Rangkaian Indikator LED Arus Lebih. Tegangan suplai LED. Cara mengetahui tegangan

11.09.2021 -

Menghitung tegangan suplai LED adalah langkah penting untuk setiap proyek penerangan listrik, dan untungnya hal ini mudah dilakukan. Pengukuran seperti itu diperlukan untuk menghitung daya LED, karena Anda perlu mengetahui arus dan tegangannya. Daya LED dihitung dengan mengalikan arus dengan tegangan. Namun, Anda harus sangat berhati-hati saat bekerja dengan rangkaian listrik, meskipun mengukur jumlah kecil. Dalam artikel ini kami akan mempertimbangkan secara rinci pertanyaan tentang bagaimana mengetahui tegangan untuk memastikannya pekerjaan yang benar Elemen LED.

LED tersedia dalam berbagai warna; tersedia dalam dua dan tiga warna, berkedip dan berubah warna. Untuk memungkinkan pengguna memprogram urutan pengoperasian lampu, berbagai solusi digunakan yang secara langsung bergantung pada tegangan suplai LED. Untuk menerangi LED, diperlukan tegangan (ambang batas) minimum, dan kecerahannya akan sebanding dengan arus. Tegangan pada LED sedikit meningkat seiring dengan arus karena terdapat hambatan internal. Ketika arus terlalu tinggi, dioda menjadi panas dan terbakar. Oleh karena itu, arus dibatasi pada nilai aman.

Resistor ditempatkan secara seri karena susunan dioda memerlukan tegangan yang jauh lebih tinggi. Jika U dibalik, tidak ada arus yang mengalir, tetapi untuk U tinggi (misalnya 20V) terjadi percikan internal (breakdown) yang menghancurkan dioda.

Seperti semua dioda, arus mengalir melalui anoda dan keluar melalui katoda. Pada dioda bulat, katoda memiliki ujung yang lebih pendek dan badannya memiliki pelat samping katoda.

Ketergantungan tegangan pada jenis luminer

Dengan munculnya LED dengan kecerahan tinggi yang dirancang untuk menyediakan bohlam pengganti untuk aplikasi pencahayaan komersial dan dalam ruangan, terdapat peningkatan yang setara, atau bahkan lebih besar, dalam solusi listrik. Dengan ratusan model dari lusinan produsen, menjadi sulit untuk memahami semua permutasi tegangan input/output LED dan peringkat arus/daya output, belum lagi dimensi mekanis dan banyak fitur lainnya untuk peredupan, kendali jarak jauh, dan perlindungan sirkuit.

Tersedia di pasaran sejumlah besar berbagai LED. Perbedaannya ditentukan oleh banyak faktor dalam produksi LED. Komposisi semikonduktor merupakan salah satu faktornya, namun teknologi manufaktur dan enkapsulasi juga memainkan peran utama dalam menentukan kinerja LED. LED pertama berbentuk bulat, berbentuk model C (diameter 5 mm) dan F (diameter 3 mm). Kemudian dioda persegi panjang dan blok yang menggabungkan beberapa LED (jaringan) mulai diterapkan.

Bentuk setengah bolanya agak mirip kaca pembesar, yang menentukan bentuknya sinar cahaya. Warna elemen yang memancarkan meningkatkan difusi dan kontras. Sebutan dan bentuk LED yang paling umum:

A: Merah diameter 3mm pada dudukan CI.
B: merah diameter 5mm digunakan di panel depan.
C : ungu 5 mm.
D: dua warna kuning dan hijau.
E: persegi panjang.
F : kuning 3 mm.
G: putih kecerahan tinggi 5mm.
H: merah 3mm.
K-Anode: Katoda yang ditunjuk oleh permukaan datar dalam flensa.
F: kabel penghubung anoda 4/100mm.
C: Cangkir reflektif.
L: Bentuknya melengkung, berfungsi seperti kaca pembesar.

Spesifikasi Perangkat

Ringkasan berbagai parameter LED dan tegangan suplai dapat ditemukan dalam spesifikasi penjual. Saat memilih LED untuk aplikasi tertentu, penting untuk memahami perbedaannya. Ada banyak spesifikasi LED yang berbeda, yang masing-masing akan memengaruhi jenis spesifik yang Anda pilih. Dasar spesifikasi LED adalah warna, U dan arus. LED cenderung memberikan satu warna.

Warna yang dipancarkan oleh LED ditentukan berdasarkan panjang gelombang maksimumnya (lpk), yaitu panjang gelombang yang menghasilkan keluaran cahaya maksimum. Biasanya variasi proses menghasilkan perubahan panjang gelombang puncak hingga ±10 nm. Saat memilih warna dalam spesifikasi LED, perlu diingat hal ini mata manusia paling sensitif terhadap rona atau variasi warna di sekitar wilayah spektrum kuning/oranye - dari 560 hingga 600 nm. Hal ini dapat mempengaruhi pilihan warna atau posisi LED, yang berhubungan langsung dengan parameter kelistrikan.

Saat beroperasi, LED memiliki U drop yang telah ditentukan sebelumnya, yang bergantung pada bahan yang digunakan. Tegangan suplai LED pada lampu juga tergantung pada level arus. LED adalah perangkat yang digerakkan oleh arus dan tingkat cahaya adalah fungsi dari arus, meningkatkannya akan meningkatkan keluaran cahaya. Penting untuk memastikan bahwa perangkat beroperasi sedemikian rupa sehingga arus maksimum tidak melebihi batas yang diizinkan, yang dapat menyebabkan pembuangan panas yang berlebihan di dalam chip itu sendiri, mengurangi fluks cahaya, dan mengurangi masa pakai. Kebanyakan LED memerlukan resistor pembatas arus eksternal.

Beberapa LED mungkin menyertakan resistor seri, jadi ini menunjukkan tegangan yang perlu disuplai oleh LED. LED tidak mengizinkan U terbalik yang besar. LED tidak boleh melebihi nilai maksimum yang dinyatakan, yang biasanya cukup kecil. Jika ada kemungkinan terjadinya U terbalik pada LED, maka lebih baik memasang proteksi pada rangkaian untuk mencegah kerusakan. Ini biasanya berupa rangkaian dioda sederhana yang akan memberikan perlindungan yang memadai untuk LED apa pun. Anda tidak perlu menjadi seorang profesional untuk memahami hal ini.

LED penerangan bertenaga arus, dan fluks cahayanya sebanding dengan arus yang mengalir melaluinya. Arus berhubungan dengan tegangan suplai LED pada lampu. Beberapa dioda yang dihubungkan secara seri mempunyai arus yang sama yang mengalir melaluinya. Jika dihubungkan secara paralel, setiap LED menerima U yang sama, tetapi arus yang mengalir melaluinya berbeda karena efek dispersi pada karakteristik I-V. Akibatnya, setiap dioda memancarkan fluks cahaya yang berbeda.

Oleh karena itu, saat memilih elemen, Anda perlu mengetahui tegangan suplai yang dimiliki LED. Masing-masing memerlukan sekitar 3 volt pada terminalnya untuk beroperasi. Misalnya, rangkaian 5 dioda memerlukan sekitar 15 volt pada terminalnya. Untuk mensuplai arus yang diatur pada U yang cukup, LEC menggunakan modul elektronik yang disebut driver.

Ada dua solusi:

Driver eksternal dipasang di luar luminer, dengan catu daya tegangan ekstra rendah yang aman.
Internal, terpasang pada senter, yaitu subunit dengan modul elektronik yang mengatur arus.

Driver ini dapat ditenagai dari 230V (Kelas I atau Kelas II) atau keselamatan ekstra rendah U (Kelas III) seperti 24V. LEC merekomendasikan solusi catu daya kedua karena menawarkan 5 manfaat utama.

