Circuito de Monitor de Bateria Baixa Ni-Cd usando Diodo Lambda

Circuito de Monitor de Bateria Baixa Ni-Cd usando Diodo Lambda

A principal característica deste indicador de bateria fraca de diodo lambda para baterias Ni-Cd é que, o próprio circuito consome corrente quase zero, até que o nível de limite baixo definido seja alcançado e o LED indicador acenda.



Este recurso torna o circuito muito adequado para muitos sistemas operados por bateria de baixa tensão, como rádios, relógios, cronômetros, alarmes, controles remotos, etc.

O principal motivo de danos prematuros nas células das baterias de níquel-cádmio é o curto-circuito interno que ocorre quando a bateria é descarregada muito profundamente durante a operação.





Portanto, qualquer dispositivo eletrônico que use células Ni-Cd deve incluir um indicador de bateria fraca que pode acionar e alertar o usuário para recarregá-lo, bem antes que a tensão 'crítica' da bateria seja atingida.

Embora você encontre muitos tipos de monitores de carga que pode ser integrado dentro de seus produtos alimentados por bateria, o monitor de diodo lambda explicado neste artigo é talvez uma opção mais sofisticada do que qualquer outro monitor de bateria disponível.



Melhor do que outros sistemas indicadores de bateria fraca

A maioria indicadores de bateria fraca trabalhar com BJTs para alternar na corrente do drive de LED ou para uma exibição de medidor. A desvantagem em tais designs é que o circuito drena continuamente a bateria, mesmo quando o LED está no estado desligado.

Em circuitos de baixa potência, este tipo de dreno de bateria pode afetar drasticamente e reduzir o tempo de backup da bateria.

O melhor remédio para resolver isso é usar um circuito que não consuma absolutamente corrente da bateria , desde que a tensão de alimentação seja superior ao potencial crítico da bateria.

Isso é exatamente o que o monitor de bateria fraca com base em diodo lambda executa.

Ele também possui um limite de disparo ajustável em uma faixa de tensão de 8 a 20 V e pode ser construído de forma bastante econômica.

Característica de carga / descarga de Ni-Cd

O tensão terminal de todas as baterias varia dependendo do seu estado de carga. Essa característica dessa relação pode ser diferente para baterias diferentes.

Por exemplo com Baterias de chumbo-ácido , encontramos uma queda praticamente linear em sua tensão de saída à medida que as células são descarregadas. Esse comportamento é normalmente o mesmo para células secas também.

Mas, para baterias Ni-Cd, a queda de tensão durante a descarga não é muito linear. Uma célula Ni-Cd totalmente carregada pode exibir uma tensão de saída de aproximadamente 1,25 volts.

Este nível é mantido constantemente até que esteja totalmente descarregado. Neste ponto, a voltagem da célula cai rapidamente para aproximadamente 1,0 a 1,1 volts, ou 1,05 V.

Um preciso circuito monitor de tensão ajustado para ativar neste nível de tensão 'crítico' pode ser extremamente útil na identificação do nível de carga da bateria Ni-Cd.

Um de oito células Bateria Ni-Cd , por exemplo, poderia ter um potencial de saída totalmente carregado de 10,0 volts. Quando está quase totalmente descarregada, a bateria pode ter uma saída de 8,4 volts.

Como funciona o indicador de bateria fraca de diodo lambda

O circuito do monitor de bateria fraca de diodo lambda, conforme mostrado na figura a seguir, é ajustado para ativar a 8,4 volts, o que nos permite obter um sistema de monitor de estado de carga (SoC) efetivo para uma bateria Ni-Cd.

O diodo lambda representado dentro da caixa tracejada é construído usando um par de FETs de canais n e p.

Lembre-se de que não existe um diodo 'lambda' pronto para uso disponível no mercado.

Praticamente, um diodo lambda é construído pela interconexão de dois FETs de baixa potência e é operado usando apenas dois terminais, marcados como 'ânodo' (A) e 'cátodo' (K).

Quando a polarização sobre este diodo lambda está no modo de corte, o transistor Q3 também é desligado, o que por sua vez mantém o LED1 desligado.

Conforme a tensão da bateria começa a cair, ela atinge um ponto em que o diodo lambda repentinamente fica polarizado e conduz.

Esta situação influencia instantaneamente Q3 em condução, que liga o LED alertando o usuário sobre o condição de bateria fraca . (A característica de funcionamento do diodo lambda pode ser testemunhada abaixo).

O nível de potencial que polariza o diodo lambda na condução é totalmente ajustável através do potenciômetro R1.

O resistor R2 é conectado como um limitador de corrente para proteger o LED1. O valor disso resistores limitadores de corrente pode ser calculado usando a Lei de Ohm (R2 = E / I, onde R2 está em ohms, E representa o limite do potencial da bateria Ni-Cd onde o LED1 apenas acende e deve ser substituído pelo valor máximo de corrente segura para o LED.

Detalhes de construção

O monitor de carga de bateria de diodo lambda explicado acima é bastante compacto para ser acomodado na engrenagem onde uma bateria de Ni-Cd é utilizada como fonte de alimentação.

Além disso, ele pode ser construído e aplicado externamente como um equipamento indicador de bateria fraca e encerrado em uma pequena caixa. Em ambos os casos, um PCB pode ser usado conforme mostrado abaixo.

O tipo JFET para construir o diodo lambda não é realmente crítico. Quase todas as configurações que envolvem FETs de canais n e p devem ter um bom desempenho, junto com as que são especificadas na lista de peças.

Se necessário, você pode considerar a substituição do LED1 por um relé de baixa potência para permitir a desconexão da bateria Ni-Cad da carga assim que o nível de tensão cair abaixo do limite baixo crítico. Este arranjo particular protegerá automaticamente a bateria da inversão de polaridade enquanto ela está sendo descarregada.

Lista de Peças

LED1 - Qualquer LED de 5 mm e 20 mA
Q1 - JFET de canal P (2N4360 ou semelhante)
Q2 - JFET de canal N (2N3819 ou semelhante)
Q3 - NPN BJT 2N2222A ou semelhante

R1 -10 k, predefinido
R2 - O resistor limitador de corrente (ver texto) pode ser de 150 ohms 1/2 -watt




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