Индикатор напряжения аккумулятора на LM3914

Устройство представляет собой светодиодный вольтметр (индикатор напряжения) 12В аккумулятора, с применением широко известной микросхемы LM3914 (даташит).

Данное устройство мне было необходимо для того, чтобы я знал когда автомобильный аккумулятор полностью зарядится от зарядного устройства. Т.к. зарядка была старого типа и на ней не было никаких стрелочных или цифровых индикаторов для измерения напряжения.

В качестве светодиодного столбикового индикатора (бара) я выбрал HDSP-4832 с 10 светодиодами трех разных цветов: три красных, четыре желтых и три зеленых.

Для правильной индикации напряжения, нужно определиться с нижним и верхним уровнем измеряемых напряжений, чтобы на индикаторе соответственно при данных уровнях загорались первый и последние светодиоды (полоски).

Для 12В автомобильного аккумулятора, были выбраны следующие диапазоны: первый светодиод загорался при напряжении 10В, а последний при напряжении 13.5В, т.о. шаг индикации напряжения получился 0.35В на один светодиод. Естественно, вы можете установить и другие напряжения, при помощи двух подстроечных резисторов. Это дает возможность использовать данный индикатор для измерения напряжения, например NiCd или NiMH аккумуляторов. Границы напряжения в данном случае устанавливаются в V_min = 0.9 * N_cells and V_max = 1.45 * N_cells, где N_cells - количество "банок" аккумулятора. Плюс между + и - аккумуляторов должен быть помещен мощный резистор рассчитанный на ток не менее 0.5А для имитации реальной нагрузки.

Микросхема LM3914 может работать в двух режимах: режим "точка" - при котором загорается только один светодиод, и "столбиковый" режим, при котором загорается несколько светодиодов по нарастающей. Данная схема работает в "столбиковом" (bar) режиме, для этого 9 вывод микросхемы подключен к плюсу источника питания.

При работе в режиме bar, соответственно и увеличивается энергопотребление LM3914. Когда все 10 сегментов индикатора горят, то LM3914 потребляет почти в 10 раз больше, чем если бы горел только один светодиод (сегмент). Для предотвращения выгорания м/с LM3914 необходимо следить, чтобы ток светодиодов не превысил максимально допустимый.

Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 1365 мВт. И если предположить, что подводимое максимальное напряжение составит 14.4В, то максимально возможный ток составит I = P/V = 1.365/14.4 = 94.8мА. Т.о. ток, каждого сегмента индикатора не должен превышать 94.8/10=9.5мА. В схеме, сопротивление резистора R3 (4.7 кОм) задает максимальный ток светодиодов. Ток светодиода примерно в 10 раз больше тока, который проходит через данный резистор I_R3 = 1.25 / 4700 = 266 мкА. Т.о. ток на каждый светодиод ограничен значением 2.6 мА, что намного меньше допустимого.

Входной каскад: для снятия показаний входного напряжения (и им же питается схема) в схеме применен делитель напряжения 1:2, подсоединенный к выводу 5 микросхемы. Делитель состоит из двух резисторов номиналом 10 кОм и т.о. напряжение, снимаемое с делителя находится в диапазоне от 5В до 6.75В, в то время как входное напряжение будет от 10В до 13.5В. Эти же значения будут использоваться для калибровки LM3914.

Принципиальная схема индикатора

Схема состоит из двух элементов: отдельно схемы контроля и отдельно плата индикатора. Между собой они соединяются при помощи 11-ти контактного разъема.

Основные задающие элементы схемы:
R1 и R2 - делитель напряжения
R3 и R4 - ограничение тока светодиодов и установка верхней границы напряжения
R5 - установка нижней границы напряжения

Про R1, R2 и R3 я рассказывал выше. Теперь разберем R4, который устанавливает верхний порог (вывод 6 м/с):
На выводах микросхемы 6 и 7 необходимо установить напряжение на уровне 6.75В (что является входным напряжением 13.5В после делителя, в том случае, если аккумулятор заряжен полностью). Зная значение тока проходящего через R3, а также прибавив сюда ток "error current" с 8 вывода микросхемы (120мкА), мы можем рассчитать сопротивление R4:
6.75В = 1.25В + R4(120мкА+266мкА) <=>
R4 = (6.75 - 1.25)/(386мкА) <=>
R4 = 14.2кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 22кОм)
С подстроечным резистором 22 кОм мы можем регулировать напряжение на выводе 7 в диапазоне от 1.25В до 9.74В, что дает возможность задавать верхнюю границу напряжения от 2.5В до 19.5В.

Сопротивлением R5 устанавливается нижняя граница напряжения:
Подставив в формулу V_O = V_I * R_B/(R_A + R_B) следующие значения:
R_A = 10 * 1К внутренние резисторы LM3914
R_B = R5
V_I = верхняя граница напряжения 6.75В
V_O = нижняя граница напряжения 5В
получим:
5 = 6.75 * R5/(R5 + 10K)
R5 = 28.5K и больше (мы выбираем подстроечный резистор 100кОм)

Печатная плата

Как уже было сказано выше, устройство состоит из двух компонентов, соответственно используется 2 разных печатных платы. Это дает возможность использовать выносную индикацию, например на панели авто.

В печатной плате получилась только одна перемычка (отмечена красным цветом).

Скачать проект в Eagle и печатные платы вы можете ниже

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• Eagle
• Перевод