Indicador de bateria fraca: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Alguns eletrodomésticos alimentados por baterias de íon de lítio não contêm um indicador de bateria fraca. No meu caso, é uma varredora de chão recarregável com uma bateria de 3,7 V. Não é fácil determinar a hora exata para recarregá-lo e conectá-lo à tomada principal. Normalmente, eu recarrego a vassoura a tempo, quando a bateria está totalmente descarregada e o motor elétrico não está funcionando. Tal situação não é muito confortável, principalmente se você precisar usar o varredor imediatamente.

Eu estava procurando uma solução simples, como detectar o nível de tensão em que o carregamento deve ocorrer. Neste artigo, é descrito um indicador simples de bateria de íon de lítio de baixo nível. O circuito projetado pode ser usado em qualquer dispositivo eletrônico alimentado por bateria de íons de lítio e pode ajudar o usuário a carregar a bateria no tempo adequado. O indicador de bateria é dedicado a uma célula, mas pode ser facilmente modificado para mais células. O indicador pode ser usado para qualquer bateria com pequena modificação de circuito.

A principal vantagem do indicador é o consumo de corrente muito baixo, em média menos de 10 microAmps. O consumo atual depende do estado do indicador

Existem três estados de funções do indicador de nível:

• O LED indicador acende continuamente: a bateria está totalmente carregada.
• LED indicador está piscando: a bateria precisa ser carregada.
• O LED indicador não está aceso: a bateria está carregada e o dispositivo está pronto para ser usado

Etapa 1: Introdução Indicador de nível de bateria de íon-lítio

Partes:

Todas as peças podem ser adquiridas por menos de 5 euros.

Aqui está a lista:

• IC1 MC33164-3P, Micropower Undervoltage SensingCircuit TO-92, LCSC PN C145176
• IC2 ICM7555, temporizador CMOS, LCSC PN C34608
• R1, R2 resistor 10K, todos os resistores, capacitores e pequenos componentes LCSC
• Resistor R3 680K
• Resistor R4 680
• Capacitor C1 M1
• Capacitor C2 1M
• Capacitor C3 10M
• D1, D2, D3 diodo 1N5819, LCSC PN C2474
• Diodo LED1 led 3mm, vermelho
• Terminal de parafuso T1

Os resistores são de 0,25 W ou menos, os capacitores de 12 V ou mais.

Ferramentas:

• Ferro de solda
• Furadeira sem fio
• Pistola de cola quente

Etapa 2: Descrição do circuito

O circuito integrado MC33164-3P é o coração do indicador de nível. Informações detalhadas para este componente estão aqui.

Descrição simples do circuito: É um circuito integrado de micropotência sob tensão, em embalagem plástica de três pinos, semelhante a um transistor de baixa potência. MC33164 é projetado como circuito de reset para microprocessador, em caso de queda de energia.

Ele detecta a tensão no pino 2. Compara a tensão detectada com a tensão de referência, em nosso caso 2.7V. O resultado pode ser avaliado como valor de tensão no pino 1. Se a tensão detectada for inferior a 2, 7 V, a saída é baixa e próxima de 0 V. Se a tensão de entrada for superior a 2, 7 V, o valor apresentado no pino 1 é cerca de 3 V ou mais.

O valor de referência típico para MC33164-3P (3 após o traço significa 3V), é 2, 71V. Exatamente neste valor, o valor de saída é alterado. (Não considere a histerese.) As tensões para uma bateria de íon-lítio de uma célula são: a tensão máxima é 4,2 V, a tensão típica 3,7 V e a tensão mínima é de 2,8 a 3 V, suponha 2,9 V. A tensão mínima está presente no final do ciclo de descarga e este nível de tensão deve ativar nosso indicador de nível baixo.

A tensão de referência para MC33164 é muito baixa em comparação com nossos requisitos. Existem 2 soluções para reduzir a tensão. O primeiro e mais simples é o divisor de tensão. Mas, o divisor consome corrente extra. A segunda solução consome menos corrente, usando alguns componentes em série para reduzir 2,9 V para 2,7 V. Diodos são componentes com alguma queda de tensão na direção para frente e podem ser usados com sucesso. Por causa do valor de corrente muito baixo, o melhor tipo de diodo que escolhi nos testes.

A função de R1, D1, D2, D3 é reduzir a tensão de entrada. O jumper J1 pode eliminar a última queda de tensão do diodo e a tensão de entrada pode ser ligeiramente diminuída. A saída IC1 é fornecida ao temporizador IC2. Seu valor ativo é baixo e a função é habilitar o temporizador. Infelizmente, não há nenhum pino de entrada no IC2, o que permite habilitar este IC sem qualquer circuito invertido.

Decidi habilitar o temporizador ICM7555 aplicando a saída IC1 como tensão negativa ao pino 1 do IC2. Os componentes C2, R3 determinam o período do temporizador, ele é ajustado para cerca de 2 segundos. O resistor R4 limita a corrente para indicar o diodo LED1. A tensão testada da bateria está conectada ao terminal com os pinos 1 (positivo) e 2 (negativo). Os valores para R2, C1 são recomendados na folha de dados.

O temporizador ICM7555 é CMOS equivalente a 555. Sua vantagem é a tensão de trabalho de 2,5 V e um consumo de corrente muito baixo. Na segunda foto há um circuito muito simples como monitor de tensão recomendado pelo datasheet. Este esquema também poderia ser usado, mas usar ICM7555 é uma vantagem, por causa do baixo nível de tensão indicado pelo LED piscando, o que é mais perceptível.

Etapa 3: construção

As peças são soldadas em uma peça de placa de prototipagem com tamanho 20x35mm. Fora da placa está o diodo LED, que pode ser montado em local visível. A bateria de íons de lítio monitorada é conectada por meio de um bloco de terminais de parafuso. A placa é pequena o suficiente para ser inserida em qualquer dispositivo.

A conexão dentro do dispositivo é simples: basta conectar os fios do bloco de terminais à bateria e fazer o orifício para o LED e corrigi-lo. Os fios podem ser conectados diretamente aos pólos da bateria no suporte da bateria. Neste caso, a corrente é drenada de forma independente, em relação à posição da chave e o indicador está funcionando o tempo todo.

No meu caso, conectei o indicador de nível baixo após a chave principal (baixa tensão). Por causa da placa do carregador dentro do dispositivo, que é conectado separadamente ao switch e separadamente à bateria, o local de conexão "após o switch" não está claro. Eu uso uma solução simples, conecto o indicador diretamente à carga, motor DC.

A placa de prototipagem requer mais tempo para conectar todos os componentes por fios. Para economizar tempo, projetei PCB, tamanho 20x40mm, com componentes de orifício passante. O PCB contém apenas uma camada. O uso de componentes SMD pode diminuir o tamanho da placa. Não fiz este projeto por causa da soldagem mais complexa e da manipulação de peças muito pequenas. Arquivos Gerber para fabricação de PCB estão anexados.

Etapa 4: Conclusão

Descrito, o indicador de nível de bateria fraca pode ser usado para qualquer bateria com tensão superior a 2,5V. Nesse caso, pule os diodos D1, D2 e D3 e adicione um resistor R5 como parte do divisor de tensão para R1. O valor de R1 depende do nível de tensão detectado U e pode ser calculado por:

R5 = 2,7 * R1 / (U-2,7)

A construção é feita em um pequeno PCB com componentes de orifício passante. Se você tem em estoque algumas peças SMD, recomendo usar componentes SMD.

O tamanho da placa pode ser menor e a construção permite que você pratique o uso de peças SMD.

Obrigado pela leitura e tenham um bom tempo com a construção.