(Các) Mạch Bảo vệ Pin NiMH 2 Cell: 8 Bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Nếu bạn đã đến đây, bạn có thể biết, tại sao. Nếu tất cả những gì bạn muốn xem là một giải pháp nhanh chóng, thì hãy chuyển ngay sang bước 4, trình bày chi tiết về mạch mà bản thân tôi đã sử dụng. Nhưng nếu bạn không chắc chắn, cho dù bạn thực sự muốn giải pháp này hay thứ gì khác, bạn tò mò về nền tảng hoặc bạn chỉ thích ghé thăm một số điểm thú vị trong hành trình thử và sai của tôi, đây là phiên bản phức tạp:

Vấn đề

Bạn có một số dự án điện tử mà bạn muốn cấp nguồn bằng pin sạc. LiPo là công nghệ pin nổi tiếng, nhưng pin lithium vẫn mang đến một số thói quen xấu như không có kiểu dáng tiêu chuẩn bán sẵn ở siêu thị, yêu cầu bộ sạc đặc biệt (một bộ cho mỗi kiểu dáng) và cư xử như nữ hoàng phim truyền hình thực sự khi bị ngược đãi (bắt lửa và những thứ). Ngược lại, sạc NiMH có sẵn ở dạng tiêu chuẩn từ AA đến AAA cho đến bất cứ thứ gì, có nghĩa là bạn có thể sử dụng cùng một loại pin cho máy ảnh kỹ thuật số, đèn pin, ô tô RC đồ chơi và thiết bị điện tử tự làm của mình. Trên thực tế, dù sao thì bạn cũng có thể có một loạt người trong số chúng đang nằm xung quanh. Họ cũng ít nổi tiếng về việc gây rắc rối, ngoại trừ một điều họ thực sự không thích là bị "xả hơi sâu".

Vấn đề này trở nên nghiêm trọng hơn nhiều, nếu bạn đang sử dụng "bộ chuyển đổi buck bước lên" để tăng điện áp đầu vào - giả sử là 5V để cấp nguồn cho arduino. Trong khi chiếc xe RC của bạn sẽ di chuyển ngày càng chậm hơn khi pin của bạn đang cạn kiệt, một bộ chuyển đổi buck sẽ cố gắng hết sức để giữ điện áp đầu ra không đổi, ngay cả khi điện áp đầu vào đang giảm dần và vì vậy bạn có thể hút một vài electron cuối cùng ra khỏi pin của mình, mà không có bất kỳ dấu hiệu rắc rối rõ ràng nào.

Vậy khi nào bạn phải ngừng xả?

Một tế bào NiMH được sạc đầy có điện áp điển hình khoảng 1,3V (lên đến 1,4V). Trong hầu hết chu kỳ hoạt động của nó, nó sẽ cung cấp khoảng 1,2V (điện áp danh định của nó), giảm từ từ. Gần cạn kiệt, điện áp giảm sẽ trở nên khá dốc. Khuyến nghị thường thấy là ngừng phóng điện ở một nơi nào đó giữa 0,8V và 1V, dù sao thì tại thời điểm đó hầu hết phí sẽ được sử dụng hết (với rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến con số chính xác - tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết hơn).

Tuy nhiên, nếu bạn thực sự muốn đẩy giới hạn, tình huống bạn nên cảnh giác là tiêu hao pin của bạn xuống dưới 0V, lúc đó nó sẽ bị hư hại nghiêm trọng (Cảnh báo: Hãy nhớ rằng tôi đang thảo luận về các tế bào NiMH, tại đây; dành cho LiPos vĩnh viễn thiệt hại sẽ bắt đầu sớm hơn nhiều!). Làm thế nào điều đó thậm chí có thể xảy ra? Chà, khi bạn có nhiều tế bào NiMH liên tiếp, một trong các pin có thể vẫn ở gần điện áp danh định của nó, trong khi một pin khác đã cạn hoàn toàn. Bây giờ điện áp của tế bào tốt sẽ tiếp tục đẩy một dòng điện qua mạch của bạn - và qua tế bào trống, làm cạn kiệt nó xuống dưới 0V. Tình huống này dễ xảy ra hơn so với cái nhìn đầu tiên: Hãy nhớ rằng sự sụt giảm điện áp trở nên dốc hơn nhiều vào cuối chu kỳ phóng điện. Vì vậy, ngay cả một số khác biệt ban đầu tương đối nhỏ giữa các tế bào của bạn có thể dẫn đến điện áp còn lại rất khác nhau sau khi phóng điện. Bây giờ vấn đề này trở nên rõ ràng hơn, bạn càng đặt nhiều ô trong chuỗi. Đối với trường hợp của hai tế bào, đã thảo luận, ở đây, chúng ta vẫn sẽ tương đối an toàn khi phóng điện đến tổng điện áp xung quanh 1,3V, tương ứng với một pin ở 0V và pin kia ở 1,3V, trong trường hợp xấu nhất. Tuy nhiên, không có nhiều điểm để đạt được mức thấp này (và như chúng ta sẽ thấy, điều đó thậm chí sẽ rất khó đạt được). Tuy nhiên, là ranh giới trên, dừng lại ở bất kỳ nơi nào trên 2V sẽ có vẻ lãng phí (mặc dù AFAIU, trái với pin NiCd, phóng điện cục bộ thường xuyên không gây ra vấn đề gì cho pin NiMH). Hầu hết các mạch mà tôi sẽ trình bày sẽ nhắm mục tiêu thấp hơn một chút, khoảng 1,8V như một mức cắt.

