مدار حفاظت از باتری 2 سلولی NiMH: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

اگر به اینجا آمده اید ، احتمالاً می دانید چرا. اگر تنها چیزی که می خواهید ببینید یک راه حل سریع است ، سریعاً به مرحله 4 بروید ، که جزئیات مداری است که من خودم از آن استفاده کردم. اما اگر کاملاً مطمئن نیستید ، آیا واقعاً این راه حل را می خواهید یا چیز دیگری ، در پس زمینه کنجکاو هستید یا فقط از بازدید از نقاط جالب در سفر آزمایش و خطای من لذت می برید ، در اینجا نسخه مفصل آن آمده است:

مشکل

شما پروژه الکترونیکی دارید که می خواهید با استفاده از باتری های قابل شارژ آن را تغذیه کنید. LiPo فناوری باتری دو روزه است ، اما باتری های لیتیوم هنوز عادت های بدی مانند نداشتن فاکتور استاندارد آماده سوپر مارکت ، نیاز به شارژرهای مخصوص (برای هر فاکتور فرم) و رفتار بد مانند ملکه های درام هنگام بدرفتاری (آتش گرفتن) را به همراه دارد. ، و چیزهای). در مقابل ، شارژهای NiMH به صورت استاندارد از AA تا AAA تا هر چیزی در دسترس هستند ، به این معنی که می توانید از باتری های مشابه برای دوربین دیجیتال ، چراغ قوه ، ماشین اسباب بازی RC و وسایل الکترونیکی خود استفاده کنید. در حقیقت ، شما به احتمال زیاد تعدادی از آنها را در اطراف خود قرار داده اید. آنها همچنین به دلیل ایجاد مشکل از شهرت کمتری برخوردار هستند ، به جز این ، چیزی که آنها واقعاً دوست ندارند "تخلیه عمیق" است.

اگر از "مبدل گام به جلو" برای افزایش ولتاژ ورودی خود استفاده می کنید ، این مشکل بسیار شدیدتر می شود - برای تغذیه آردوینو به 5 ولت بگویید. در حالی که ماشین RC شما با کند شدن باتری شما کندتر و کندتر حرکت می کند ، یک مبدل باک بسیار تلاش می کند ولتاژ خروجی را ثابت نگه دارد ، حتی در حالی که ولتاژ ورودی در حال کاهش است ، و بنابراین می توانید چند الکترون آخر را از باتری خود بمکید. ، بدون هیچ علامت قابل مشاهده ای از مشکل.

بنابراین چه زمانی باید ترخیص را متوقف کنید؟

یک ولتاژ معمولی یک سلول NiMH در حدود 1.3 ولت (تا 1.4 ولت) است. در بیشتر چرخه وظیفه ، حدود 1.2 ولت (ولتاژ اسمی آن) را تأمین می کند و به آرامی کاهش می یابد. نزدیک به تخلیه ، افت ولتاژ کاملاً شدید خواهد شد. توصیه رایج متوقف کردن تخلیه بین 0.8 ولت و 1 ولت است ، در این صورت بیشترین میزان شارژ تمام شده است (به هر حال با عوامل زیادی که بر اعداد دقیق تأثیر می گذارد - به جزئیات بیشتری نمی پردازم).

با این حال ، اگر واقعاً می خواهید محدودیت ها را از بین ببرید ، وضعیتی که باید در مورد آن احتیاط کنید ، باتری شما را زیر 0 ولت تخلیه می کند ، در این هنگام آسیب جدی به آن وارد می شود (هشدار: به یاد داشته باشید من در اینجا در مورد سلول های NiMH صحبت می کنم ؛ برای LiPos دائمی آسیب خیلی زودتر شروع می شود!). چطور ممکن است چنین اتفاقی بیفتد؟ خوب ، هنگامی که چندین سلول NiMH پشت سر هم دارید ، ممکن است یکی از باتری ها هنوز نزدیک ولتاژ نامی خود باشد ، در حالی که دیگری در حال حاضر به طور کامل تخلیه شده است. در حال حاضر ولتاژ سلول خوب به جریان خود در مدار ادامه می دهد - و از طریق سلول خالی ، آن را زیر 0 ولت تخلیه می کند. ورود به این وضعیت آسان تر از آن است که در نگاه اول به نظر می رسد: به یاد داشته باشید که افت ولتاژ در انتهای چرخه تخلیه بسیار شدیدتر می شود. بنابراین حتی برخی تفاوتهای اولیه نسبتاً جزئی بین سلولهای شما ممکن است پس از تخلیه به ولتاژهای باقیمانده بسیار متفاوت منجر شود. در حال حاضر این مشکل آشکارتر می شود ، هرچه تعداد بیشتری سلول در سری قرار دهید. در مورد دو سلول ، که در اینجا مورد بحث قرار گرفت ، ما هنوز می توانیم نسبتاً ایمن باشیم تا در ولتاژ کلی حدود 1.3 ولت تخلیه کنیم ، که در یک ولتاژ 0 ولت و دیگری در 1.3 ولت ، در بدترین حالت ، مطابقت دارد. با این وجود پایین آمدن زیاد اهمیت ندارد (و همانطور که خواهیم دید ، دستیابی به آن حتی دشوار خواهد بود). با این حال ، به عنوان یک محدوده فوقانی ، توقف در هر نقطه بالای 2 ولت بیهوده به نظر می رسد (هر چند AFAIU برخلاف باتری های NiCd ، تخلیه جزئی مکرر مشکلی برای باتری های NiMH ایجاد نمی کند). بیشتر مدارهایی که ارائه می دهم کمی زیر آن هدف قرار می گیرند ، یعنی حدود 1.8 ولت به عنوان قطع.

