Выключатель нагрузки аккумулятора - разрядное устройство

Предлагаемая конструкция позволяет разряжать аккумуляторные батареи напряжением 10,8…18В до установленного предела в контрольно-тренировочных циклах, а также отключать устройства, работающие от аккумулятора для предотвращения глубокого разряда последнего. Ток покоя устройства составляет 7 мА, максимальный ток в нагрузке – 8А. Схема выключателя представлена ниже.

На элементах DA1, DA2.1, C1, R1..R3 выполнен источник опорного напряжения. Параллельный стабилизатор DA1 запитан через резистор R1 от ОУ DA2.1, управляющий вывод которого соединён с катодом. При таком включении напряжение стабилизации равно внутреннему опорному напряжению DA1, т.е. 2,5В. ОУ DA2.1, охваченный ООС делителем R2, R3, поддерживает равенство напряжений на выв. 2 и выв. 3, благодаря чему на выходе ОУ устанавливается напряжение, равное 5В, при этом через стабилизатор DA1 протекает стабильный ток, что позволяет исключить влияние питающего напряжения на источник опорного напряжения в целом. Далее, опорное напряжение поступает на инвертирующий вход ОУ DA2.2, который используется в качестве компаратора. Напряжение аккумулятора через делитель R7, R5, R4 поступает на неинвертирующий вход. До тех пор, пока напряжение на выв. 5 ОУ DA2.2 превышает опорное напряжение на выв. 6, на выходе ОУ будет поддерживаться высокий уровень, и через открытый транзистор VT1 будет протекать ток нагрузки. При разряде аккумулятора напряжение на выв. 5 DA2.2 станет меньше, и на выходе компаратора установится низкий уровень, транзистор VT1 закроется, и нагрузка будет обесточена. При плавных изменениях напряжения на входах компаратора, на его выходе вместо определённого уровня возникает «дребезг», или плавно изменяющееся напряжение, которое способно вывести транзистор VT1 из ключевого в линейный режим работы, что может привести к его перегреву и выходу из строя. Кроме того, из-за конечного внутреннего сопротивления аккумулятора, а также соединительных проводов при снятии нагрузки происходит небольшой скачок напряжения, который приведёт к повторным включениям и отключениям устройства. Чтобы избежать этих процессов, компаратор охвачен положительной обратной связью резистором R6, который изменяет пороги включения и отключения – вводит петлю гистерезиса, в данном случае около 700 мВ. Кнопка SB1 служит для проверки работоспособности устройства. При её нажатии напряжение на выв. 5 становится заведомо меньше опорного напряжения на выв. 6, что приведёт к закрытию транзистора VT1, и отключению нагрузки. Свечение светодиода HL1 индицирует о подключении устройства к аккумулятору. Конденсатор C4 сглаживает выбросы напряжения в случае подключения нагрузки, носящий индуктивный характер, а диод VD1,совместно с внутренним диодом транзистора VT1 предохраняет устройство, подключенное к выключателю нагрузки от обратной полярности при подключении к аккумулятору – в этом случае перегорит предохранитель Fu1.

Чертежи расположения элементов, печатная плата и фото собранного устройства показаны ниже.

Для настройки выключателя нагрузки подстроечный резистор R7 выкручивается до минимального сопротивления – левое по схеме положение. Далее, устройство подключается к блоку питания, с установленным выходным напряжением, равным напряжению отключения нагрузки, в качестве последней наглядней всего использовать лампочку накаливания. Медленным вращением движка резистора R7 в сторону увеличения сопротивления добиваются потухания лампы, после чего, плавно увеличивая выходное напряжение блока питания, лампу зажигают вновь. Разница напряжений включения и отключения лампы и будет соответствовать ширине петли гистерезиса   Ключевой транзистор VT1 можно заменить на аналогичные, которые используются в понижающих преобразователях цепи питания процессора или оперативной памяти материнских плат или видеокарт компьютера.Ниже на фотографиях транзисторы помечены зелёной точкой.

Для увеличения допустимого тока нагрузки, а также для уменьшения потерь в случае, если сопротивление открытого канала сток-исток транзистора VT1 превышает 0,01 Ом (например, часто встречающийся 15N03L) на плате выключателя предусмотрено место для установки второго транзистора в параллель.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}