Tại sao không chỉ đơn giản là sử dụng một giải pháp tự động?

Bởi vì điều đó dường như không tồn tại! Dung dịch có nhiều cho số lượng tế bào cao hơn. Tại ba tế bào NiMH, bạn có thể bắt đầu sử dụng mạch bảo vệ LiPo tiêu chuẩn và trên đó, các tùy chọn của bạn chỉ trở nên rộng hơn. Nhưng điện áp thấp bị cắt ở mức hoặc dưới 2V? Tôi cho một không thể tìm thấy một.

Những gì tôi sẽ trình bày

Bây giờ, đừng sợ, tôi sẽ trình bày cho bạn không phải một mà là bốn mạch tương đối dễ dàng để đạt được điều đó (một trong mỗi "bước" của hướng dẫn này), và tôi sẽ thảo luận chi tiết về chúng, vì vậy bạn sẽ biết làm thế nào và tại sao phải sửa đổi chúng, nếu bạn cảm thấy cần thiết. Thành thật mà nói, tôi không khuyên bạn nên sử dụng mạch đầu tiên của mình, mà tôi chỉ đơn giản đưa vào để minh họa ý tưởng cơ bản. Mạch 2 và 3 hoạt động, nhưng yêu cầu nhiều thành phần hơn so với Mạch 4, mà bản thân tôi đã sử dụng. Một lần nữa, nếu bạn đã chán với lý thuyết, chỉ cần chuyển sang Bước 4.

Bước 1: Ý tưởng cơ bản (mạch này không được khuyến nghị!)

Hãy bắt đầu với mạch cơ bản ở trên. Tôi không khuyên bạn nên sử dụng nó, và chúng ta sẽ thảo luận tại sao, sau này, nhưng nó là hoàn hảo để minh họa các ý tưởng cơ bản và thảo luận về các yếu tố chính mà bạn cũng sẽ tìm thấy trong các mạch tốt hơn, sâu hơn trong phần hướng dẫn này. BTW, bạn cũng có thể xem mạch này dưới dạng mô phỏng đầy đủ trong trình mô phỏng trực tuyến tuyệt vời của Paul Falstad và Iain Sharp. Một trong số ít không yêu cầu bạn đăng ký để lưu và chia sẻ công việc của bạn. Đừng lo lắng về các dòng phạm vi ở dưới cùng, tôi sẽ giải thích những dòng đó ở gần cuối "bước" này.

Được rồi, vì vậy để bảo vệ pin của bạn không bị cạn kiệt quá mức, bạn cần có a) cách ngắt kết nối tải và b) cách phát hiện khi nào đã đến lúc làm như vậy, tức là khi điện áp đã giảm quá xa.

Làm thế nào để bật và tắt tải (T1, R1)?

Bắt đầu với giải pháp đầu tiên, giải pháp rõ ràng nhất sẽ là sử dụng bóng bán dẫn (T1). Nhưng chọn loại nào? Các đặc tính quan trọng của bóng bán dẫn đó là:

1. Nó phải chịu đựng đủ hiện tại cho ứng dụng của bạn. Nếu bạn muốn một bảo vệ chung, có thể bạn sẽ muốn hỗ trợ ít nhất 500mA trở lên.
2. Nó phải cung cấp một điện trở rất thấp trong khi bật, để không lấy cắp quá nhiều điện áp / công suất từ điện áp cung cấp vốn đã thấp của bạn.
3. Nó phải được chuyển đổi với điện áp bạn có, tức là một cái gì đó dưới 2V một chút.

Điểm 3, ở trên dường như đề xuất một bóng bán dẫn BJT ("cổ điển"), nhưng có một tình huống khó xử đơn giản liên quan đến điều đó: Khi đặt tải ở phía phát, sao cho dòng điện cơ bản sẽ có sẵn cho tải, bạn sẽ giảm hiệu quả điện áp có sẵn bằng "Điện áp bộ phát gốc". Thông thường, đó là khoảng 0,6V. Nghiêm cấm nhiều, khi nói về tổng nguồn cung cấp 2V. Ngược lại, khi đặt tải ở phía bộ thu, bạn sẽ "lãng phí" bất cứ dòng điện nào đi qua đế. Đó không phải là vấn đề lớn trong hầu hết các trường hợp sử dụng, vì dòng điện cơ bản sẽ chỉ theo thứ tự 100 của dòng điện cực góp (tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn). Nhưng khi thiết kế cho tải không xác định hoặc tải thay đổi, điều đó có nghĩa là lãng phí vĩnh viễn 1% tải tối đa dự kiến của bạn. Không quá tuyệt.