چرا به سادگی از راه حل خارج از خود استفاده نکنید؟

چون به نظر نمی رسد چنین چیزی وجود داشته باشد! محلولها برای تعداد سلولهای بیشتر فراوان است. در سه سلول NiMH می توانید از مدار حفاظتی استاندارد LiPo استفاده کنید ، و بالاتر از آن ، گزینه های شما فقط گسترده تر می شوند. اما قطع ولتاژ پایین در 2V یا کمتر؟ من برای یکی نتوانستم یکی را پیدا کنم.

آنچه من قصد ارائه آن را دارم

حالا نگران نباشید ، من قصد دارم نه یک ، بلکه چهار مدار نسبتاً آسان را به شما ارائه دهم تا به آن برسید (یکی در هر "مرحله" این دستورالعمل) ، و من به طور مفصل در مورد آنها بحث خواهم کرد ، بنابراین شما می دانید چگونه و چرا آنها را اصلاح کنید ، در صورت احساس نیاز. خوب ، صادقانه بگویم ، من توصیه نمی کنم از اولین مدار خود استفاده کنم ، که برای نشان دادن ایده اصلی ، از آن استفاده می کنم. مدارهای 2 و 3 کار می کنند ، اما به اجزای بیشتری نسبت به مدار 4 نیاز دارم ، که خودم در نهایت از آنها استفاده کردم. مجدداً ، اگر از نظریه خسته شده اید ، فقط به مرحله 4 بروید.

مرحله 1: ایده اصلی (این مدار توصیه نمی شود!)

بیایید با مدار اصلی بالا شروع کنیم. من استفاده از آن را توصیه نمی کنم ، و دلیل آن را بعداً مورد بحث قرار می دهیم ، اما برای نشان دادن ایده های اساسی و بحث در مورد عناصر اصلی که در مدارات بهتر ، در ادامه این دستورالعمل ، بسیار مناسب است ، بسیار مناسب است. BTW ، همچنین می توانید این مدار را در یک شبیه ساز کامل در شبیه ساز بزرگ آنلاین توسط پل فالستاد و آیین شارپ مشاهده کنید. یکی از معدود مواردی که برای ذخیره و اشتراک گذاری کار خود نیازی به ثبت نام ندارد. نگران خطوط دامنه در پایین نباشید ، با این حال ، من خطوط نزدیک به انتهای این "مرحله" را توضیح خواهم داد.

بسیار خوب ، بنابراین برای محافظت از باتری های خود در برابر تخلیه بیش از حد ، به یک) راهی برای قطع بار ، و ب) راهی برای تشخیص زمان انجام آن ، یعنی زمانی که ولتاژ بیش از حد افت کرده است ، نیاز دارید.

چگونه بار را خاموش و روشن کنیم (T1 ، R1)؟

با اولین مورد شروع ، بدیهی ترین راه حل استفاده از ترانزیستور (T1) خواهد بود. اما کدام نوع را انتخاب کنیم؟ ویژگیهای مهم آن ترانزیستور عبارتند از:

1. باید جریان کافی را برای برنامه شما تحمل کند. اگر محافظت عمومی می خواهید ، احتمالاً می خواهید حداقل 500 میلی آمپر و بالاتر را پشتیبانی کنید.
2. هنگام روشن بودن ، باید مقاومت بسیار پایینی را ایجاد کند تا ولتاژ / قدرت زیادی از ولتاژ منبع تغذیه قبلی شما دزدیده نشود.
3. باید با ولتاژ موجود ، یعنی چیزی کمی زیر 2 ولت قابل تغییر باشد.

به نظر می رسد نقطه 3 ، در بالا ترانزیستور BJT ("کلاسیک") را پیشنهاد می کند ، اما یک معضل ساده در ارتباط با آن وجود دارد: هنگام قرار دادن بار در طرف امیتر ، به طوری که جریان پایه برای بار در دسترس باشد ، شما به طور موثر ولتاژ موجود را با "افت ولتاژ Base-Emitter" کاهش می دهید. به طور معمول ، این در حدود 0.6V است. وقتی از منبع تغذیه کل 2 ولت صحبت می کنیم ، بسیار ممنوع است. در مقابل ، هنگام قرار دادن بار در طرف جمع کننده ، هر جریانی را که از پایه عبور می کند "هدر می دهید". این در بیشتر موارد استفاده چندان مسئله ای نیست ، زیرا جریان پایه فقط به اندازه یکصدمین جریان جمع کننده (بسته به نوع ترانزیستور) خواهد بود. اما هنگام طراحی برای بار نامعلوم یا متغیر ، این بدان معناست که 1 درصد از حداکثر بار مورد انتظار خود را به طور دائمی هدر می دهید. نه چندان عالی.