Keuntungan pemilihan tegangan LED

Menghitung tegangan suplai LED pada lampu dengan benar memiliki 5 keuntungan utama:

U ultra-rendah yang aman dimungkinkan berapa pun jumlah LEDnya. LED harus dipasang secara seri untuk memastikan tingkat arus yang sama mengalir ke masing-masing LED dari sumber yang sama. Akibatnya, semakin banyak LED, semakin tinggi tegangan pada terminal LED. Jika itu adalah perangkat dengan driver eksternal, maka tegangan pengaman ultra-sensitif harus jauh lebih tinggi.
Mengintegrasikan pengemudi di dalam lampu memungkinkan pemasangan sistem Keselamatan Ekstra Rendah Tegangan (SELV) secara lengkap, berapa pun jumlah lampunya.
Pemasangan yang lebih andal pada kabel standar untuk lampu LED yang dihubungkan secara paralel. Driver memberikan perlindungan tambahan, terutama terhadap kenaikan suhu, yang menjamin masa pakai lebih lama dengan tetap menjaga tegangan suplai LED jenis yang berbeda dan saat ini. Komisioning yang lebih aman.
Mengintegrasikan daya LED ke dalam pengemudi menghindari kesalahan penanganan di lapangan dan meningkatkan kemampuannya menahan hot plugging. Jika pengguna hanya menyambungkan lampu LED ke driver eksternal yang sudah menyala, hal ini dapat menyebabkan tegangan berlebih pada LED saat tersambung sehingga merusaknya.
Perawatan yang mudah. Masalah teknis apa pun lebih mudah terlihat pada lampu LED dengan sumber tegangan.

Ketika penurunan U pada suatu resistansi penting, Anda harus memilih resistor yang tepat yang dapat menghilangkan daya yang dibutuhkan. Konsumsi arus sebesar 20 mA mungkin tampak rendah, namun daya yang dihitung menunjukkan sebaliknya. Jadi, misalnya, untuk penurunan tegangan 30 V, resistor harus menghilangkan 1400 ohm. Perhitungan disipasi daya P = (Ures x Ures) / R,

P adalah nilai daya yang dihamburkan oleh resistor yang membatasi arus dalam LED, W;
U adalah tegangan pada resistor (dalam volt);
R - nilai resistor, Ohm.

P = (28 x 28) / 1400 = 0,56 W.

Tegangan suplai LED 1 W tidak akan tahan terhadap panas berlebih dalam waktu lama, dan LED 2 W juga akan mati terlalu cepat. Untuk kasus ini, Anda perlu menghubungkan dua resistor 2700 ohm / 0,5 W secara paralel (atau dua resistor 690 ohm / 0,5 W berturut-turut) untuk mendistribusikan pembuangan panas secara merata.

Kontrol termal

Menemukan watt optimal untuk sistem Anda akan membantu Anda mempelajari lebih lanjut tentang kontrol panas yang Anda perlukan untuk memastikan pengoperasian LED yang andal, karena LED menghasilkan panas yang bisa sangat berbahaya bagi perangkat. Terlalu banyak panas akan menyebabkan LED menghasilkan lebih sedikit cahaya dan juga mengurangi waktu pengoperasian. Untuk LED dengan daya 1 watt, disarankan untuk mencari heatsink yang berukuran 3 inci persegi untuk setiap watt LED.

Saat ini, industri LED berkembang cukup pesat dan penting untuk mengetahui perbedaan LED. Ini pertanyaan Umum, karena produk dapat berkisar dari sangat murah hingga mahal. Anda harus berhati-hati saat membeli LED murah, karena LED tersebut mungkin berfungsi dengan baik, tetapi biasanya tidak bertahan lama dan cepat terbakar karena parameternya yang buruk. Saat membuat LED, pabrikan menunjukkan karakteristik dengan nilai rata-rata di lembar data. Oleh karena itu, pembeli tidak selalu mengetahui karakteristik pasti LED dalam hal fluks cahaya, warna, dan tegangan maju.

Penentuan tegangan maju

Sebelum mengetahui tegangan suplai LED, atur pengaturan multimeter yang sesuai: arus dan U. Sebelum pengujian, atur resistansi ke nilai tertinggi untuk menghindari LED terbakar. Hal ini dapat dilakukan secara sederhana: jepit ujung multimeter, sesuaikan resistansi hingga arus mencapai 20 mA dan catat tegangan dan arus. Untuk mengukur tegangan maju LED, Anda memerlukan:

LED untuk pengujian.
Sumber U LED dengan parameter lebih tinggi dari indikator LED tegangan konstan.
Multimeter.
Klem buaya untuk menahan LED pada kabel uji untuk menentukan tegangan suplai LED pada perlengkapan.
Kabel.
Resistor variabel 500 atau 1000 Ohm.

Arus LED biru primer adalah 3,356 V pada 19,5 mA. Jika digunakan 3,6V, maka nilai resistor yang digunakan dihitung R = (3.6V-3.356V)/0.0195A) = 12.5 ohm. Untuk mengukur LED berdaya tinggi, ikuti prosedur yang sama dan atur arus dengan segera menahan nilai pada multimeter.

Mengukur tegangan suplai LED smd daya tinggi dengan arus maju >350mA bisa jadi sedikit rumit karena ketika memanas dengan cepat, U turun tajam. Ini berarti bahwa arus akan lebih tinggi untuk U tertentu. Jika pengguna gagal, ia harus mendinginkan LED hingga suhu kamar sebelum melakukan pengukuran kembali. Anda dapat menggunakan 500 ohm atau 1 kohm. Untuk memberikan penyetelan kasar dan halus atau menghubungkan resistor variabel dengan rentang lebih tinggi dan lebih rendah secara seri.

Definisi alternatif tegangan

Langkah pertama untuk menghitung konsumsi daya LED adalah menentukan tegangan LED. Jika Anda tidak memiliki multimeter, Anda dapat mempelajari data pabrikan dan menemukan lembar data U dari blok LED. Alternatifnya, U dapat diperkirakan berdasarkan warna LED, misalnya tegangan suplai LED putih 3,5 V.

Setelah tegangan LED diukur, arus ditentukan. Dapat diukur secara langsung dengan menggunakan multimeter. Data pabrikan memberikan perkiraan perkiraan terkini. Setelah ini, Anda dapat dengan cepat dan mudah menghitung konsumsi daya LED. Untuk menghitung konsumsi daya sebuah LED, cukup kalikan U LED (dalam volt) dengan arus LED (dalam amp).

Hasilnya, diukur dalam watt, adalah daya yang digunakan LED. Misalnya, jika sebuah LED memiliki U 3,6 dan arus 20 miliampere, maka akan menggunakan daya 72 miliwatt. Tergantung pada ukuran dan ruang lingkup proyek, pembacaan tegangan dan arus dapat diukur dalam satuan yang lebih kecil atau lebih besar dari arus basis atau watt. Konversi unit mungkin diperlukan. Saat melakukan penghitungan ini, ingatlah bahwa 1000 miliwatt sama dengan satu watt, dan 1000 miliampere sama dengan satu ampere.

Untuk menguji LED dan mengetahui apakah berfungsi dan warna apa yang harus dipilih, gunakan multimeter. Itu harus memiliki fungsi pengujian dioda, yang ditunjukkan dengan simbol dioda. Kemudian untuk pengujian, kabel uji multimeter dipasang pada kaki LED:

Hubungkan kabel hitam pada katoda (-) dan kabel merah pada anoda (+), jika pengguna melakukan kesalahan maka LED tidak menyala.
Arus kecil disuplai ke sensor dan jika Anda dapat melihat bahwa LED sedikit menyala, berarti LED berfungsi.
Saat memeriksa multimeter, Anda perlu memperhitungkan warna LED. Misalnya, pengujian LED kuning (kuning) - Tegangan ambang batas LED adalah 1636 mV atau 1,636 V. Jika LED putih atau LED biru diuji, tegangan ambang batas lebih tinggi dari 2,5 V atau 3 V.