Vì vậy, xem xét các bóng bán dẫn MOSFET, thay vào đó, những bóng bán dẫn này vượt trội ở điểm 1 và 2, ở trên, nhưng hầu hết các loại đều yêu cầu điện áp cổng lớn hơn đáng kể 2V để bật hoàn toàn. Xin lưu ý rằng "điện áp ngưỡng" (V-GS- (th)) dưới 2V một chút là không đủ. Bạn muốn bóng bán dẫn ở xa trong khu vực ở mức 2V. May mắn thay, có một số loại phù hợp có sẵn, với điện áp cổng thấp nhất thường được tìm thấy trong MOSFET kênh P (tương đương FET của bóng bán dẫn PNP). Và sự lựa chọn của bạn về các loại vẫn sẽ bị hạn chế nghiêm trọng, và tôi rất tiếc khi phải chia nó cho bạn, những loại phù hợp duy nhất mà tôi có thể tìm thấy đều được đóng gói SMD. Để giúp bạn vượt qua cú sốc đó, hãy xem biểu dữ liệu cho IRLML6401 và cho tôi biết bạn không bị ấn tượng bởi những thông số kỹ thuật đó! IRLML6401 cũng là một loại được bán rất rộng rãi tại thời điểm viết bài này, và không nên đặt bạn quá 20 xu một chiếc (ít hơn khi mua số lượng lớn hoặc từ Trung Quốc). Vì vậy, bạn chắc chắn có thể đủ khả năng để chiên một vài trong số đó - mặc dù tất cả của tôi đều sống sót mặc dù thực tế tôi là người mới bắt đầu hàn SMD. Ở cổng 1,8V, nó có điện trở 0,125 Ohms. Đủ tốt để lái xe ở mức 500mA, mà không bị quá nóng (và cao hơn, với bộ tản nhiệt thích hợp).

Được rồi, vì vậy IRLML6401 là những gì chúng tôi sẽ sử dụng cho T1 trong này và tất cả các mạch sau. R1 chỉ đơn giản là ở đó để kéo điện áp cổng lên theo mặc định (tương ứng với tải bị ngắt kết nối; hãy nhớ rằng đây là FET kênh P).

Chúng ta cần thứ gì khác nữa?

Làm thế nào để phát hiện điện áp pin yếu?

Để đạt được mức cắt điện áp chủ yếu được xác định, chúng tôi sử dụng sai đèn LED màu đỏ làm tham chiếu điện áp - tương đối - sắc nét khoảng 1,4V. Nếu bạn sở hữu một điốt Zener có điện áp phù hợp, điều đó sẽ tốt hơn nhiều, nhưng đèn LED dường như vẫn cung cấp tham chiếu điện áp ổn định hơn so với hai điốt silicon thông thường mắc nối tiếp. R2 và R3 phục vụ cho a) giới hạn dòng điện đi qua đèn LED (lưu ý rằng chúng tôi không muốn tạo ra bất kỳ ánh sáng nào có thể cảm nhận được) và b) giảm điện áp ở chân T2 xuống một chút nữa. Bạn có thể thay thế R2 và R3 bằng một chiết áp để có điện áp cắt có thể điều chỉnh được. Bây giờ, nếu điện áp đến gốc của T2 là khoảng 0,5V hoặc cao hơn (đủ để vượt qua sự sụt giảm điện áp của bộ phát gốc của T2), T2 sẽ bắt đầu dẫn điện, kéo cổng của T1 xuống mức thấp, và do đó kết nối tải. BTW, T2 có thể được coi là giống trong vườn của bạn: bất kỳ bóng bán dẫn NPN tín hiệu nhỏ nào vẫn tồn tại trong hộp công cụ của bạn, mặc dù độ khuếch đại cao (hFe) sẽ thích hợp hơn.

Bạn có thể tự hỏi tại sao chúng ta cần T2 và không chỉ kết nối tham chiếu điện áp tạm thời của chúng tôi giữa mặt đất và chân cổng của T1. Chà, lý do cho điều này khá quan trọng: Chúng tôi muốn chuyển đổi giữa bật và tắt càng nhanh càng tốt, vì chúng tôi muốn tránh việc T1 ở trạng thái "nghỉ giữa chừng" trong bất kỳ khoảng thời gian dài nào. Khi đang ở chế độ nghỉ, T1 sẽ hoạt động như một điện trở, có nghĩa là điện áp sẽ giảm giữa nguồn và nguồn, nhưng dòng điện vẫn chạy và điều này có nghĩa là T1 sẽ nóng lên. Nó sẽ nóng bao nhiêu tùy thuộc vào trở kháng của tải. Nếu - ví dụ, nó là 200 Ohms, thì ở 2V, 10mA sẽ chảy, trong khi T1 được bật hoàn toàn. Bây giờ trạng thái tồi tệ nhất là để điện trở của T1 phù hợp với 200 Ohms này, nghĩa là 1V sẽ giảm trên T1, dòng điện sẽ giảm xuống 5mA và 5mW công suất sẽ phải tiêu tán. Đủ công bằng. Nhưng đối với tải 2 Ohm, T1 sẽ phải tiêu thụ 500mW, và đó là rất nhiều đối với một thiết bị nhỏ như vậy. (Nó thực sự nằm trong thông số kỹ thuật của IRLML6401, nhưng chỉ với bộ tản nhiệt thích hợp và chúc may mắn khi thiết kế cho điều đó). Trong bối cảnh này, hãy nhớ rằng nếu một bộ chuyển đổi điện áp bậc thang được kết nối làm tải chính, nó sẽ tăng cường dòng điện đầu vào để đáp ứng với điện áp đầu vào giảm xuống, do đó nhân lên thảm họa nhiệt của chúng ta.