بنابراین با در نظر گرفتن ترانزیستورهای MOSFET ، در عوض ، اینها در نقاط 1 و 2 در بالا برتری دارند ، اما اکثر انواع برای روشن شدن کامل به ولتاژ دروازه 2 ولت به طور قابل توجهی نیاز دارند. توجه داشته باشید که "ولتاژ آستانه" (V-GS- (th)) کمی زیر 2 ولت کافی نیست. شما می خواهید ترانزیستور در منطقه 2 ولت دور باشد. خوشبختانه برخی از انواع مناسب موجود است ، با کمترین ولتاژهای دروازه که معمولاً در MOSFET های کانال P (معادل FET ترانزیستور PNP) یافت می شود. و هنوز هم انتخاب انواع شما به شدت محدود خواهد بود ، و متأسفم که مجبورم آن را به شما معرفی کنم ، تنها انواع مناسب من همه آنها بسته بندی SMD هستند. برای کمک به شما در برابر این شوک ، به برگه اطلاعات IRLML6401 نگاهی بیندازید و به من بگویید که تحت تأثیر این مشخصات قرار نگرفته اید! IRLML6401 نیز نوعی است که در زمان نگارش این مقاله بسیار گسترده است و نباید بیش از 20 سنت برای هر قطعه (در هنگام خرید حجمی یا از چین کمتر) به شما کاهش دهد. بنابراین مطمئناً می توانید تعدادی از آنها را سرخ کنید - اگرچه همه من با وجود این واقعیت که من در لحیم کاری SMD مبتدی هستم ، زنده ماندند. در 1.8V در دروازه دارای مقاومت 0.125 اهم است. به اندازه کافی خوب برای رانندگی در حد 500mA ، بدون گرمای بیش از حد (و بالاتر ، با یک هیت سینک مناسب).

خوب ، بنابراین IRLML6401 چیزی است که ما برای T1 در این مورد استفاده می کنیم ، و تمام مدارهای زیر. R1 به سادگی برای بالا بردن ولتاژ دروازه به طور پیش فرض وجود دارد (مربوط به بار قطع شده است ؛ به یاد داشته باشید که این یک کانال P FET است).

دیگر چه نیازداریم؟

چگونه می توان ولتاژ پایین باتری را تشخیص داد؟

به منظور دستیابی به قطع ولتاژ عمدتا تعریف شده ، ما از LED قرمز به عنوان مرجع ولتاژ نسبتاً تیز حدود 1.4 ولت سوء استفاده می کنیم. اگر شما دارای یک دیود زنر با ولتاژ مناسب هستید ، بسیار بهتر خواهد بود ، اما به نظر می رسد که یک LED یک منبع ولتاژ پایدارتر از دو دیود سیلیکونی معمولی در سری ارائه می دهد. R2 و R3 الف) محدود کردن جریان عبوری از LED (توجه داشته باشید که ما نمی خواهیم نور محسوسی تولید شود) ، و ب) ولتاژ پایه T2 را کمی بیشتر کاهش دهید. شما می توانید R2 و R3 را با یک پتانسیومتر برای ولتاژ قطع تا حدی قابل تنظیم جایگزین کنید. در حال حاضر ، اگر ولتاژ وارد شده به پایه T2 در حدود 0.5 ولت یا بیشتر باشد (به اندازه کافی برای غلبه بر افت ولتاژ مبدل T2 T2 کافی است) ، T2 شروع به هدایت می کند و دروازه T1 را به پایین می کشاند و بنابراین بار را وصل می کند. به BTW ، T2 را می توان انواع باغ شما فرض کرد: هر ترانزیستور NPN سیگنال کوچکی که در جعبه ابزار شما باقی می ماند ، اگرچه تقویت زیاد (hFe) ترجیح داده می شود.

شاید تعجب کنید که چرا ما اصلاً به T2 نیاز داریم و فقط مرجع ولتاژ موقت خود را بین پایه زمین و پین دروازه T1 متصل نکنید. خوب ، دلیل این امر بسیار مهم است: ما می خواهیم تا حد امکان سوئیچ بین روشن و خاموش را انجام دهیم ، زیرا می خواهیم از T1 برای مدت طولانی در حالت "نیمه روشن" جلوگیری کنیم. در حالی که نیمه روشن است ، T1 به عنوان یک مقاومت عمل می کند ، به این معنی که ولتاژ بین منبع و تخلیه کاهش می یابد ، اما جریان همچنان جریان دارد و این بدان معناست که T1 گرم می شود. میزان گرم شدن آن بستگی به امپدانس بار دارد. اگر - برای مثال ، 200 اهم است ، در 2 ولت ، 10 میلی آمپر جریان می یابد ، در حالی که T1 به طور کامل روشن است. در حال حاضر بدترین حالت این است که مقاومت T1 با این 200 اهم مطابقت داشته باشد ، بدین معنی که 1 ولت بیش از T1 کاهش می یابد ، جریان به 5 میلی آمپر کاهش می یابد و 5 مگاوات برق باید از بین برود. به اندازه کافی عادلانه اما برای بار 2 اهم ، T1 باید 500mW را از بین ببرد ، و این برای چنین دستگاه کوچکی بسیار زیاد است. (این در واقع در مشخصات IRLML6401 است ، اما فقط با یک هیت سینک مناسب ، و در طراحی آن موفق باشید). در این زمینه ، به خاطر داشته باشید که اگر مبدل افزایش ولتاژ به عنوان بار اصلی متصل شود ، جریان ورودی را در پاسخ به افت ولتاژ ورودی افزایش می دهد ، بنابراین مشکلات حرارتی ما را چند برابر می کند.