Untuk memeriksa dioda, indikator pada tampilan harus berada dalam kisaran 400 hingga 800 mV dalam satu arah dan tidak muncul dalam arah sebaliknya. LED normal memiliki ambang batas yang kami jelaskan pada tabel di bawah, tetapi untuk warna yang sama mungkin terdapat perbedaan yang signifikan. Arus maksimum adalah 50 mA, namun disarankan tidak melebihi 20 mA. Pada 1-2 mA dioda sudah menyala dengan baik. Ambang batas LED kamu

Jika baterai terisi penuh, maka pada 3,8 V arusnya hanya 0,7 mA. LED telah membuat kemajuan signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Tersedia ratusan model, dengan diameter 3 mm dan 5 mm. Ada dioda yang lebih kuat dengan diameter 10 mm atau dalam paket khusus, serta dioda untuk dipasang pada papan sirkuit tercetak dengan panjang hingga 1 mm.

LED umumnya dianggap sebagai perangkat arus konstan, beroperasi pada beberapa volt DC. Dalam aplikasi berdaya rendah dengan jumlah LED yang sedikit, pendekatan ini dapat diterima, seperti telepon seluler yang dayanya disuplai dari baterai DC, namun aplikasi lain, seperti sistem pencahayaan strip linier yang membentang sejauh 100m di sekitar gedung, tidak dapat berfungsi dengan LED. desain ini.

Penggerak DC mengalami kerugian jarak jauh, yang memerlukan penggunaan penggerak U yang lebih tinggi sejak awal, serta regulator tambahan yang membuang-buang daya. Arus bolak-balik menyederhanakan penggunaan trafo untuk menurunkan U menjadi 240 V atau 120 V arus bolak-balik dari kilovolt yang digunakan pada saluran listrik, yang jauh lebih bermasalah untuk arus searah. Menjalankan tegangan listrik apa pun (misalnya 120V AC) memerlukan elektronik antara catu daya dan perangkat itu sendiri untuk menyediakan U yang konstan (misalnya 12V DC). Kemampuan untuk mengontrol banyak LED adalah penting.

Lynk Labs telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan LED diberi daya dari tegangan bolak-balik. Pendekatan baru adalah mengembangkan LED AC yang dapat beroperasi langsung dari sumber listrik AC. Banyak perlengkapan LED yang berdiri sendiri hanya memiliki trafo antara stopkontak dinding dan perlengkapan untuk menghasilkan U konstan yang diperlukan.

Sejumlah perusahaan telah mengembangkan bohlam LED yang disekrup langsung ke soket standar, namun bohlam tersebut juga selalu berisi sirkuit mini yang mengubah AC menjadi DC sebelum disalurkan ke LED.

LED merah atau oranye standar memiliki ambang batas U 1,6 hingga 2,1 V, untuk LED kuning atau hijau tegangannya dari 2,0 hingga 2,4 V, dan untuk LED biru, merah muda, atau putih tegangannya sekitar 3,0 hingga 3,6 V. Tabel di bawah ini menunjukkan beberapa tegangan tipikal. Nilai dalam tanda kurung sesuai dengan nilai normalisasi terdekat dalam seri E24.

Spesifikasi tegangan suplai untuk LED ditunjukkan pada tabel di bawah.

Sebutan:

STD - LED standar;
HL - indikator LED kecerahan tinggi;
FC - konsumsi rendah.

Data ini cukup bagi pengguna untuk secara mandiri menentukan parameter perangkat yang diperlukan untuk proyek pencahayaan.

Apa yang lebih menyedihkan daripada baterai quadcopter yang tiba-tiba mati selama penerbangan atau detektor logam yang mati di tempat terbuka yang menjanjikan? Sekarang, andai saja Anda bisa mengetahui terlebih dahulu seberapa terisi baterainya! Kemudian kita dapat menyambungkan pengisi daya atau memasang satu set baterai baru tanpa menunggu akibat yang menyedihkan.

Dan disinilah lahir ide untuk membuat semacam indikator yang akan memberikan sinyal terlebih dahulu bahwa baterai akan segera habis. Amatir radio di seluruh dunia telah mengerjakan implementasi tugas ini, dan saat ini terdapat seluruh mobil dan gerobak kecil berisi berbagai solusi sirkuit - mulai dari sirkuit pada transistor tunggal hingga perangkat canggih pada mikrokontroler.

Perhatian! Diagram yang disajikan dalam artikel hanya menunjukkan tegangan rendah pada baterai. Untuk mencegah pelepasan yang dalam, Anda harus mematikan beban atau menggunakannya secara manual.

Pilihan 1

Mari kita mulai dengan rangkaian sederhana menggunakan dioda zener dan transistor:

Mari kita cari tahu cara kerjanya.

Selama tegangan berada di atas ambang batas tertentu (2,0 Volt), dioda zener rusak, sehingga transistor tertutup dan semua arus mengalir melalui LED hijau. Segera setelah tegangan pada baterai mulai turun dan mencapai nilai sekitar 2.0V + 1.2V (penurunan tegangan pada persimpangan basis-emitor transistor VT1), transistor mulai terbuka dan arus mulai didistribusikan kembali. antara kedua LED.

Jika kita menggunakan LED dua warna, kita mendapatkan transisi mulus dari hijau ke merah, termasuk seluruh rentang warna perantara.

Perbedaan tegangan maju yang umum pada LED dua warna adalah 0,25 Volt (menyala merah pada tegangan rendah). Perbedaan inilah yang menentukan luas transisi lengkap antara hijau dan merah.

Jadi, meski sederhana, rangkaian ini memungkinkan Anda mengetahui sebelumnya bahwa baterai sudah mulai habis. Selama volume bateraitage 3.25V atau lebih, LED hijau akan menyala. Dalam interval antara 3,00 dan 3,25V, warna merah mulai bercampur dengan hijau - semakin mendekati 3,00 Volt, semakin banyak warna merah. Dan terakhir, pada 3V hanya lampu merah murni yang menyala.

Kerugian dari rangkaian ini adalah rumitnya pemilihan dioda zener untuk mendapatkan ambang respons yang diperlukan, serta konsumsi arus konstan sekitar 1 mA. Nah, mungkin saja penderita buta warna tidak akan mengapresiasi ide perubahan warna ini.

Omong-omong, jika Anda memasang jenis transistor lain di rangkaian ini, transistor dapat dibuat bekerja dengan cara sebaliknya - transisi dari hijau ke merah akan terjadi, sebaliknya, jika tegangan input meningkat. Berikut diagram yang dimodifikasi:

Opsi No.2

Rangkaian berikut ini menggunakan chip TL431 yang merupakan pengatur tegangan presisi.

Ambang respons ditentukan oleh pembagi tegangan R2-R3. Dengan rating yang ditunjukkan dalam diagram, itu adalah 3,2 Volt. Ketika tegangan baterai turun ke nilai ini, sirkuit mikro berhenti melewati LED dan menyala. Ini akan menjadi sinyal bahwa pengosongan total baterai sudah sangat dekat (tegangan minimum yang diizinkan pada satu bank li-ion adalah 3,0 V).

Jika baterai dari beberapa bank baterai lithium-ion yang dihubungkan secara seri digunakan untuk memberi daya pada perangkat, maka rangkaian di atas harus dihubungkan ke masing-masing bank secara terpisah. Seperti ini:

Untuk mengkonfigurasi rangkaian, kami menghubungkan catu daya yang dapat disesuaikan sebagai pengganti baterai dan memilih resistor R2 (R4) untuk memastikan bahwa LED menyala pada saat yang kami butuhkan.

Opsi #3

Dan berikut ini rangkaian sederhana indikator pengosongan baterai li-ion menggunakan dua buah transistor :
Ambang respons diatur oleh resistor R2, R3. Transistor Soviet lama dapat diganti dengan BC237, BC238, BC317 (KT3102) dan BC556, BC557 (KT3107).

Opsi No.4

Sirkuit dengan dua transistor efek medan yang benar-benar mengonsumsi arus mikro dalam mode siaga.