Mang thông điệp về nhà: Chúng tôi muốn quá trình chuyển đổi giữa bật và tắt diễn ra sắc nét nhất có thể. Đó là tất cả những gì T2 hướng đến: Làm cho quá trình chuyển đổi sắc nét hơn. Nhưng liệu T2 có đủ tốt?

Tại sao mạch này không cắt nó

Chúng ta hãy nhìn vào các đường dao động ký hiển thị ở dưới cùng của mô phỏng của Mạch 1. Bạn có thể đã lưu ý rằng tôi đã đặt một máy phát điện tam giác từ 0 đến 2,8 V, thay cho pin của chúng tôi. Đây chỉ là một cách thuận tiện để hình dung những gì xảy ra khi điện áp pin (đường màu xanh lá cây phía trên) đang thay đổi. Như được hiển thị bởi đường màu vàng, hầu như không có dòng điện nào chạy trong khi điện áp dưới khoảng 1,9V. Tốt. Khu vực chuyển tiếp giữa khoảng 1,93V và 1,9V thoạt nhìn có vẻ dốc, nhưng xem xét chúng ta đang nói về việc pin xả chậm, thì.3V vẫn tương ứng với rất nhiều thời gian ở trạng thái chuyển đổi giữa bật hoàn toàn và tắt hoàn toàn. (Dòng màu xanh lá cây ở phía dưới cho thấy điện áp ở cổng của T1).

Tuy nhiên, điều thậm chí còn tồi tệ hơn về mạch này, đó là một khi bị cắt, ngay cả khi điện áp pin phục hồi nhẹ cũng sẽ đẩy mạch trở lại trạng thái nửa bật. Xem xét rằng điện áp của pin có xu hướng phục hồi một chút, khi tải bị cắt, điều này có nghĩa là mạch của chúng ta sẽ tồn tại ở trạng thái chuyển tiếp trong một thời gian dài (trong thời gian đó, mạch tải cũng sẽ ở trạng thái đứt một nửa, có khả năng gửi Ví dụ như một Arduino trải qua hàng trăm chu kỳ khởi động lại).

Thông báo thứ hai về nhà: Chúng tôi không muốn tải được kết nối lại quá sớm, khi pin phục hồi.

Hãy chuyển sang Bước 2 để biết cách thực hiện điều này.

Bước 2: Thêm độ trễ

Vì đây là một mạch, bạn có thể thực sự muốn xây dựng, tôi sẽ đưa ra một danh sách các bộ phận cho những phần không được hiển thị rõ ràng từ sơ đồ:

• T1: IRLML6401. Xem "Bước 1" để biết lý do tại sao.
• T2: Bất kỳ bóng bán dẫn NPN tín hiệu nhỏ thông thường nào. Tôi đã sử dụng BC547 khi thử nghiệm mạch này. Bất kỳ loại thông thường nào như 2N2222, 2N3904 cũng nên làm như vậy.
• T3: Bất kỳ bóng bán dẫn PNP tín hiệu nhỏ chung nào. Tôi đã sử dụng BC327 (không có bất kỳ BC548 nào). Một lần nữa, hãy sử dụng bất kỳ loại thông dụng nào thuận tiện nhất cho bạn.
• C1: Loại không thực sự quan trọng, gốm rẻ tiền sẽ làm được.
• Đèn LED là loại 5mm màu đỏ tiêu chuẩn. Màu sắc rất quan trọng, mặc dù đèn LED sẽ không bao giờ sáng rõ ràng: Mục đích là để giảm một điện áp cụ thể. Nếu bạn sở hữu một diode Zener giữa điện áp Zener 1V và 1,4V, hãy sử dụng diode đó, thay vào đó (được kết nối theo cực tính ngược).
• R2 và R3 có thể được thay thế bằng một chiết áp 100k, để điều chỉnh tốt điện áp cắt.
• "Đèn" chỉ đơn giản là đại diện cho tải của bạn.
• Các giá trị điện trở có thể được lấy từ giản đồ. Tuy nhiên, các giá trị chính xác không thực sự quan trọng. Các điện trở không cần phải chính xác và cũng không cần phải có định mức công suất đáng kể.

Ưu điểm của mạch này so với Mạch 1 là gì?

Nhìn vào các dòng phạm vi bên dưới giản đồ (hoặc tự chạy mô phỏng). Một lần nữa, đường màu xanh lá cây phía trên tương ứng với điện áp của pin (ở đây lấy từ máy phát điện tam giác cho tiện). Vạch màu vàng tương ứng với dòng điện chạy qua. Dòng màu xanh lá cây phía dưới hiển thị điện áp tại cổng của T1.