پیام خانه را در نظر بگیرید: ما می خواهیم انتقال بین روشن و خاموش تا حد ممکن واضح باشد. منظور T2 این است: ایجاد گذار واضح تر. اما آیا T2 به اندازه کافی خوب است؟

چرا این مدار آن را قطع نمی کند

بیایید نگاهی به خطوط اسیلوسکوپ نشان داده شده در پایین شبیه سازی مدار 1 بیندازیم. شاید توجه داشته باشید که من یک ژنراتور مثلث از 0 تا 2.8 ولت ، به جای باتری هایمان قرار دادم. این فقط یک راه مناسب برای تصور این است که با تغییر ولتاژ باتری (خط سبز بالا) چه اتفاقی می افتد. همانطور که در خط زرد نشان داده شده است ، عملاً هیچ جریانی جریان نمی یابد در حالی که ولتاژ زیر 1.9 ولت است. خوب منطقه انتقال بین 1.93V و 1.9V در نگاه اول شیب دار به نظر می رسد ، اما با توجه به این که در حال خالی شدن آرام باتری هستیم ، این ولتاژهای 3V هنوز مربوط به زمان زیادی است که در حالت انتقال بین روشن و خاموش کامل سپری شده است. (خط سبز در پایین ولتاژ در دروازه T1 را نشان می دهد).

با این حال ، چیزی که در این مدار بدتر است این است که پس از قطع شدن ، حتی بهبود جزئی ولتاژ باتری ، مدار را به حالت نیمه روشن باز می گرداند. با توجه به اینکه ولتاژ باتری تمایل به بازیابی دارد ، هنگامی که بار قطع می شود ، این بدان معناست که مدار ما برای مدت طولانی در حالت گذار باقی می ماند (در این مدت مدار بار نیز در حالت نیمه شکسته باقی می ماند ، به طور بالقوه ارسال می شود به عنوان مثال ، آردوینو از طریق صدها دوره راه اندازی مجدد).

دومین پیام خانه: ما نمی خواهیم بار هنگام بازیابی باتری خیلی زود دوباره متصل شود.

برای دستیابی به این هدف ، بیایید به مرحله 2 برویم.

مرحله 2: اضافه کردن هیسترزیس

از آنجا که این یک مدار است ، ممکن است شما واقعاً بخواهید آن را بسازید ، من لیستی از قطعات را برای قسمتهایی که از طرح کلی مشخص نیست ، ارائه می دهم:

• T1: IRLML6401. برای بحث در مورد علت ، به "مرحله 1" مراجعه کنید.
• T2: هر ترانزیستور NPN سیگنال کوچک معمولی. هنگام تست این مدار از BC547 استفاده کردم. هر نوع رایج مانند 2N2222 ، 2N3904 نیز باید به همان خوبی عمل کند.
• T3: هر ترانزیستور PNP سیگنال کوچک معمولی. من از BC327 استفاده کردم (هیچ BC548 نداشت). مجدداً از هر نوع متداول برای شما مناسب تر استفاده کنید.
• C1: نوع آن واقعاً مهم نیست ، سرامیک ارزان قیمت مهم است.
• LED از نوع استاندارد 5 میلی متری قرمز است. رنگ مهم است ، اگرچه LED هرگز به طور واضح روشن نمی شود: هدف کاهش ولتاژ خاص است. اگر شما دارای یک دیود زنر بین ولتاژ 1 ولت و 1.4 ولت زنر هستید ، از آن استفاده کنید (در قطب معکوس متصل شده است).
• برای تنظیم دقیق ولتاژ قطع ، می توان R2 و R3 را با پتانسیومتر 100k جایگزین کرد.
• "لامپ" به سادگی بار شما را نشان می دهد.
• مقادیر مقاومت را می توان از شماتیک گرفت. با این حال ، مقادیر دقیق واقعاً مهم نیستند. مقاومت ها نه باید دقیق باشند و نه باید دارای رتبه قدرت قابل توجهی باشند.

مزیت این مدار نسبت به مدار 1 چیست؟

به خطوط محدوده زیر شماتیک نگاه کنید (یا شبیه سازی را خودتان اجرا کنید). دوباره ، خط سبز بالا مربوط به ولتاژ باتری است (در اینجا برای سهولت از ژنراتور مثلث گرفته شده است). خط زرد مربوط به جریان جاری است. خط سبز پایین ولتاژ را در دروازه T1 نشان می دهد.