Ketika rangkaian dihubungkan ke sumber listrik, tegangan positif pada gerbang transistor VT1 dihasilkan menggunakan pembagi R1-R2. Jika tegangan lebih tinggi dari tegangan pemutusan transistor efek medan, ia membuka dan menarik gerbang VT2 ke ground, sehingga menutupnya.

Pada titik tertentu, saat baterai habis, tegangan yang dikeluarkan dari pembagi menjadi tidak cukup untuk membuka kunci VT1 dan baterai ditutup. Akibatnya, tegangan yang mendekati tegangan suplai muncul di gerbang sakelar medan kedua. Ini membuka dan menyalakan LED. Cahaya LED memberi sinyal kepada kami bahwa baterai perlu diisi ulang.

Transistor saluran-n apa pun dengan tegangan cutoff rendah dapat digunakan (semakin rendah semakin baik). Performa 2N7000 di sirkuit ini belum teruji.

Opsi #5

Pada tiga transistor:

Saya pikir diagram tersebut tidak memerlukan penjelasan. Berkat koefisiennya yang besar. amplifikasi tiga tahap transistor, rangkaian beroperasi dengan sangat jelas - antara LED yang menyala dan tidak menyala, perbedaan seperseratus volt sudah cukup. Konsumsi arus saat indikasi menyala adalah 3 mA, saat LED mati - 0,3 mA.

Meskipun tampilan sirkuitnya besar, papan yang sudah jadi memiliki dimensi yang cukup sederhana:

Dari kolektor VT2 Anda dapat mengambil sinyal yang memungkinkan koneksi beban: 1 - diizinkan, 0 - dinonaktifkan.

Transistor BC848 dan BC856 masing-masing dapat diganti dengan BC546 dan BC556.

Opsi #6

Saya suka rangkaian ini karena tidak hanya menyalakan indikasi, tetapi juga memutus beban.

Satu-satunya hal yang disayangkan adalah sirkuit itu sendiri tidak terputus dari baterai, terus mengkonsumsi energi. Dan berkat LED yang terus menyala, ia makan banyak.

LED hijau masuk pada kasus ini bertindak sebagai sumber tegangan referensi, mengkonsumsi arus sekitar 15-20 mA. Untuk menghilangkan elemen rakus seperti itu, alih-alih sumber tegangan referensi, Anda dapat menggunakan TL431 yang sama, menghubungkannya sesuai dengan rangkaian berikut*:

*hubungkan katoda TL431 ke pin ke-2 LM393.

Opsi No.7

Rangkaian menggunakan apa yang disebut monitor tegangan. Mereka juga disebut pengawas dan detektor tegangan, yaitu sirkuit mikro khusus yang dirancang khusus untuk pemantauan tegangan.

Di sini, misalnya, rangkaian yang menyalakan LED ketika tegangan baterai turun menjadi 3.1V. Dirakit pada BD4731.

Setuju, ini sangat sederhana! BD47xx memiliki keluaran kolektor terbuka dan juga membatasi sendiri arus keluaran hingga 12 mA. Ini memungkinkan Anda untuk menghubungkan LED secara langsung, tanpa membatasi resistor.

Demikian pula, Anda dapat menerapkan supervisor lain ke voltase lain.

Berikut beberapa opsi lagi yang dapat dipilih:

pada 3.08V: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G;
pada 2.93V: MCP102T-300E/TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
Seri MN1380 (atau 1381, 1382 - hanya berbeda pada casingnya). Untuk tujuan kami, opsi dengan saluran terbuka paling cocok, sebagaimana dibuktikan dengan tambahan angka "1" dalam penunjukan sirkuit mikro - MN13801, MN13811, MN13821. Tegangan respons ditentukan oleh indeks huruf: MN13811-L tepat 3,0 Volt.

Anda juga dapat mengambil analog Soviet - KR1171SPkhkh:

Tergantung pada penunjukan digital, tegangan deteksi akan berbeda:

Jaringan tegangan tidak terlalu cocok untuk memantau baterai li-ion, tapi menurut saya tidak ada gunanya mengabaikan sirkuit mikro ini sepenuhnya.

Keuntungan yang tidak dapat disangkal dari rangkaian monitor tegangan adalah konsumsi daya yang sangat rendah saat dimatikan (satuan dan bahkan pecahan mikroamp), serta kesederhanaannya yang ekstrim. Seringkali seluruh rangkaian dipasang langsung ke terminal LED:

Untuk membuat indikasi pelepasan muatan lebih terlihat, keluaran detektor tegangan dapat dimuat ke LED yang berkedip (misalnya, seri L-314). Atau rakit sendiri "penutup mata" sederhana menggunakan dua transistor bipolar.

Contoh rangkaian selesai yang memberitahukan baterai lemah menggunakan LED yang berkedip ditunjukkan di bawah ini:

Rangkaian lain dengan LED berkedip akan dibahas di bawah.

Opsi No.8

Rangkaian keren yang membuat LED berkedip jika tegangan pada baterai lithium turun menjadi 3,0 Volt:

Sirkuit ini menyebabkan LED super terang berkedip dengan siklus kerja 2,5% (yaitu jeda lama - kedipan singkat - jeda lagi). Hal ini memungkinkan Anda untuk mengurangi konsumsi arus ke nilai yang konyol - dalam keadaan mati sirkuit mengkonsumsi 50 nA (nano!), dan dalam mode berkedip LED - hanya 35 μA. Bisakah Anda menyarankan sesuatu yang lebih ekonomis? Hampir tidak.

Seperti yang Anda lihat, pengoperasian sebagian besar rangkaian kontrol pelepasan dilakukan dengan membandingkan tegangan referensi tertentu dengan tegangan yang dikontrol. Selanjutnya, perbedaan ini diperkuat dan menyalakan/mematikan LED.

Biasanya, tahap transistor atau penguat operasional yang dihubungkan dalam rangkaian komparator digunakan sebagai penguat selisih antara tegangan referensi dan tegangan pada baterai litium.

Tapi ada solusi lain. Elemen logika - inverter - dapat digunakan sebagai penguat. Ya, ini adalah penggunaan logika yang tidak lazim, tetapi berhasil. Diagram serupa ditunjukkan pada versi berikut.

Opsi No.9

Diagram sirkuit untuk 74HC04.

Tegangan operasi dioda zener harus lebih rendah dari tegangan respon rangkaian. Misalnya, Anda dapat mengambil dioda zener 2,0 - 2,7 Volt. Penyesuaian halus ambang respons diatur oleh resistor R2.

Rangkaian ini mengkonsumsi sekitar 2 mA dari baterai, sehingga harus dihidupkan juga setelah saklar daya.

Opsi No.10

Ini bahkan bukan indikator pelepasan muatan, melainkan keseluruhan voltmeter LED! Skala linier 10 LED memberikan gambaran jelas tentang status baterai. Semua fungsionalitas diimplementasikan hanya pada satu chip LM3914:

Pembagi R3-R4-R5 mengatur tegangan ambang batas bawah (DIV_LO) dan atas (DIV_HI). Dengan nilai yang ditunjukkan dalam diagram, nyala LED atas sesuai dengan tegangan 4,2 Volt, dan ketika tegangan turun di bawah 3 volt, LED terakhir (bawah) akan padam.

Dengan menghubungkan pin ke-9 dari sirkuit mikro ke ground, Anda dapat mengalihkannya ke mode titik. Dalam mode ini, hanya satu LED yang sesuai dengan tegangan suplai yang selalu menyala. Jika Anda membiarkannya seperti pada diagram, maka seluruh skala LED akan menyala, yang tidak rasional dari sudut pandang ekonomi.

Sebagai LED Anda hanya perlu mengambil LED merah, Karena mereka memiliki tegangan searah terendah selama pengoperasian. Jika misalnya kita mengambil LED biru, maka jika baterai turun hingga 3 volt, kemungkinan besar tidak akan menyala sama sekali.

