Многие типы аккумуляторов могут быть повреждены в результате глубокого разряда. Предлагаемая здесь схема обеспечивает защиту от пониженного напряжения, которая позволяет избежать этого, а также выполняет функцию выключателя нагрузки (Рисунок 1). С небольшими изменениями или вовсе без них она может работать практически с любым типом аккумуляторов с напряжением от 4.5 В до 19 В.Ток в режиме ожидания составляет менее 1 мкА.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема рассчитана на свинцовый аккумулятор напряжением 12 В с гелевым электролитом при температуре 20 °C. Для аккумуляторов другого типа может потребоваться изменение номиналов компонентов. |
N-канальный MOSFET Q2 в нижнем плече позволяет снизить стоимость по сравнению с p-канальным транзистором. Включение и выключение происходят мягко, поэтому коммутационные броски исключены.
Работа схемы
При первом подключении батареи/аккумулятора к шине +ACC схема выключена. Конденсатор C3 разряжен, поэтому программируемый источник опорного напряжения TL431A (D1) будет выключен, и ток его утечки составит менее 1 мкА. Таким образом, все остальные элементы схемы отключены, а MOSFET Q2 закрыт, поскольку его затвор разряжен через резистор R5.
В таком состоянии схема ожидает разрешающего положительного импульса на входе ON – от кнопки или контроллера. Во время этого импульса включается микросхема TL431A, подавая питание на таймер TLC555, сконфигурированный как генератор.
Через конденсатор C2 и диод D3 генератор создает добавочное напряжение на емкости затвора Q2, включая MOSFET.
После снятия сигнала ON схема остается в активном состоянии, так как напряжение с делителя R1-R2 заряжает конденсатор C3, поддерживая обратную связь от D1 к Q2 и обратно к D1.
Схема отключает нагрузку и выключается, если уровень напряжения на входе /OFF становится низким или достигается порог срабатывания по пониженному напряжению.
Значение этого порога определяется формулой
где VREF – опорное напряжение 2.5 В микросхемы TL431.
Отсюда
Чтобы влияние тока IREF входа опорного напряжения TL431 (величина которого не более 4 мкА) было незначительным, ток делителя должен быть как минимум в 100 раз больше IREF:
R1 + R2 = 30 кОм.
Таким образом, для порога срабатывания 10.8 В расчетные значения составляют:
R1 = 30 кОм – R2 = 23.06 кОм.
Разброс опорного напряжения VREF микросхемы TL431A составляет 1%, поэтому допуски сопротивлений R1 и R2 должны быть лучше, чтобы минимально ухудшать точность порога срабатывания; или можно добавить подстроечный резистор.
В соответствии с хорошей практикой ток IREF должен быть меньше половины его абсолютного максимального значения, равного 10 мА. То есть,
Верхняя граница сопротивления R6 определяется соотношениями:
Следовательно,
R6 = 17.8 кОм.
Если выбрать сопротивление резистора R6 вблизи этого предела, можно запретить любые попытки включения нагрузки при разряженном аккумуляторе. Вход /OFF имеет приоритет перед входом ON.
Контроль напряжения батареи происходит после коммутатора Q2, поэтому для корректной работы схемы транзистор должен иметь низкое сопротивление открытого канала.
При большом токе нагрузки время переключения должно быть минимизировано для снижения рассеиваемой мощности. Для быстрого заряда емкости CG затвора транзистора Q2 при включении частота генератора должна быть высокой (здесь она составляет около 900 кГц). Для быстрого выключения сопротивление резистора R5 не должно быть слишком большим, так как время зависит от произведения R5 × CG.
Транзистор Q1 предотвращает подключение затвора MOSFET Q2 к шине +ACC через диоды D2 и D3 при отключенной схеме. Можно использовать любой p-n-p транзистор с умеренным значением коэффициента передачи тока (30-150), например, 2N2904. Транзисторы с более высоким усилением (такие как BC556-BC560) могут потребовать снижения сопротивления R4, чтобы гарантировать закрытие Q1 в выключенном состоянии схемы. Однако транзистор Q1 должен надежно включаться током, проходящим через таймер 555; работа вблизи максимальной частоты и низкое сопротивление R3 обеспечивают достаточное падение напряжения на резисторе R4.
Напряжение маломощного стабилитрона D4 должно выбираться в соответствии с максимальным напряжением сток-исток транзистора Q2.
Выбор основных параметров Q2 зависит от требований системы. Поскольку емкость CG используется в качестве фильтрующего конденсатора, следует обратить внимание и на этот параметр. Подходящие значения лежат в диапазоне 2 нФ – 10 нФ; при большем значении может потребоваться увеличение емкости конденсатора С2. Значение C2 влияет на время включения.
Купить TL431 на РадиоЛоцман.Цены