So sánh điều này với các đường phạm vi cho Mạch 1, bạn sẽ lưu ý rằng quá trình chuyển đổi giữa bật và tắt sắc nét hơn nhiều. Điều này đặc biệt rõ ràng khi nhìn vào điện áp cổng T1 ở phía dưới. Cách để thực hiện điều này là thêm một vòng phản hồi tích cực vào T2, thông qua T3 mới được thêm vào. Nhưng có một sự khác biệt quan trọng khác (mặc dù bạn cần phải có mắt đại bàng để phát hiện ra nó): Trong khi mạch mới sẽ cắt tải xung quanh 1,88V, nó sẽ không (lại) kết nối tải cho đến khi điện áp tăng lên trên 1,94V. Thuộc tính được gọi là "trễ" này là một sản phẩm phụ khác của vòng phản hồi được thêm vào. Trong khi T3 "bật", nó sẽ cung cấp cho cơ sở của T2 một sai lệch dương bổ sung, do đó hạ thấp ngưỡng cắt. Tuy nhiên, trong khi T3 đã tắt, ngưỡng bật lại sẽ không được hạ xuống theo cách tương tự. Hệ quả thực tế là mạch sẽ không dao động giữa bật và tắt, khi điện áp pin giảm xuống (với tải được kết nối), sau đó phục hồi một chút (với tải bị ngắt kết nối), sau đó giảm xuống… Tốt! Độ trễ chính xác được kiểm soát bởi R4, với các giá trị thấp hơn sẽ tạo ra khoảng cách lớn hơn giữa các ngưỡng bật và tắt.

BTW, mức tiêu thụ điện của mạch này khi tắt là khoảng 3 microAmps (thấp hơn nhiều so với tốc độ tự xả) và chi phí khi bật là khoảng 30 microAmps.

Vậy C1 là gì?

Chà, C1 hoàn toàn là tùy chọn, nhưng tôi vẫn khá tự hào về ý tưởng: Điều gì sẽ xảy ra khi bạn ngắt kết nối pin theo cách thủ công trong khi chúng gần cạn kiệt, chẳng hạn ở mức 1,92V? Khi kết nối lại chúng sẽ không đủ mạnh để kích hoạt lại mạch, mặc dù chúng vẫn hoạt động tốt trong khi mạch đang chạy. C1 sẽ giải quyết vấn đề đó: Nếu điện áp tăng đột ngột (pin được kết nối lại), một dòng điện cực nhỏ sẽ chạy từ C1 (đi qua đèn LED), và dẫn đến bật tắt nhanh chóng. Nếu điện áp được kết nối cao hơn ngưỡng cắt, vòng phản hồi sẽ duy trì nó. Nếu nó ở dưới ngưỡng cắt, mạch sẽ nhanh chóng tắt, một lần nữa.

Excursus: Tại sao không sử dụng MAX713L để phát hiện điện áp thấp?

Bạn có thể tự hỏi, nếu nhiều phần này thực sự cần thiết. Không có thứ gì đó đã sẵn sàng? Vâng, MAX813L trông giống như một trận đấu tốt với tôi. Nó khá rẻ và ít nhất phải đủ tốt để thay thế T2, T3, LED và R1. Tuy nhiên, như tôi đã tìm ra một cách khó khăn, chân "PFI" của MAX813L (đầu vào phát hiện lỗi nguồn) có trở kháng khá thấp. Nếu tôi đang sử dụng bộ chia điện áp trên khoảng 1k để cấp PFI, thì quá trình chuyển đổi giữa bật và tắt ở "PFO" sẽ bắt đầu kéo dài trên vài chục vôn. Chà, 1k tương ứng với dòng điện không đổi 2mA khi bị cắt - rất nhiều, và gần một nghìn lần so với nhu cầu của mạch này. Bên cạnh đó, chân PFO sẽ không dao động giữa mặt đất và dải điện áp cung cấp đầy đủ, vì vậy với khoảng trống đầu nhỏ mà chúng tôi có để điều khiển bóng bán dẫn công suất của mình (T1), chúng tôi cũng sẽ phải lắp lại bóng bán dẫn NPN phụ.

Bước 3: Các biến thể

Có thể có nhiều biến thể về chủ đề của vòng phản hồi tích cực mà chúng tôi đã giới thiệu trong Bước 2 / Mạch 2. Vòng được trình bày ở đây khác với phần trước ở chỗ sau khi tắt, nó sẽ không tự kích hoạt lại khi điện áp pin tăng. Thay vì đạt đến ngưỡng giới hạn, bạn sẽ phải (đổi pin và) nhấn một nút ấn tùy chọn (S2) để khởi động lại. Để có biện pháp tốt, tôi đã bao gồm một nút nhấn thứ hai để tắt mạch, theo cách thủ công. Khoảng trống nhỏ trong các dòng phạm vi hiển thị là tôi đã bật, tắt, bật mạch cho mục đích trình diễn. Tất nhiên, việc cắt điện áp thấp sẽ tự động xảy ra. Chỉ cần thử nó trong mô phỏng, nếu tôi không thực hiện tốt việc mô tả nó.

Bây giờ lợi ích của biến thể này là nó cung cấp đường cắt sắc nét nhất, trong số các mạch được xem xét cho đến nay (ở chính xác 1,82V trong mô phỏng; trong thực tế, mức điểm cắt sẽ phụ thuộc vào các bộ phận được sử dụng, và có thể thay đổi theo nhiệt độ hoặc các yếu tố khác, nhưng nó sẽ rất sắc nét). Nó cũng làm giảm mức tiêu thụ điện khi tắt xuống mức 18nA nhỏ.