Chipnya sendiri mengkonsumsi sekitar 2,5 mA, ditambah 5 mA untuk setiap LED yang menyala.

Kerugian dari rangkaian ini adalah ketidakmungkinan menyesuaikan ambang pengapian setiap LED secara individual. Anda hanya dapat mengatur nilai awal dan akhir, dan pembagi yang terpasang pada chip akan membagi interval ini menjadi 9 segmen yang sama. Namun, seperti yang Anda ketahui, menjelang akhir pengosongan, tegangan pada baterai mulai turun dengan sangat cepat. Perbedaan antara baterai yang habis 10% dan 20% bisa menjadi sepersepuluh volt, tetapi jika Anda membandingkan baterai yang sama, hanya habis 90% dan 100%, Anda dapat melihat perbedaan satu volt!

Grafik pengosongan baterai Li-ion yang ditunjukkan di bawah ini dengan jelas menunjukkan keadaan ini:

Oleh karena itu, menggunakan skala linier untuk menunjukkan tingkat pengosongan baterai tampaknya tidak praktis. Kita memerlukan rangkaian yang memungkinkan kita mengatur nilai tegangan yang tepat di mana LED tertentu akan menyala.

Kontrol penuh atas kapan LED menyala diberikan oleh rangkaian yang disajikan di bawah ini.

Opsi No.11

Rangkaian ini merupakan indikator tegangan aki/baterai sebanyak 4 digit. Diimplementasikan pada empat op-amp yang termasuk dalam chip LM339.

Rangkaian ini beroperasi hingga tegangan 2 Volt dan mengkonsumsi kurang dari satu miliampere (tidak termasuk LED).

Tentu saja, untuk mencerminkan nilai sebenarnya dari kapasitas baterai yang terpakai dan tersisa, kurva pengosongan baterai yang digunakan (dengan mempertimbangkan arus beban) perlu diperhitungkan saat mengatur rangkaian. Ini akan memungkinkan Anda untuk mengatur nilai voltase yang tepat, misalnya, 5%-25%-50%-100% dari kapasitas sisa.

Opsi No.12

Dan, tentu saja, cakupan terluas terbuka ketika menggunakan mikrokontroler dengan sumber tegangan referensi bawaan dan input ADC. Di sini fungsinya hanya dibatasi oleh imajinasi dan kemampuan pemrograman Anda.

Sebagai contoh, kami akan memberikan rangkaian paling sederhana pada pengontrol ATMega328.

Meskipun di sini, untuk memperkecil ukuran papan, akan lebih baik jika menggunakan ATTiny13 berkaki 8 dalam paket SOP8. Maka itu akan menjadi sangat indah. Tapi biarlah ini menjadi pekerjaan rumah Anda.

LEDnya tiga warna (dari strip LED), tetapi yang digunakan hanya merah dan hijau.

Program (sketsa) yang sudah selesai dapat diunduh dari tautan ini.

Program ini bekerja sebagai berikut: setiap 10 detik tegangan suplai disurvei. Berdasarkan hasil pengukuran, MK mengontrol LED menggunakan PWM, yang memungkinkan diperoleh berbagai corak cahaya dengan mencampurkan warna merah dan hijau.

Baterai yang baru diisi menghasilkan sekitar 4.1V - indikator hijau menyala. Selama pengisian, tegangan 4.2V muncul pada baterai, dan LED hijau akan berkedip. Segera setelah tegangan turun di bawah 3.5V, LED merah akan mulai berkedip. Ini akan menjadi sinyal bahwa baterai hampir kosong dan sudah waktunya untuk mengisi dayanya. Di sisa rentang tegangan, indikator akan berubah warna dari hijau menjadi merah (tergantung tegangan).

Opsi No.13

Sebagai permulaan, saya mengusulkan opsi untuk mengerjakan ulang papan pelindung standar (disebut juga), mengubahnya menjadi indikator baterai mati.

Papan ini (modul PCB) diekstraksi dari baterai lama ponsel hampir pada skala industri. Anda cukup mengambil baterai ponsel yang dibuang di jalan, membuangnya, dan papan ada di tangan Anda. Buang segala sesuatunya sebagaimana mestinya.

Perhatian!!! Ada papan yang menyertakan perlindungan pelepasan berlebih pada tegangan rendah yang tidak dapat diterima (2,5V ke bawah). Oleh karena itu, dari semua papan yang Anda miliki, Anda hanya perlu memilih salinan yang beroperasi pada tegangan yang benar (3.0-3.2V).

Paling sering, papan PCB terlihat seperti ini:

Microassembly 8205 adalah dua perangkat lapangan miliohm yang dirakit dalam satu wadah.

Dengan membuat beberapa perubahan pada rangkaian (ditunjukkan dengan warna merah), kita akan mendapatkan indikator pengosongan baterai li-ion yang sangat baik yang hampir tidak mengkonsumsi arus saat dimatikan.

Karena transistor VT1.2 bertanggung jawab untuk melepaskan pengisi daya dari bank baterai saat pengisian berlebih, maka transistor ini tidak berguna di sirkuit kita. Oleh karena itu, kami sepenuhnya menghilangkan pengoperasian transistor ini dengan memutus sirkuit pembuangan.

Resistor R3 membatasi arus yang melalui LED. Resistansinya harus dipilih sedemikian rupa sehingga cahaya LED sudah terlihat, tetapi arus yang dikonsumsi tidak terlalu tinggi.

Omong-omong, Anda dapat menyimpan semua fungsi modul proteksi, dan membuat indikasi menggunakan transistor terpisah yang mengontrol LED. Artinya, indikator akan menyala bersamaan dengan matinya baterai pada saat pengosongan.

Alih-alih 2N3906, transistor pnp berdaya rendah apa pun yang Anda miliki bisa digunakan. Menyolder LED secara langsung saja tidak akan berhasil, karena... Arus keluaran dari sirkuit mikro yang mengontrol sakelar terlalu kecil dan memerlukan amplifikasi.

Harap pertimbangkan fakta bahwa rangkaian indikator pengosongan itu sendiri menghabiskan daya baterai! Untuk menghindari pelepasan muatan yang tidak dapat diterima, sambungkan sirkuit indikator setelah sakelar daya atau gunakan sirkuit pelindung, .

Seperti yang mungkin tidak sulit ditebak, sirkuit dapat digunakan sebaliknya - sebagai indikator pengisian daya.

Indikator arus pengisian dapat dipasang pada indikator luminescent, atau pada LED.

Untuk mengukur arus dengan akurasi yang kurang lebih dapat ditoleransi, Anda perlu memasang penguat tegangan dari shunt pada LM358 dan indikator itu sendiri pada dua LM324 atau pada KT315 dan itu saja :-). Saya akan memberikan diagram amplifier terpisah, dengan papan sederhana, dan indikator itu sendiri secara terpisah. Pengikatan di dalam lebih baik dan lebih mudah. Ada dua pilihan untuk indikator.

Rangkaian penguat. Dioda D1, resistor R3, kapasitor C3 merupakan rangkaian integrasi, karena pada masukan terdapat tegangan berdenyut dengan polaritas negatif, dan kita perlu memperoleh tegangan konstan yang sebanding dengan arus pada keluaran. Setup: pastikan untuk memeriksa 12 volt, bank yang rusak sering ditemui, kemudian resistor R2 digunakan untuk mengkalibrasi pembacaan indikator menggunakan multimeter. Gunakan resistor pengatur arus untuk mengatur arus maksimum dan sesuaikan resistor sehingga LED terakhir langsung menyala. Kapasitor C3 berfungsi sebagai integrator dan mengatur kelancaran penurunan pembacaan indikator.

Foto papan penguat tegangan rakitan dari shunt (pemangkas belum disolder).

