В электронных устройствах с автономным питанием наметилась устойчивая тенденция применения Li-Ion и Li-pol аккумуляторов номинальным напряжением 3,7 В. Среди этих устройств есть такие, которым требуется стабильное напряжение питания 5 В. Как правило, они в этом случае содержат повышающий DC/DC-преобразователь с выходным напряжением 5 В. О контроле разрядки литиевого аккумулятора в них и пойдёт речь в статье.
Известно, что для контроля за разрядкой аккумулятора полезно встроить электронный узел (детектор понижения), выдающий сигнал разрядки при снижении напряжения аккумулятора обычно до 3,3 В. Конечно, работа устройства может продолжаться до момента срабатывания встроенной в аккумулятор защиты, если таковая имеется, но при наличии сигнала будет достаточно времени для дальнейших действий, например, подключить ЗУ.
Основное требование, предъявляемое к узлу контроля, - малое собственное потребление тока, поскольку он не должен влиять на продолжительность работы всего устройства от автономного источника. Кроме того, он должен содержать минимальное число элементов. Схема узла контроля разрядки аккумулятора, отвечающего, по мнению автора, перечисленным требованиям, приведена на рис. 1. Потребляемый им ток в дежурном режиме - не более 5 мкА, при срабатывании и подаче сигнала - не более 10 мкА. Узел собран как компаратор напряжения на маломощном транзисторе VT1 структуры p-n-p и трёх резисторах R1-R3. Красным цветом выделены штатные аккумулятор G1 и DC/DC-преобразователь с выходным стабильным напряжением +5 В. Номиналы сопротивлений резистивного делителя R1R2 в цепи базы транзистора и нагрузочного резистора R3 в коллекторной цепи рассчитаны так, чтобы ток через резистивный делитель и коллекторный ток при открытом транзисторе были примерно равны, а значит, ток базы будет много меньше. Это обеспечивает стабильное управление состоянием транзистора напряжением на резистивном делителе R1R2, подключённом к выводу базы - инвертирующему входу компаратора.
Рис. 1. Схема узла контроля разрядки аккумулятора
Опорное напряжение для неинвертирующего входа компаратора (вывод эмиттера) - выходное напряжение +5 В DC/DC-преобразователя. Из входных характеристик транзистора следует, что малые изменения напряжения база-эмиттер приводят к значительным изменениям тока базы, а значит, и тока коллектора, поэтому для заданных сопротивлений делителя R1R2 при напряжении на аккумуляторе более 3,3 В
транзистор закрыт, а менее - открыт. Соответственно напряжение на резисторе R3 меняется от 0 до +5 В. Гистерезис переключения (открыт/закрыт) - около 10...20 мВ, и он незначительно зависит от коэффициента передачи тока h21Э транзистора. Для уменьшения гистерезиса, если это необходимо, следует применить транзистор с большими значениями h21Э (до 500 и более). Тип транзистора - любой маломощный структуры p-n-p и малым обратным током коллектора. В налаживании узел не нуждается.
Напряжение с выхода узла контроля можно подать на узел индикации, который должен иметь входное сопротивление не менее 1 МОм. В качестве примера на рис. 2 показан узел индикации на полевом транзисторе и светодиоде.
Рис. 2. Узел индикации на полевом транзисторе и светодиоде
Нумерация элементов продолжена. Вместе оба узла образуют супервизор с довольно большим выходным током. Для повышения экономичности следует применить яркий или сверхъяркий светодиод любого свечения, в том числе и мигающий, а желаемую яркость свечения установить подборкой резистора R4.
Этот узел можно применить для контроля разрядки аккумуляторов другого типа или гальванических элементов. В этом случае порог переключения можно изменить подборкой резистора R1.
Автор: С. Глибин, г. Москва