Về mặt kỹ thuật, thủ thuật để thực hiện điều này là di chuyển mạng tham chiếu điện áp (LED, R2 và R3) từ kết nối trực tiếp với pin sang được kết nối sau T2, sao cho nó sẽ tắt cùng với T2. Điều này giúp giải quyết điểm cắt rõ ràng, bởi vì khi T2 bắt đầu tắt chỉ một chút, điện áp có sẵn cho mạng tham chiếu cũng sẽ bắt đầu giảm, gây ra một vòng phản hồi nhanh chóng từ bật hoàn toàn đến tắt hoàn toàn.

Loại bỏ các nút (nếu bạn muốn)

Tất nhiên, nếu bạn không thích phải nhấn các nút, chỉ cần tháo các nút ra, nhưng kết nối tụ điện 1nF và điện trở 10M Ohm (giá trị chính xác không quan trọng, nhưng phải nhiều hơn ít nhất ba hoặc bốn lần so với R1) song song từ cổng của T1 đến mặt đất (nơi S2). Bây giờ, khi bạn lắp pin mới, cổng của T1 sẽ nhanh chóng được kéo xuống mức thấp (cho đến khi C1 được sạc), và do đó mạch tự động bật.

Danh sách bộ phận

Vì đây là một mạch khác mà bạn có thể thực sự muốn xây dựng: Các bộ phận giống hệt như được sử dụng cho Mạch 2 (tiết kiệm cho các giá trị điện trở khác nhau như hiển nhiên từ sơ đồ). Điều quan trọng, T1 vẫn là IRLML6401, trong khi T2 và T3 là bất kỳ bóng bán dẫn NPN và PNP tín hiệu nhỏ nào tương ứng.

Bước 4: Đơn giản hóa

Mạch 2 và 3 hoàn toàn ổn, nếu bạn hỏi tôi, nhưng tôi tự hỏi, liệu tôi có thể làm được với ít bộ phận hơn không. Về mặt khái niệm, mạch điều khiển vòng phản hồi 2 và 3 chỉ cần hai bóng bán dẫn (T2 và T3 trong đó), nhưng chúng cũng có T1, riêng biệt, để điều khiển tải. T1 có thể được sử dụng như một phần của vòng phản hồi không?

Có, với một số hàm ý thú vị: Ngay cả khi bật, T1 sẽ có mức kháng cự thấp, nhưng không phải bằng không. Do đó, điện áp giảm trên T1, nhiều hơn đối với dòng điện cao hơn. Với gốc T2 nối sau T1 thì sụt áp đó ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Đối với một điều, tải cao hơn sẽ có nghĩa là điện áp cắt cao hơn. Theo mô phỏng (LƯU Ý: để kiểm tra dễ dàng hơn, tôi đã đổi C1 cho một nút nhấn, tại đây), đối với tải 4 Ohms, mức cắt là 1,95V, cho 8 Ohms ở 1,8V, cho 32 Ohms ở 1,66V, và cho 1k Ohm ở 1,58V. Ngoài ra nó không thay đổi nhiều. (Giá trị cuộc sống thực sẽ khác với trình mô phỏng tùy thuộc vào mẫu T1 của bạn, mẫu sẽ tương tự). Tất cả những mức cắt giảm đó đều nằm trong giới hạn an toàn (xem phần giới thiệu), nhưng phải thừa nhận rằng điều này không lý tưởng. Pin NiMH (và đặc biệt là pin cũ) sẽ cho thấy sự sụt giảm điện áp nhanh hơn để phóng điện nhanh và lý tưởng là đối với tốc độ phóng điện cao, mức cắt điện áp phải thấp hơn chứ không phải cao hơn. Tuy nhiên, tương tự, mạch này cung cấp một biện pháp bảo vệ ngắn mạch hiệu quả.

Những độc giả cẩn thận cũng sẽ lưu ý rằng phần cắt hiển thị trong các dòng phạm vi có vẻ rất nông, so với ngay cả Mạch 1. Tuy nhiên, điều này không đáng lo ngại. Đúng là mạch sẽ diễn ra theo thứ tự 1/10 giây để tắt hoàn toàn, tuy nhiên điểm điện áp, nơi xảy ra tắt máy, vẫn được xác định chặt chẽ (trong mô phỏng, bạn sẽ phải hoán đổi trong một DC không đổi nguồn, thay vì bộ tạo tam giác để xem điều này). Đặc tính thời gian là do C1 và mong muốn: Nó bảo vệ chống lại sự tự ngắt sớm trong trường hợp tải (suy nghĩ: một bộ chuyển đổi bậc thang) đang tạo ra các đột biến dòng điện ngắn, thay vì dòng điện chủ yếu là không đổi. BTW, mục đích thứ hai của C1 (và R3, điện trở cần thiết để xả C1) là để khởi động lại mạch, tự động, bất cứ khi nào pin bị ngắt / kết nối lại.