Diagram indikator untuk KT 315. Tentu saja, "abad terakhir" dan sebagainya, kata Anda, tapi bagaimana jika mereka memiliki toples 3 liter. Kemana kamu menyuruhku pergi? Membuangnya? Tapi Anda harus pergi ke pasar dan membeli transistor SMD, tapi masih banyak ruang di case ini. Tidak perlu mengebor lubang untuk 315 juga. Tapi tetap saja, itu pilihan Anda, rangkaian tidak penting untuk pemilihan transistor, meskipun Anda menyolder MP10, itu akan tetap berfungsi.

Jumlah transistor dan LEDnya bisa dikurangi, misalnya menjadi 6 buah, tapi kalau banyak lebih cantik. Foto jalur rakitan, belum ada LED yang disolder.

Dan tata letak sebelumnya:

Pengikut emitor tidak perlu disolder, tetapi dapat dinyalakan langsung; berfungsi tanpanya, hanya pembacaan yang turun dengan cepat dan tidak lancar pada satu LED. Kadang-kadang pada beberapa salinan perlu menyertakan dioda yang terhubung langsung, seperti KD522, antara output amplifier dan saluran. Ini diperlukan ketika satu atau dua LED pertama menyala pada arus nol. Menyiapkan garis. Indikator yang dipasang dengan benar tanpa kesalahan langsung berfungsi. Kami menghubungkan resistor variabel ke input - penggeser ke input, ujung kanan resistor ke +, ujung kiri ke -. Kami menerapkan daya, memutar resistor dan melihat LED, mereka harus berkedip dan padam secara bergantian. Indikator ini memiliki pembacaan non-linier yang signifikan (awalnya ada penyumbatan dan ada punuk di tengahnya), namun cukup cocok untuk charger. Saat mengatur, cukup tandai nilai setiap LED.

Dalam diagram blok di papan, Anda perlu menambahkan sumber 6...8V untuk saluran LED. Untuk indikator luminescent, Anda tidak perlu menambahkan sumber ini.

Foto pengisian daya rakitan sesuai dengan diagram di atas, tetapi pada unit ATX (tidak ada perbedaan khusus dengan AT, satu-satunya perbedaan adalah TL494 diberi daya dari standby):

Foto pemasangan papan amplifier. Itu disolder ke papan utama dengan pin: rumahan dan +22V.

Di bawah ini adalah diagram indikator menggunakan penguat operasional. Lebih baik menggunakan indikator luminescent sebagai indikator itu sendiri (rangkaian lebih sederhana). Jika Anda menggunakan LED, Anda perlu menambahkan 8 resistor 2k lagi dan menghubungkannya ke badan dengan katoda. Prinsip pengoperasiannya sederhana. Rangkaian tidak memerlukan penyesuaian, kecuali pemilihan resistor pada rangkaian pemanas.

Rangkaian ini menggunakan dua buah amplifier quad untuk membentuk delapan tingkat indikasi. Penguat operasional yang digunakan pada rangkaian ini adalah LM324 (Atau LM393 jika menggunakan LED. Kemudian kita sambungkan anodanya ke +, dan masing-masing katoda ke outputnya masing-masing). Ini adalah IC yang cukup umum dan tidak akan sulit untuk menemukannya. Resistor R2:.R10 membentuk pembagi yang mengatur ambang respons setiap penguat. Amplifier beroperasi dalam mode komparator.

Foto indikator arus yang dirakit pada indikator luminescent:

Ditempelkan pada dinding depan menggunakan lem panas atau besi solder.

Rangkaian di atas memiliki karakteristik arus pengisian yang lembut. Arus berkurang dengan lancar sepanjang waktu pengisian (Seperti di dalam mobil).

Pengaturannya terdiri dari memilih R3 tergantung pada shunt Anda, dan memilih R5 untuk membatasi arus keluaran maksimum hingga 10 ampere. Perbaikan pada garis indikator hanya terdiri dari pemasangan dan penyesuaian resistansi trimmer untuk rentang tampilan saat ini 3 - 10 ampere. Mengatur saluran saat ini. Kami mengganti sementara resistor R5 dengan pemangkas 10k dan mengaturnya ke posisi resistansi maksimum. Kami menghubungkan multimeter dalam mode pengukuran arus pada kisaran 10 ampere. Kami menghubungkan unit ke jaringan melalui bola lampu. Jika lampu berkedip-kedip dan terus menyala terang berarti ada yang tidak beres, periksa pemasangannya. Jika ammeter menunjukkan arus dalam kisaran 0,2 hingga 1 ampere, maka semuanya baik-baik saja. Kami mengatur resistor variabel R6 ke mode tegangan maksimum dengan penggeser, dan menggunakan resistor pemangkas untuk mengatur arus ke 10 ampere. Kemudian kami melepas solder pemangkas, mengukur dan menyolder dalam resistor konstan dengan resistansi yang sama. Pengoperasian dan konfigurasi saluran tegangan mirip dengan rangkaian pertama.

Mari kita membahas lebih detail tentang perlindungan terhadap pembalikan polaritas dan korsleting. Skema ini adalah semacam “TAHU BAGAIMANA” dalam kesederhanaan dan keandalannya. Keuntungannya adalah Anda tidak perlu menggunakan relay atau thyristor yang kuat, yang memiliki drop tegangan sekitar dua volt. Sirkuit sebagai perangkat independen dapat dipasang pada pengisi daya dan catu daya apa pun. Keluar dari mode proteksi terjadi secara otomatis segera setelah korsleting atau polaritas berlebih dihilangkan. Saat dipicu, LED “kesalahan koneksi” menyala.

Uraian pekerjaan: Pada mode normal tegangan melalui LED dan resistor R9 membuka VT1 dan semua tegangan dari input menuju output. Selama hubung singkat atau pembalikan polaritas, pulsa arus meningkat tajam, penurunan tegangan pada sakelar medan dan shunt meningkat tajam, yang mengarah pada pembukaan VT2, yang pada gilirannya melewati sumber gerbang. Tegangan negatif tambahan relatif terhadap sumber (penurunan shunt) mencakup VT1. Selanjutnya terjadi proses longsoran penutupan VT1. LED menyala melalui VT2 terbuka. Diagramnya mungkin ada di negara bagian ini selama diperlukan sampai korsleting dihilangkan.

Ammeter digital pada LED adalah cara mudah untuk menampilkan informasi, yang tidak hanya penting dalam modul nilai terukur (yang, omong-omong, jauh lebih mudah untuk ditentukan bukan berdasarkan deviasi indikator dial, tetapi juga berdasarkan ukurannya. grafik batang, atau menggunakan tampilan mini), tetapi juga frekuensi mengubah parameter ini.

Deskripsi sirkuit

LED tidak terlalu kuat, tetapi menggunakannya dalam rangkaian listrik arus rendah dapat diterima dan disarankan. Sebagai contoh, kita dapat memperhatikan rangkaian untuk memperoleh amperemeter digital untuk menentukan kuat arus pada aki mobil, dengan kisaran nilai nominal 40...60 mA.

Pilihan penampilan ammeter pada LED dalam kolom

Jumlah LED yang digunakan akan menentukan nilai arus ambang di mana salah satu LED akan menyala. Anda dapat menggunakan LM3915 atau mikrokontroler dengan parameter yang sesuai sebagai penguat operasional. Input akan disuplai dengan tegangan melalui resistor resistansi rendah.

Lebih mudah untuk menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk diagram batang, di mana seluruh rentang arus yang digunakan secara praktis akan dibagi menjadi beberapa segmen 5...10 mA. Keuntungan LED adalah Anda dapat menggunakan elemen-elemen dalam rangkaian warna berbeda– merah, hijau, biru, dll.

Untuk mengoperasikan amperemeter digital Anda memerlukan komponen-komponen berikut:

Mikrokontroler tipe PIC16F686 dengan ADC 16-bit.
Jumper yang dapat dikonfigurasi untuk keluaran sinyal akhir. Alternatifnya, sakelar DIP dapat digunakan sebagai shunt elektronik atau sinyal pendek di sirkuit elektronik konvensional.
Sumber listrik DC, yang dirancang untuk tegangan operasi 5 hingga 15 V (jika ada tegangan stabil, yang dipantau oleh voltmeter, 6 V juga cocok).
Papan kontak tempat Anda dapat menempatkan hingga 20 LED SMD.

