приведёт к дальнейшему увеличению напряжения на VD1 и, соответственно, закрыванию транзистора.
Таким образом, ограничитель отключит нагрузку от АКБ. Ток, потребляемый устройством в этом режиме, составляет доли миллиампера. Напряжение отключения устанавливают подстроечным резистором R4.
Напряжение затвор-исток, при котором открывается полевой транзистор, превышает 4...4,5 В, минимальное напряжение на микросхеме – около 2,5 В. Поэтому входное напряжение устройства должно быть не менее 7 В и не более 20 В (предельное значение для полевого транзистора). Конденсатор С1 должен быть рассчитан на соответствующее напряжение.
Конструкция и детали
Чертёж печатной платы, рассчитанной на установку элементов поверхностного монтажа, приведён на рисунке выше.
В устройстве можно применить любой параллельный стабилизатор серии TL431 или отечественный аналог КР142ЕН19, полевой транзистор – с p-каналом, при этом можно увеличить выходной ток устройства и уменьшить падение напряжения (например, IRF4905 с сопротивлением открытого канала 0,02 Ом и допустимым током стока до 74 А).
Поскольку число деталей мало, собрать устройство можно и навесным монтажом без использования печатной платы.