در مقایسه با خطوط دامنه برای مدار 1 ، متوجه خواهید شد که انتقال بین روشن و خاموش بسیار واضح تر است. این امر به ویژه هنگامی که به ولتاژ دروازه T1 در پایین نگاه می شود ، مشهود است. راه تحقق این امر افزودن یک حلقه بازخورد مثبت به T2 ، از طریق T3 تازه اضافه شده بود. اما یک تفاوت مهم دیگر نیز وجود دارد (گرچه برای تشخیص آن به چشم عقاب نیاز دارید): در حالی که مدار جدید بار را در حدود 1.88V قطع می کند ، بار را مجدداً متصل نمی کند تا ولتاژ به بالای 1.94V برسد. به این ویژگی به نام "hysteresis" محصول جانبی دیگری از حلقه بازخورد اضافه شده است. در حالی که T3 "روشن" است ، پایگاه T2 را با یک سوگیری مثبت اضافی تامین می کند ، در نتیجه آستانه قطع را کاهش می دهد. با این حال ، در حالی که T3 در حال حاضر خاموش است ، آستانه روشن شدن مجدد به همان شیوه کاهش نمی یابد. نتیجه عملی این است که مدار بین روشن و خاموش شدن متغیر نخواهد بود ، زیرا ولتاژ باتری کاهش می یابد (با بار متصل) ، سپس کمی بهبود می یابد (با بار قطع شده) ، سپس افت می کند … خوب! مقدار دقیق هیسترزیس توسط R4 کنترل می شود ، با مقادیر کمتر فاصله بیشتری بین آستانه روشن و خاموش ایجاد می شود.

BTW ، مصرف برق این مدار در حالت خاموش در حدود 3 میکرو آمپر (بسیار کمتر از نرخ تخلیه خودکار) است و سربار در حالت روشن حدود 30 میکرو آمپر است.

بنابراین C1 چیست؟

خوب ، C1 کاملاً اختیاری است ، اما من هنوز به این ایده افتخار می کنم: چه اتفاقی می افتد وقتی باتری ها را به صورت دستی در حالی که تقریباً تخلیه شده اند ، مثلاً در 1.92V ، قطع کنید؟ هنگام اتصال مجدد آنها به اندازه کافی قوی نخواهند بود تا مدار را دوباره فعال کنند ، حتی اگر در مدار در حال اجرا برای دیگری مناسب باشند. C1 در این مورد مراقبت می کند: در صورت افزایش ناگهانی ولتاژ (اتصال مجدد باتری ها) ، جریان کوچکی از C1 (دور زدن LED) جریان می یابد و منجر به روشن شدن کوتاه مدت می شود. اگر ولتاژ متصل بالاتر از آستانه قطع باشد ، حلقه بازخورد آن را حفظ می کند. اگر زیر آستانه قطع باشد ، دوباره مدار دوباره خاموش می شود.

Excursus: چرا از MAX713L برای تشخیص ولتاژ پایین استفاده نمی کنید؟

شاید تعجب کنید که آیا این تعداد قطعه واقعاً مورد نیاز است. آیا چیزی آماده نیست؟ خوب MAX813L به نظر من یک بازی خوب بود. بسیار ارزان است و باید به اندازه کافی خوب باشد تا حداقل T2 ، T3 ، LED و R1 را جایگزین کند. با این حال ، همانطور که از راه سخت فهمیدم ، پین "PFI" MAX813L (ورودی تشخیص خرابی برق) امپدانس بسیار کمی دارد. اگر از یک تقسیم کننده ولتاژ بالای 1k برای تغذیه PFI استفاده می کردم ، انتقال بین روشن و خاموش در "PFO" شروع به کشش بیش از چند ده ولت می کرد. خوب ، 1k با جریان ثابت 2mA در حالی که قطع است مطابقت دارد - بسیار ممنوع ، و تقریبا هزار برابر نیاز این مدار. علاوه بر این که پین PFO بین زمین و محدوده ولتاژ منبع تغذیه کامل نمی چرخد ، بنابراین با فضای کمی که برای رانندگی ترانزیستور قدرت خود داریم (T1) ، باید یک ترانزیستور NPN کمکی را نیز دوباره وارد کنیم.

مرحله 3: تغییرات

تغییرات زیادی در زمینه حلقه بازخورد مثبت که در مرحله 2 / مدار 2 معرفی کردیم ، امکان پذیر است. آنچه در اینجا ارائه شده با قبلی متفاوت است زیرا یک بار خاموش شده ، به تنهایی با افزایش ولتاژ باتری دوباره فعال نمی شود. به محض رسیدن به آستانه قطع ، باید دوباره (باتری ها را عوض کنید و) یک دکمه اختیاری (S2) را فشار دهید تا دوباره شروع به کار کند. برای اندازه گیری خوب ، یک دکمه دوم را برای خاموش کردن مدار به صورت دستی قرار دادم. شکاف کوچک در خطوط محدوده نشان می دهد که من برای اهداف نمایشی مدار را روشن ، خاموش ، روشن کردم. قطع قطع ولتاژ پایین ، البته به طور خودکار اتفاق می افتد. فقط اگر در توصیف آن کار خوبی انجام نمی دهم ، آن را در شبیه سازی امتحان کنید.

