Zabezpieczenie akumulatora ołowiowego

Schemat ideowy zabezpieczenia akumulatora pokazano na rysunku 1. Jeśli napięcie wejściowe przekracza ustaloną wartość, wtedy obciążenie jest załączane; natomiast jeżeli spadnie poniżej innej wartości, wówczas obciążenie jest odłączane. Gdy napięcie mieści się wewnątrz wyznaczonych „widełek”, utrzymywany jest bieżący stan wyjścia.

Rysunek 1. Schemat ideowy zabezpieczenia akumulatora

Potencjometr P1 z rezystorami R1 i R2 stanowią dzielnik napięcia wejściowego dla komparatora. Napięcie odniesienia, z którym jest porównywane to pierwsze, pochodzi z miniaturowego stabilizatora typu 78L05 w obudowie TO92. Układ US2 pracuje w typowej konfiguracji komparatora z pętlą histerezy. Szerokość tej pętli wyznacza wypadkowa rezystancja rezystora R4 i potencjometru P2. Wyjście układu LM311 jest typu otwarty kolektor, więc do poprawnego działania wymaga włączenia rezystora między wyjściem a dodatnim biegunem napięcia zasilania. Funkcję tę pełnią połączone szeregowo rezystory R5 i R6.

Za załączanie obciążenia jest odpowiedzialny tranzystor MOSFET (T1). Zastosowano IRF4905 z kanałem P, w obudowie TO220. Charakteryzuje się on niewielką rezystancją kanału w stanie otwarcia, wynoszącą ok. 20 mΩ. Dzięki temu może przełączać prąd sięgający 10 A bez konieczności stosowania radiatora. Umożliwia to upakowanie modułu w niewielką obudowę (np. popularną Z-47 z tworzywa sztucznego) lub we wnętrzu zasilanego urządzenia.

Dioda D2 zabezpiecza bramkę tranzystora T1 przed przekroczeniem maksymalnego napięcia UGS, który to parametr wynosi ±20 V. Zadaniem rezystora R5 jest ochrona diody przed przepływem przez nią nadmiernego prądu. Mimo, iż bramka jest zasilana napięciem blisko o połowę niższym od tego, które dostarcza akumulator (skutek zastosowania dzielnika R5-R6), nie ma problemu z poprawnym otworzeniem kanału: zmierzona wartość RDS(on) wyniosła 33 mΩ przy prądzie obciążenia 3 A i napięciu zasilającym 12 V. Aby impulsy napięcia powstające przy rozłączaniu obciążeń indukcyjnych nie uszkodziły tranzystora, zastosowano diodę D3.

Rysunek 2. Schemat montażowy zabezpieczenia akumulatora

Układ zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 26 mm×39 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Montaż radzę rozpocząć od przylutowania elementów SMD: układu scalonego US2 oraz rezystorów. Druga w kolejności powinna zostać wlutowana zworka z cienkiego drutu, a następnie pozostałe elementy. Tranzystor T1 można zamontować pozostawiając długie wyprowadzenia; umożliwi to jego „położenie” nad płytką, a w efekcie – zmniejszenie gabarytów układu.

Jeżeli istnieje prawdopodobieństwo, że przez kanał tranzystora będą płynąć większe (tj. powyżej kilku amperów) prądy, wtedy dobrze jest pogrubić szerokie ścieżki na płytce, prowadzące do drenu i źródła. Można to uczynić, na przykład, nalutowując na nie miedziany drut.

Prawidłowe wyregulowanie układu zajmie tylko kilka minut, czynność tę upraszcza użycie regulowanego zasilacza oraz dołączenie obciążenia (np. żarówki czy diody LED z włączonym szeregowo rezystorem). Ślizgacz potencjometru P2 należy wstępnie ustawić w połowie jego suwaka, po czym układ zasilić napięciem takim, jakie jest w połowie przedziału wyznaczonego histerezą. Kolejnym krokiem jest ustawienie potencjometru P1 tak, aby na jego ślizgaczu (środkowe wyprowadzenie) było napięcie równe napięciu odniesienia, czyli w tym wypadku 5 V. Przykład: załączenie ma nastąpić powyżej 12,5 V, a odłączenie poniżej 10,8 V – daje to środek pętli w okolicach 11,7 V.

Po dokonaniu takich przygotowań, można doregulować P2 (szerokość pętli histerezy) i w razie konieczności P1 (jej środek), pamiętając o tym, że większa rezystancja P2 zawęża przedział.

Czyli regulując napięcie zasilania, trzeba tak ustawić P2, by moment załączenia i wyłączenia wypadał tam, gdzie dostało to zaplanowane. Szerokość tej pętli można regulować w przedziale od 0,6 V do 7 V przy napięciu środkowym 12 V oraz od 2 V do ok. 9 V przy napięciu środkowym 24 V. Po kilkakrotnym sprawdzeniu, że suwaki obydwu potencjometrów znalazły się w prawidłowych położeniach, można je zabezpieczyć przed samoczynnym przekręceniem, np. kroplą lakieru.

Michał Kurzela, EP