Diagram listrik amperemeter pada sumber LED

Urutan penempatan dan pemasangan amperemeter

Sinyal arus input (tidak lebih dari 1 A) disuplai dari catu daya yang stabil melalui resistor shunt, tegangan yang diizinkan tidak boleh melebihi 40...50 V. Kemudian, melewati penguat operasional, sinyal dikirim ke LED. Karena nilai arus berubah selama lewatnya sinyal, ketinggian kolom juga akan berubah. Dengan mengontrol arus beban, Anda dapat menyesuaikan ketinggian diagram, memperoleh hasil dengan berbagai tingkat akurasi.

Pemasangan papan dengan komponen SMD, atas permintaan pengguna, dapat ditempatkan secara horizontal atau vertikal. Sebelum memulai kalibrasi, jendela tampilan harus ditutup dengan kaca gelap (filter dengan multiplisitas 6...10 x dari helm las biasa dapat digunakan).

Kalibrasi ammeter digital terdiri dari pemilihan nilai beban arus minimum di mana LED akan menyala. Pengaturannya divariasikan secara eksperimental, di mana resistor dengan resistansi kecil (hingga 100 mOhm) disediakan di sirkuit. Kesalahan pembacaan ammeter seperti itu biasanya tidak melebihi beberapa persen.

Tahukah Anda bahwa Anda dapat mengubah voltmeter lama menjadi amperemeter? Bagaimana melakukan ini - tonton videonya:

Cara mengatur resistor penyesuaian

Untuk melakukan ini, kekuatan arus yang melewati LED tertentu diatur secara berurutan. Penguji biasa dapat digunakan sebagai perangkat kontrol. Voltmeter disertakan dalam rangkaian sebelum mikrokontroler, dan ammeter setelahnya. Untuk menghilangkan pengaruh riak acak, kapasitor penghalus juga dihubungkan.

Keuntungan praktis membuat perangkat sendiri (tidak boleh kurang dari empat LED) adalah stabilitas rangkaian dengan perubahan signifikan pada rentang arus yang ditentukan sebelumnya. Tidak seperti dioda konvensional, yang akan rusak jika terjadi hubungan pendek, LED tidak menyala.

Dioda LED, seperti pengukur arus pada aki mobil, tidak hanya menghemat daya dan menghemat baterai, tetapi juga memungkinkan Anda membaca pembacaan dengan cara yang lebih nyaman.

Voltmeter digital dapat dibuat dengan cara serupa. Elemen 12 V cocok sebagai sumber cahaya untuk aplikasi ini, dan adanya shunt tambahan pada rangkaian voltmeter akan memungkinkan penggunaan seluruh ketinggian grafik batang secara lebih efisien.

N. TARANOV, St

Ketika mengembangkan berbagai perangkat radio-elektronik, muncul masalah dalam memantau keberadaan arus di sirkuitnya. Alat ukur yang tersedia seringkali tidak tersedia, mahal, atau sulit digunakan. Dalam kasus seperti itu, unit kontrol bawaan digunakan. Untuk arus bolak-balik, masalahnya relatif mudah diselesaikan dengan bantuan trafo arus, elemen magnetosensitif induksi, dll. Untuk arus searah, biasanya, masalah ini lebih rumit. Artikel ini membahas beberapa perangkat yang ada untuk memantau keberadaan arus searah dalam suatu rangkaian (selanjutnya kita sebut sebagai indikator arus searah, atau disingkat IPT), kelebihan dan kekurangannya, dan mengusulkan solusi rangkaian yang meningkatkan karakteristik perangkat tersebut.

IPT biasanya disertakan dalam pemutusan sirkuit yang dikontrol. Beberapa IPT dapat merespons medan magnet yang diciptakan oleh elemen pembawa arus dari rangkaian terkontrol, namun pada arus terkontrol rendah, hal ini rumit dan tidak dibahas dalam artikel ini. IPT dapat dicirikan oleh parameter dan fitur utama berikut:
1) deltaU - penurunan tegangan pada IPT pada seluruh rentang arus yang dikendalikan. Untuk meminimalkan pengaruh IPT pada rangkaian yang dikontrol dan mengurangi rugi-rugi daya, mereka berupaya meminimalkan deltaU;
2) Arus operasi pengenal Inom (berarti nilai rata-rata arus yang dikendalikan);
3) Imin, Imax - batas rentang perubahan arus yang dikendalikan, di mana fakta keberadaannya ditunjukkan secara andal;
4) sifat sinyal indikasi keluaran (cahaya LED, level TTL, dll.);
5) ada tidaknya sumber tenaga tambahan untuk IPT;
6) ada tidaknya sambungan galvanik sinyal keluaran IPT dengan rangkaian yang dikendalikan.

Berdasarkan jenis elemen penginderaan arus - sensor arus (CT) dibedakan;
- IPT dengan beban seri pada rangkaian;
- IPT dengan DT semikonduktor (sensor Hall, magnetodioda, magnetoresistor, dll.);
- Kontak magnetik IPT (pada sakelar buluh, pada relai arus);
- IPT dengan elemen yang dapat jenuh secara magnetis.

Prinsip pengoperasian IPT dengan beban seri pada rangkaian (Gbr. 1)

Terdiri dari fakta bahwa elemen beban (LE) dihubungkan ke pemutusan pada rangkaian yang dikontrol, di mana penurunan tegangan terjadi ketika arus mengalir dalam rangkaian yang dikontrol. Ini dikirim ke konverter sinyal (SC), di mana ia diubah menjadi sinyal yang menunjukkan adanya arus di sirkuit.

Jelasnya, deltaU untuk jenis IPT tertentu bergantung pada besarnya arus yang dikontrol dan sensitivitas PS. Semakin sensitif PS maka semakin rendah resistansi NE yang dapat digunakan yang berarti deltaU akan semakin kecil.

Dalam kasus yang paling sederhana, NE adalah sebuah resistor. Keuntungan dari NE tersebut adalah kesederhanaan dan biaya rendah. Kekurangan – dengan sensitivitas PS yang rendah maka rugi-rugi daya pada NE akan besar terutama pada pengendalian arus yang besar, ketergantungan AU terhadap besarnya arus yang mengalir melalui IPT. Ini mempersempit kisaran perubahan arus yang dikontrol (kelemahan ini tidak signifikan ketika mengontrol arus dalam kisaran perubahan nilainya yang sempit). Sebagai contoh, pertimbangkan skema IPT praktis jenis ini. Pada Gambar. Gambar 2 menunjukkan diagram indikator keberadaan arus pengisian baterai. Resistor R1 bertindak sebagai NE, dan rantai R2, HL1 bertindak sebagai PS.

Resistor pemberat R2 memiliki resistansi 100 Ohm, LED HL1 memiliki arus pengenal 10 mA (misalnya, tipe AL307B), dan resistansi resistor R1 akan bergantung pada nilai arus pengisian yang dikontrol.

Dengan arus pengisian stabil sebesar 10 mA (misalnya, untuk baterai 7D-01), resistor R1 dapat dihilangkan. Dengan arus pengisian 1 A, resistansi resistor R1 akan menjadi sekitar 3,5 Ohm. Penurunan tegangan pada IT dalam kedua kasus adalah 3,5 V. Hilangnya daya pada arus 1 A akan menjadi 3,5 W. Jelas, skema ini tidak dapat diterima pada arus pengisian yang tinggi. Kehilangan daya pada IPT dapat sedikit dikurangi dengan mengurangi resistansi resistor pemberat R2. Namun hal ini tidak diinginkan, karena lonjakan arus pengisian yang tidak disengaja dapat merusak LED HL1.