Danh sách bộ phận

Các bộ phận được yêu cầu lại giống như đối với các mạch trước đó. Đặc biệt:

• T1 là IRLML6401 - xem Bước 1 để thảo luận về các lựa chọn thay thế (thiếu)
• T2 là bất kỳ tín hiệu nhỏ nào chung NPN
• C1 là một loại gốm rẻ tiền
• Các điện trở cũng là bất cứ thứ gì rẻ tiền. Không yêu cầu độ chính xác cũng như dung sai công suất và các giá trị được đưa ra trong giản đồ chủ yếu là định hướng thô. Đừng lo lắng về việc hoán đổi các giá trị tương tự.

Mạch nào là tốt nhất cho tôi?

Một lần nữa, tôi khuyên bạn không nên xây dựng Mạch 1. Giữa Mạch 2 và 3, tôi nghiêng về phía sau. Tuy nhiên, nếu bạn mong đợi sự dao động lớn hơn trong điện áp pin của mình (ví dụ: do pin lạnh), bạn có thể thích khởi động lại tự động dựa trên độ trễ hơn là khởi động lại mạch bằng tay. Mạch 4 hay ở chỗ nó sử dụng ít bộ phận hơn và cung cấp khả năng bảo vệ ngắn mạch, nhưng nếu bạn lo lắng về việc cắt điện ở một điện áp rất cụ thể, thì mạch này không dành cho bạn.

Trong các bước sau, tôi sẽ hướng dẫn bạn xây dựng Mạch 4. Nếu bạn xây dựng một trong các Mạch khác, hãy cân nhắc chia sẻ một số ảnh.

Bước 5: Hãy bắt đầu xây dựng (Mạch 4)

Được rồi, chúng ta sẽ xây dựng Mạch 4. Ngoài các bộ phận điện tử được liệt kê trong bước trước, bạn sẽ cần:

• Giá đỡ pin 2 cell (của tôi là giá đỡ AA được trang trí Giáng sinh)
• Một số bảng điều khiển
• Một cặp nhíp phù hợp để xử lý IRLML6401
• Một máy cắt bên (nhỏ)
• Sắt hàn và dây hàn

Chuẩn bị

Giá đỡ pin của tôi đi kèm với một công tắc, và - thật tiện lợi - một khoảng không gian trống có vẻ rất phù hợp để đặt mạch của chúng tôi vào. Có một chốt để giữ một con vít (tùy chọn) ở đó và tôi cắt nó ra bằng cách sử dụng dao cắt bên. các điểm tiếp xúc và cáp chỉ được lắp vào một cách lỏng lẻo. Tôi đã loại bỏ chúng để tiếp cận dễ dàng hơn, cắt dây và loại bỏ lớp cách nhiệt ở các đầu.

Sau đó, tôi đặt các bộ phận điện tử một cách lỏng lẻo vào một miếng ván mỏng, để tìm xem chúng sẽ chiếm vị trí bao nhiêu. Đại khái, hàng dưới cùng sẽ được nối đất, hàng trung tâm chứa các phần tử phát hiện điện áp và hàng trên có kết nối với cổng của T1. Tôi đã phải đóng gói các bộ phận khá dày để làm cho mọi thứ phù hợp với không gian cần thiết. IRLML6401 chưa được đặt. Do sơ đồ chân, nó sẽ phải đi xuống dưới cùng trên bảng điều khiển. (LƯU Ý rằng tôi đã vô tình đặt T2 - BC547 - sai cách! Đừng làm theo điều đó một cách mù quáng, hãy kiểm tra kỹ sơ đồ chân của bóng bán dẫn bạn đang sử dụng - chúng đều khác nhau.) Tiếp theo, tôi sử dụng dao cắt bên để kẹp tấm đục lỗ theo kích thước yêu cầu.

Bước 6: Hàn - Phần khó đầu tiên

Tháo hầu hết các thành phần, nhưng lắp một dây dẫn của R1, cùng với dây dẫn dương từ pin (trong trường hợp của tôi là từ công tắc pin) ở hàng trung tâm, trực tiếp sang một bên. Chỉ hàn một lỗ đó, không kẹp các chốt. Chốt còn lại của R1 đi đến hàng dưới cùng (như nhìn từ bên dưới), một chốt giữ bên trái. Cố định bảng điều khiển theo chiều ngang, với mặt dưới hướng lên.

Ok, tiếp theo là IRLML6401. Ngoài việc rất nhỏ, bộ phận này rất nhạy cảm với sự phóng tĩnh điện. Hầu hết thời gian không có gì xấu sẽ xảy ra, ngay cả khi bạn xử lý phần đó mà không có bất kỳ biện pháp phòng ngừa nào. Nhưng có khả năng bạn sẽ làm hỏng hoặc phá hủy nó mà không hề hay biết, vì vậy hãy cố gắng cẩn thận. Đầu tiên, cố gắng không mặc đồ nhựa hoặc len trong khi làm việc này. Ngoài ra, nếu bạn không có dây đeo tay chống tĩnh điện, bây giờ là lúc để chạm vào thứ gì đó được nối đất (có thể là bộ tản nhiệt hoặc một số đường ống), cả bằng tay và mỏ hàn của bạn. Bây giờ, cẩn thận lấy IRLML6401 bằng nhíp của bạn và di chuyển nó đến gần vị trí cuối cùng của nó, như thể hiện trong ảnh. Chốt "S" phải ở bên cạnh chân của R1 mà bạn đã hàn, các chân khác phải nằm trên hai lỗ khác như hình minh họa.