در حال حاضر مزایای این تنوع این است که شارپترین قطع را از مدارهایی که تا کنون در نظر گرفته شده است ارائه می دهد (در شبیه سازی دقیقاً 1.82 ولت ؛ در عمل سطح نقطه قطع به قطعات مورد استفاده بستگی دارد ، و ممکن است با دما یا عوامل دیگر متفاوت باشد ، اما بسیار تیز خواهد بود). همچنین مصرف برق را در حالت خاموش به 18nA کوچک کاهش می دهد.

از نظر فنی ترفند تحقق این امر انتقال شبکه مرجع ولتاژ (LED ، R2 و R3) از اتصال مستقیم باتری به اتصال بعد از T2 است ، به طوری که همراه با T2 خاموش می شود. این به نقطه قطع شدید کمک می کند ، زیرا هنگامی که T2 فقط کمی خاموش می شود ، ولتاژ موجود در شبکه مرجع نیز شروع به کاهش می کند و باعث ایجاد یک حلقه بازخورد سریع از حالت کامل تا خاموش شدن کامل می شود.

خلاص شدن از شر دکمه ها (در صورت تمایل)

البته ، اگر دوست ندارید دکمه ها را فشار دهید ، فقط دکمه ها را بیرون بیاورید ، اما یک خازن 1nF و یک مقاومت 10M اهم را وصل کنید (مقدار دقیق مهم نیست ، اما باید حداقل سه یا چهار برابر R1 باشد) به طور موازی از دروازه T1 به زمین (جایی که S2 بود). اکنون ، هنگامی که باتری های تازه را وارد می کنید ، دروازه T1 برای مدت کوتاهی پایین می آید (تا زمانی که C1 شارژ نشود) و بنابراین مدار به طور خودکار روشن می شود.

لیست قطعات

از آنجا که این مدار دیگری است که ممکن است بخواهید بسازید: قطعات دقیقاً مشابه مدار 2 هستند (صرفه جویی در مقادیر مختلف مقاومت که در شکل نشان داده شده است). نکته مهم این است که T1 هنوز IRLML6401 است ، در حالی که T2 و T3 به ترتیب هر ترانزیستور سیگنال کوچک NPN و PNP هستند.

مرحله 4: ساده سازی

اگر از من بپرسید ، مدارهای 2 و 3 کاملاً خوب هستند ، اما من می پرسیدم که آیا می توانم با قسمت های کمتر کار کنم. از نظر مفهومی ، حلقه بازخورد مدارهای 2 و 3 فقط به دو ترانزیستور (در آنها T2 و T3) نیاز دارد ، اما آنها همچنین T1 ، به طور جداگانه ، برای کنترل بار دارند. آیا می توان از T1 به عنوان بخشی از حلقه بازخورد استفاده کرد؟

بله ، با برخی از مفاهیم جالب: حتی وقتی روشن است ، T1 دارای مقاومت کم ، اما صفر نخواهد بود. بنابراین ، ولتاژ در T1 کاهش می یابد ، بیشتر برای جریانهای بالاتر. با اتصال پایه T2 پس از T1 ، این افت ولتاژ بر عملکرد مدار تأثیر می گذارد. از یک جهت ، بارهای بیشتر به معنای ولتاژ قطع بیشتر است. با توجه به شبیه سازی (توجه: برای آزمایش آسانتر ، من C1 را با دکمه فشاری ، در اینجا عوض کردم) ، برای بار 4 اهم ، قطع برق در 1.95V ، برای 8 اهم در 1.8V ، برای 32 اهم در 1.66V است. ، و برای 1k اهم در 1.58V. فراتر از آن تغییر چندانی نمی کند. (ارزشهای واقعی بسته به نمونه T1 شما با شبیه ساز متفاوت است ، الگو مشابه خواهد بود). همه این قطع ها در محدوده امن هستند (به مقدمه مراجعه کنید) ، اما مسلماً این ایده آل نیست. باتری های NiMH (و مخصوصاً باتری های قدیمی) افت سریعتری را برای تخلیه سریع نشان می دهند ، و در حالت ایده آل ، برای میزان تخلیه زیاد ، قطع ولتاژ باید کمتر باشد ، نه بیشتر. با این حال ، به همین ترتیب ، این مدار محافظت موثر از اتصال کوتاه را فراهم می کند.

خوانندگان محتاط همچنین متوجه شده اند که برش نشان داده شده در خطوط محدوده حتی در مقایسه با مدارک 1 بسیار سطحی به نظر می رسد ، اما نگران کننده نیست. درست است که مدار به مدت 1/10 ثانیه طول می کشد تا به طور کامل خاموش شود ، اما نقطه ولتاژ ، جایی که خاموش شدن اتفاق می افتد ، هنوز به طور دقیق مشخص شده است (در شبیه سازی شما باید در DC ثابت تعویض کنید) منبع ، به جای مولد مثلث برای دیدن این). مشخصه زمان به دلیل C1 و مطلوب است: در برابر خود خاموش شدن زودرس محافظت می کند در صورتی که بار (فکر کنید: یک مبدل افزایش دهنده) به جای یک جریان اکثرا ثابت ، موج کوتاه جریان را ترسیم می کند. BTW ، هدف دوم C1 (و R3 ، مقاومت مورد نیاز برای تخلیه C1) راه اندازی مجدد مدار به طور خودکار است ، هر زمان که باتری قطع یا وصل می شود.

