電池充電指示電路的設(shè)計(jì)原理

電池充電指示器電路是有效利用鋰電池的非常有用的模塊。此類指示器通常測(cè)量電池電壓并通過打開任何適當(dāng)?shù)?LED 來指示電量。但您不必購(gòu)買這些模塊之一才能有效地使用鋰電池。事實(shí)上，您可以用最少的組件和很少的努力來構(gòu)建一個(gè)。

鋰電池：

鋰電池被證明是非常有用的電源，但為了獲得持久的性能，您需要仔細(xì)查看關(guān)鍵參數(shù)。鋰電池的使用方式應(yīng)確保電池電量在充電前始終剩余 20%。否則可能會(huì)導(dǎo)致電池耗盡，所以現(xiàn)在您應(yīng)該知道了解電池中的電量對(duì)于保持電池電量非常有必要。讓我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路來了解電池的充電百分比。

下面以一節(jié)12V鋰電池為例，說明電池充電指示電路的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在，對(duì)于典型的 12V 電池，不同充電水平下的電壓將為

測(cè)量電壓	充電水平
13.5V	100%
12.5V	75%
11.5V	50%
10.5V	25%

您可以在制造商的數(shù)據(jù)表中找到這些詳細(xì)信息，幾乎所有 12V 電池都具有相同的屬性，但數(shù)據(jù)表始終值得查找。

電池充電指示燈設(shè)計(jì)：

工作和計(jì)算：

測(cè)量到相應(yīng)電荷水平的電壓對(duì)上述電路形成非常重要的參考。為了更容易理解，讓我們逐步分析電路。首先將用于充電測(cè)試的電池連接到電路。連接 1N4733A 后，將使用 5.1V、1W 齊納二極管和串聯(lián)電阻器 R1 來調(diào)節(jié)電壓，后者控制流經(jīng)齊納器的電流。這樣我們就可以從電池獲得約5.1V的穩(wěn)定輸出電壓。

四路運(yùn)算放大器 IC LM324 用作充電指示 LED 的比較器或激活器。我們使用帶藍(lán)色 LED 的 U1:A 用于 100% 指示，帶綠色 LED 的 U1:B 指示 75%，帶黃色 LED 的 U1:C 指示 50%，帶紅色 LED 的 U1:D 指示 25% 的電量。利用 LED 的狀態(tài)來確定電池的充電水平。

下一步是將每個(gè)充電水平的參考電壓固定為 100%、75%、50% 和 25%。為了固定這些電荷水平的參考電壓，使用電阻器 R2、R3、R4、R5 和 R6 構(gòu)造了一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器。從這些分壓器獲得的電壓依次將參考電壓饋送到各個(gè)運(yùn)算放大器 U1:A、U1:B…U1:D。固定U1:A參考電壓的計(jì)算如下

Vout = (R3+R4+R5+R6) * Vin / (R2+R3+R4+R5+R6) – 分壓器公式

? ? ? ?= 15K * 5.1V / 17K

? ? ? ?= 4.5V

因此，電池充電 100% 時(shí)的參考電壓固定為 4.5V。為了固定 75% 的電池電量，分壓器方程采用以下形式

Vout = (R4+R5+R6) * Vin / (R2+R3+R4+R5+R6)

? ? ? ? = 14K * 5.1 / 17K?

? ? ? ? = 4.2V

4.2V 是 Opamp U1:B 的參考電壓，用于指示 75% 的電池電量。重復(fù)上述過程，U1:C 的 50% 電壓為 3.9V，U1:D 的 25% 電壓為 3.6V。我們現(xiàn)在已經(jīng)固定了運(yùn)算放大器 U1:A 至 U1:D 的參考電壓，用于 100% 至 25% 充電指示。

接下來，我們?cè)O(shè)置了一個(gè)由 R7 和 R9 組成的分壓器來測(cè)量電池電壓并將其饋送到所有運(yùn)算放大器的“-”輸入端?，F(xiàn)在讓我們考慮一下我們從數(shù)據(jù)表中獲得的四個(gè)電壓級(jí)別?，F(xiàn)在，當(dāng)電池電壓為 13.5 時(shí)，運(yùn)算放大器的輸入電壓將為

輸出電壓 = 13.5 * R9/ (R9 + R7)

? ? ? ?= 4.517V

現(xiàn)在該電壓大于 100% 電池充電時(shí)的固定參考電壓 4.5。因此，U1:A 的輸出變低，藍(lán)色 LED 亮起，表示電池電量為 100%?，F(xiàn)在假設(shè)電池電壓為 12.5（電量的 75%），則 U1:B 的電壓將為 4.22，這超過了參考電壓 4.2V，因此綠色 LED 亮起，指示可用電量為 75%。

這樣，當(dāng)電壓降至 11.5 和 10.5 時(shí)，黃色和紅色 LED 分別亮起。當(dāng)紅色 LED 燈亮起時(shí)，需要給電池充電，這是一種警告。在該電路中，與充電水平相對(duì)應(yīng)的 LED 會(huì)亮起，因此可用作指示充電水平的儀表。

藍(lán)色 – 100%

綠色 – 75%

黃色 – 50%?

紅色 – 25%

印刷電路板設(shè)計(jì)：