Hãy dành thời gian của bạn! Lỗi ở khía cạnh độ chính xác, chứ không phải tốc độ, ở đây. Khi bạn hài lòng với vị trí đặt, hãy làm tan chảy vật hàn ở R1, một lần nữa, trong khi cẩn thận di chuyển IRLML6401 về phía nó, bằng nhíp của bạn, sao cho chốt "S" sẽ được hàn. Hãy kiểm tra cẩn thận để đảm bảo rằng IRLML6401 hiện đã được cố định và nó đã được cố định ở đúng vị trí chưa (cũng như: phẳng trên bảng điều khiển). Nếu bạn không hoàn toàn hài lòng với vị trí, hãy nấu chảy chất hàn một lần nữa và điều chỉnh vị trí. Lặp lại, nếu cần.

Xong? Tốt. Hãy thở phào nhẹ nhõm, sau đó hàn chốt thứ hai của R1 vào lỗ bên cạnh chốt "G" (ở cùng phía của gói với chốt "S"). Đảm bảo kết nối cả R1 và chân "G". Chưa kẹp chốt của R1!

Chèn một chân của R2 và đầu ra dương dẫn qua lỗ bên cạnh chân "D" (một ở phía đối diện của gói bóng bán dẫn). Hàn kết nối đó, một lần nữa đảm bảo kết nối chân "D" với R2 và dây dẫn đầu ra.

Cuối cùng, để có biện pháp tốt, hãy áp dụng chất hàn nhiều hơn một chút vào điểm hàn đầu tiên (chân "S"), lúc này hai điểm hàn khác đang giữ bóng bán dẫn tại chỗ.

Lưu ý rằng tôi đang cố ý đặt R1 và R2 rất gần với T1. Ý tưởng là chúng sẽ hoạt động như một bộ tản nhiệt thô sơ cho T1. Vì vậy, ngay cả khi bạn có nhiều không gian để trống hơn, hãy cân nhắc giữ những thứ này thật chặt. Đồng thời, đừng quá tiết kiệm về lượng chất hàn, tại đây.

Mọi thứ đều tốt cho đến nay? Tuyệt vời. Mọi thứ chỉ trở nên dễ dàng hơn, kể từ đây.

Bước 7: Hàn - Phần dễ

Phần còn lại của quá trình hàn khá thẳng. Chèn từng bộ phận một như trong hình ban đầu (ngoại trừ, hãy chú ý kỹ đến sơ đồ chân của bóng bán dẫn T2 của bạn!), Sau đó hàn chúng lại. Tôi bắt đầu với hàng trung tâm. Bạn sẽ lưu ý rằng trong một số trường hợp, tôi đã cắm nhiều chân vào một lỗ (ví dụ: đầu kia của R2 và dây dẫn dài của đèn LED) và khi điều này không thể thực hiện được, tôi chỉ uốn cong các chân của các phần tử đã được hàn để làm (các) kết nối cần thiết.

Toàn bộ hàng dưới cùng (như nhìn từ bên dưới) được kết nối với chân "G" của T1 và chúng tôi đang sử dụng chân của R2 (tôi đã cảnh báo bạn không nên cắt nó!) Để thực hiện kết nối đó (với bộ thu của T2, C1, và R3).

Toàn bộ hàng trên cùng (như nhìn từ bên dưới) được kết nối với đất và chân của R3 được sử dụng để thực hiện kết nối đó. Đầu cuối khác của C1, đầu phát của T2, và quan trọng là nối đất của pin, và dây nối đất đầu ra được kết nối với thiết bị này.

Hai hình ảnh cuối cùng cho thấy mạch cuối cùng từ bên dưới và bên trên. Một lần nữa, tôi đã hàn ở T2 sai cách và tôi phải sửa điều đó sau thực tế (không có ảnh nào được chụp). Nếu sử dụng BC547 (như tôi đã làm), nó hoàn toàn ngược lại. Tuy nhiên, nó sẽ đúng với 2N3904. Nói cách khác, chỉ cần đảm bảo kiểm tra kỹ sơ đồ chân của bóng bán dẫn trước khi hàn!

Bước 8: Các bước cuối cùng

Bây giờ là thời điểm tốt để kiểm tra mạch của bạn

Nếu mọi thứ hoạt động, phần còn lại là đơn giản. Tôi đã đặt mạch điện bên trong hộp đựng pin, cùng với công tắc và các điểm tiếp xúc của pin. Vì tôi hơi lo lắng về việc cực dương của pin chạm vào mạch điện, tôi đã đặt một chút băng keo cách điện màu đỏ vào giữa. Cuối cùng, tôi cố định các dây cáp đi bằng một giọt keo nóng.

Đó là nó! Hy vọng bạn có thể theo dõi mọi thứ, và hãy cân nhắc việc đăng ảnh, nếu bạn thực hiện một trong những mạch khác.