لیست قطعات

قطعات مورد نیاز دوباره همانند مدارهای قبلی است. به خصوص:

• T1 IRLML6401 است - برای بحث در مورد (نبود) جایگزین ها به مرحله 1 مراجعه کنید
• T2 هر گونه سیگنال کوچک NPN است
• C1 یک سرامیک ارزان است
• مقاومت ها نیز از هر نظر ارزان هستند. نه دقت لازم است و نه تحمل قدرت ، و مقادیر ارائه شده در شماتیک عمدتاً جهت گیری خشن است. نگران تعویض مقادیر مشابه نباشید.

کدام مدار برای من بهتر است؟

باز هم توصیه می کنم که مدار 1 را بسازید. بین مدار 2 و 3 ، به طرف دوم متمایل می شوم. با این حال ، اگر انتظار دارید نوسانات بیشتری در ولتاژ باتری (به دلیل سرد شدن باتری ها) وجود داشته باشد ، ممکن است راه اندازی مجدد خودکار بر اساس پسماند را بر راه اندازی مجدد مدار ترجیح دهید. مدار 4 از این جهت که از قطعات کمتری استفاده می کند و از اتصال کوتاه محافظت می کند ، خوب است ، اما اگر نگران قطع برق با ولتاژ بسیار خاصی هستید ، این مدار برای شما مناسب نیست.

در مراحل زیر ، شما را در مورد ساختن مدار 4 راهنمایی می کنم. اگر یکی از مدارهای دیگر را ساختید ، به اشتراک گذاشتن چند عکس فکر کنید.

مرحله 5: بیایید ساختمان را شروع کنیم (مدار 4)

خوب ، بنابراین ما قصد داریم مدار 4 را بسازیم. علاوه بر قطعات الکترونیکی ذکر شده در مرحله قبل ، شما نیاز دارید:

• یک نگهدارنده باتری 2 سلولی (من یک نگهدارنده AA بود که از تزئین کریسمس دور شده بود)
• مقداری تخته چوبی
• یک جفت موچین مناسب برای کار با IRLML6401
• برش جانبی (کوچک)
• آهن لحیم کاری و سیم لحیم کاری

آماده سازی

نگهدارنده باتری من دارای یک سوئیچ است و - به راحتی - کمی فضای سر خالی که برای قرار دادن مدار ما بسیار مناسب به نظر می رسد. یک پین برای نگه داشتن یک پیچ (اختیاری) در آنجا وجود دارد ، و من آن را با استفاده از برش جانبی برش دادم. به مخاطبین و کابل ها به سادگی وارد شده اند. من آنها را برای دسترسی آسان تر ، سیم ها را بریده و عایق را در انتهای آن برداشته ام.

سپس قطعات الکترونیکی را به صورت آزاد در قطعه ای از تخته چوبی قرار دادم تا بدانم چقدر جای آنها را اشغال می کند. به طور تقریبی ، ردیف پایینی قرار است زمین گیر شود ، ردیف وسط عناصر تشخیص ولتاژ را نگه می دارد و ردیف بالا دارای اتصال به دروازه T1 است. من مجبور بودم قطعات را کاملاً متراکم بسته بندی کنم تا همه چیز در فضای مورد نیاز قرار گیرد. IRLML6401 هنوز قرار نگرفته است. با توجه به pinout ، باید به قسمت پایینی بر روی تخته صاف برود. (توجه داشته باشید که من به طور تصادفی T2 - BC547 - را در مسیر اشتباه قرار دادم! این کار را کورکورانه انجام ندهید ، پینیت ترانزیستور مورد استفاده خود را دوبار بررسی کنید - همه آنها متفاوت است.) در مرحله بعد ، من از برش جانبی برای بستن استفاده کردم. تخته چوبی به اندازه مورد نیاز

مرحله 6: لحیم کاری - قسمت اول ابتدا

بیشتر اجزا را حذف کنید ، اما یک سرب R1 را به همراه سرب مثبت باتری (در مورد من از سوئیچ باتری) در ردیف وسط ، مستقیماً به یک طرف وارد کنید. فقط یک سوراخ را لحیم کنید ، هنوز سنجاق ها را نچسبانید. پین دیگر R1 به ردیف پایینی می رود (همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید) ، یکی در سمت چپ نگه دارید. تخته چوبی را به صورت افقی ، با قسمت پایین به بالا ثابت کنید.

خوب ، بعد از IRLML6401. این قسمت علاوه بر کوچک بودن ، به تخلیه الکترواستاتیک نیز حساس است. در بیشتر مواقع هیچ اتفاق بدی نمی افتد ، حتی اگر قطعه را بدون هیچ گونه احتیاطی اداره کنید. اما این شانس واقعی وجود دارد که شما بدون توجه به آن آسیب برسانید یا از بین ببرید ، بنابراین اجازه دهید سعی کنید مراقب باشید. ابتدا سعی کنید هنگام انجام این کار از پلاستیک یا پشم استفاده نکنید. همچنین ، اگر مچ بند آنتی استاتیک ندارید ، اکنون زمان آن رسیده است که با دست یا آهن لحیم کاری خود چیزی را که روی زمین قرار دارد (شاید رادیاتور یا لوله کشی) لمس کنید. اکنون ، با موچین خود IRLML6401 را با دقت بگیرید و آن را همانطور که در عکس نشان داده شده ، نزدیک محل نهایی خود حرکت دهید. پین "S" باید در کنار پین R1 که لحیم کرده اید باشد ، سایر پین ها همانطور که در تصویر نشان داده شده است باید روی دو سوراخ دیگر باشد.

وقت بگذارید! در اینجا ، به جای سرعت ، در مورد دقت اشتباه می کنید. هنگامی که از محل قرارگیری راضی هستید ، لحیم کاری را دوباره در R1 ذوب کنید ، در حالی که با دقت موچک IRLML6401 را به سمت آن حرکت می دهید ، به طوری که پین "S" لحیم می شود. با دقت بررسی کنید که IRLML6401 در حال حاضر ثابت شده است و در محل مناسب ثابت شده است (همچنین: صاف روی تخته چوبی). اگر از محل قرارگیری کاملاً راضی نیستید ، لحیم را یک بار دیگر ذوب کرده و موقعیت را تنظیم کنید. در صورت لزوم تکرار کنید.

انجام شده؟ خوب آه عمیقی بکشید ، سپس پین دوم R1 را در سوراخ کنار پین "G" (در همان طرف بسته با پین "S" لحیم کنید. مطمئن شوید که هم R1 و هم پین "G" را به هم وصل کرده اید. هنوز پین R1 را گیره نکنید!

یک پین R2 را وارد کنید ، و خروجی مثبت از طریق سوراخ کنار پین "D" (که در طرف مقابل بسته ترانزیستور قرار دارد) عبور کنید. آن اتصال را لحیم کنید ، دوباره مطمئن شوید که پین "D" را با R2 و سیم خروجی وصل کرده اید.

در نهایت ، برای اندازه گیری خوب ، لحیم کاری بیشتری را روی نقطه لحیم کاری اول (پین "S" اعمال کنید ، اکنون که دو نقطه لحیم دیگر ترانزیستور را در جای خود نگه داشته اند.

توجه داشته باشید که من عمداً R1 و R2 را بسیار نزدیک به T1 قرار می دهم. ایده این است که اینها به عنوان یک هیت سینک ابتدایی برای T1 عمل خواهند کرد. بنابراین حتی اگر فضای بیشتری برای خالی دارید ، این موارد را نیز محکم نگه دارید. در همین راستا ، در مورد میزان لحیم کاری ، در اینجا بسیار صرفه جویی نکنید.

تا اینجا همه چیز خوب است؟ عالی. از اینجا به بعد همه چیز ساده تر می شود.

مرحله 7: لحیم کاری - قسمت آسان

بقیه لحیم کاری بسیار مستقیم است. قطعات را یک به یک مانند تصویر اولیه وارد کنید (به جز ، به دقت به ترانزیستور T2 خود توجه کنید!) ، سپس آنها را لحیم کنید. من با ردیف وسط شروع کردم. توجه داشته باشید که در برخی موارد من چندین پین را در یک سوراخ وارد کردم (به عنوان مثال انتهای دیگر R2 و طول طولانی LED) ، و در مواردی که این امکان پذیر نبود ، من فقط پین های عناصر لحیم شده را خم کردم اتصال (های) مورد نیاز

کل ردیف پایینی (همانطور که در زیر مشاهده می کنید) به پین "G" T1 متصل است و ما از پین R2 استفاده می کنیم (من به شما هشدار دادم که آن را قطع نکنید!) برای ایجاد این اتصال (به جمع کننده T2 ، C1 ، و R3).

کل ردیف بالا (همانطور که در زیر مشاهده می کنید) به زمین متصل است و پین R3 برای ایجاد این اتصال استفاده می شود. پایانه دیگر C1 ، ساطع کننده T2 ، و مهمتر از آن زمین باتری ، و سرب خروجی زمین به این وصل است.

دو تصویر آخر مدار نهایی را از پایین و بالا نشان می دهد. دوباره ، من در T2 به طرز اشتباهی لحیم شدم ، و مجبور شدم آن را بعد از این واقعیت (بدون عکس گرفته شده) برطرف کنم. اگر از BC547 استفاده کنید (همانطور که من انجام دادم) ، دقیقاً برعکس است. اگرچه برای 2N3904 درست خواهد بود. خوب ، به عبارت دیگر ، فقط مطمئن شوید که قبل از لحیم کاری ، ترانزیستور را دوباره چک کنید!

مرحله 8: مراحل نهایی

اکنون زمان مناسبی برای آزمایش مدار است

اگر همه چیز کار کند ، بقیه ساده است. مدار را به همراه کلید و کنتاکت های باتری داخل نگهدارنده باتری قرار دادم. همانطور که کمی نگران برخورد مثبت ترمینال باتری به مدار بودم ، کمی نوار عایق قرمز در بین آن قرار دادم. در نهایت کابل های خروجی را با یک قطره چسب حرارتی ثابت کردم.

خودشه! امیدوارم بتوانید همه چیز را دنبال کنید و در صورت ایجاد یکی از مدارهای دیگر ، ارسال عکس را در نظر بگیرید.