Jika Anda menggunakan NE dengan ketergantungan nonlinier penurunan tegangan pada kekuatan arus yang mengalir, Anda dapat meningkatkan karakteristik IPT ini secara signifikan. Misalnya, hasil yang baik diperoleh dengan mengganti resistor R1 dengan rangkaian empat dioda yang dihubungkan dalam arah maju, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3.

Sebagai dioda VD1-VD4, Anda dapat menggunakan dioda silikon penyearah apa pun dengan arus operasi yang diizinkan setidaknya sebesar nilai arus yang dikontrol. (Untuk banyak jenis LED, rangkaian tiga dioda sudah cukup.) Resistansi resistor R2 dalam hal ini dapat dikurangi menjadi 30 ohm.

Dengan skema IPT ini, rentang arus yang dikontrol bertambah dan meluas dari 10 mA hingga Imax, dimana Imax adalah arus operasi maksimum yang diizinkan dari dioda. Kecerahan LED HL1 hampir konstan di seluruh rentang arus yang dikontrol.

Cara lain untuk meningkatkan karakteristik IPT dengan beban seri pada suatu rangkaian adalah dengan meningkatkan PS. Memang benar, jika Anda meningkatkan sensitivitas PS dan memastikan kinerjanya dalam berbagai perubahan deltaU, Anda bisa mendapatkan IPT dengan karakteristik yang baik. Benar, untuk ini Anda harus mempersulit skema IPT. Sebagai contoh, perhatikan rangkaian IPT yang dikembangkan oleh penulis, yang telah menunjukkan hasil yang baik dalam perangkat kontrol proses di industri. IPT ini memiliki yang berikut ini spesifikasi: rentang arus operasi - 0,01 mA...1 A; deltaU
Diagram IPT ditunjukkan pada Gambar. 4.

NE pada rangkaian ini adalah resistor R3. Sisa rangkaiannya adalah PS. Jika tidak ada arus antara titik A dan B, keluaran penguat operasional DA1 akan bertegangan mendekati -5 V, dan LED HL1 tidak akan menyala. Ketika arus muncul antara titik A dan B, tegangan dibuat pada resistor R3, yang akan diterapkan antara input diferensial penguat operasional DA1. Akibatnya akan muncul tegangan positif pada output penguat operasional DA1 dan LED HL1 akan menyala yang menandakan adanya arus antara titik A dan B. Saat memilih penguat operasional dengan gain tinggi (misalnya KR1401UD2B ), indikasi yang andal mengenai keberadaan arus dimulai pada 5 mA. Kapasitor C1 diperlukan untuk menghilangkan kemungkinan eksitasi diri.

Perlu dicatat bahwa beberapa contoh op-amp mungkin memiliki tegangan bias awal (dengan polaritas apa pun). Dalam hal ini, LED dapat menyala meskipun tidak ada arus pada rangkaian yang dikontrol. Kelemahan ini dihilangkan dengan memperkenalkan rangkaian "koreksi nol" pada op-amp, yang dibuat sesuai dengan rangkaian standar apa pun. Beberapa jenis op-amp memiliki terminal khusus untuk menghubungkan resistor variabel "koreksi nol".

Detail: resistor R1, R2, R4, R5 - jenis apa pun, daya 0,125 W; resistor R3 - jenis apa pun, daya >0,5 W; kapasitor C1 - jenis apa pun; penguat operasional DA1 - apa pun, dengan penguatan >5000, dengan arus keluaran >2,5 mA, memungkinkan tegangan suplai unipolar 5 V. (Dua persyaratan terakhir adalah karena penggunaan IPT tegangan suplai yang “nyaman”, meskipun itu dimungkinkan untuk menggunakan tegangan suplai lain. Kapan Dalam hal ini, resistansi resistor balistik R5 perlu dihitung ulang sehingga arus keluaran penguat operasional DA1 tidak melebihi nilai maksimum yang diizinkan). LED HL1 dipilih dengan cara ini karena alasan kecerahan yang cukup pada arus yang melewatinya sebesar 2,5 mA. Eksperimen telah menunjukkan bahwa sebagian besar LED mini yang diimpor berfungsi dengan baik di perangkat ini (pada prinsipnya, jenis LED ditentukan oleh arus keluaran maksimum penguat operasional DA1).

Perangkat dengan sirkuit mikro KR1401UD2B ini nyaman saat membuat IPT empat saluran, misalnya, saat mengontrol pengisian terpisah empat baterai secara bersamaan. Dalam hal ini, rangkaian bias R1, R2, serta titik A, adalah umum untuk keempat saluran.

Perangkat ini juga dapat mengontrol arus yang besar. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengurangi resistansi resistor R3 dan menghitung ulang disipasi dayanya. Percobaan dilakukan dengan menggunakan potongan kawat PEV-2 sebagai R3. Dengan diameter kawat 1 mm dan panjang 10 cm, arus dalam kisaran 200 mA...10 A ditunjukkan secara andal (jika panjang kawat ditambah, batas bawah kisaran berpindah ke arus yang lebih lemah). Dalam hal ini, deltaU tidak melebihi 0,1 V.

Dengan sedikit modifikasi, perangkat diubah menjadi IPT dengan ambang respons yang dapat disesuaikan (Gbr. 5).

IPT semacam itu dapat berhasil digunakan dalam sistem proteksi arus untuk berbagai perangkat, sebagai dasar untuk sekering elektronik yang dapat disesuaikan, dll.

Resistor R4 mengatur ambang respons IPT. Lebih mudah menggunakan resistor multi-putaran sebagai R4, misalnya, tipe SP5-2, SPZ-39, dll.

Jika perlu untuk memastikan isolasi galvanik antara sirkuit yang dikontrol dan perangkat kontrol (CD), akan lebih mudah untuk menggunakan optocoupler. Untuk melakukan ini, cukup menyambungkan optocoupler alih-alih LED HL1, misalnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6.

Untuk mencocokkan sinyal keluaran IPT ini dengan perangkat kontrol digital, digunakan pemicu Schmitt. Pada Gambar. Gambar 7 menunjukkan skema koordinasi IPT dengan CC menggunakan logika TTL. Di sini +5 V CC adalah tegangan suplai rangkaian digital CC.

IPT dengan DT semikonduktor dijelaskan secara rinci dalam literatur. Yang menarik bagi amatir radio adalah penggunaan sirkuit mikro yang dikontrol secara magnetis dari tipe K1116KP1 di IPT (sirkuit mikro ini banyak digunakan pada keyboard beberapa komputer buatan Soviet). Diagram IPT tersebut ditunjukkan pada Gambar. 8.

Gulungan L1 ditempatkan pada inti magnet yang terbuat dari baja magnet lunak (lebih disukai permalloy), yang berperan sebagai konsentrator magnet. Perkiraan tampilan dan dimensi konsentrator magnetik ditunjukkan pada Gambar. 9.

Chip DA1 ditempatkan di celah konsentrator magnetik. Saat memproduksinya, kita harus berusaha untuk mengurangi kesenjangan tersebut. Eksperimen dilakukan dengan berbagai sirkuit magnetik, khususnya, cincin yang dipotong dari pipa air biasa, dikerjakan dari inti kepala dinamis, dan dirakit dari mesin cuci baja transformator.

Pembuatan yang termurah dan termudah (dalam kondisi amatir) adalah cincin yang dipotong dari pipa air dengan diameter 1/2 dan 3/4 inci. Cincin dipotong dari pipa sehingga panjang cincin sama dengan diameternya. Maka disarankan untuk memanaskan cincin-cincin ini hingga suhu sekitar 800 °C dan mendinginkannya secara perlahan di udara (anil). Cincin tersebut hampir tidak memiliki sisa magnetisasi dan bekerja dengan baik di IPT.

Sampel percobaan mempunyai inti magnet yang terbuat dari pipa air dengan diameter 3/4 inci. Gulungan tersebut dililit dengan kawat PEV-2 dengan diameter 1 mm. Pada 10 lilitan Imin = 8 A, pada 50 lilitan Imin = 2 A. Perlu diperhatikan bahwa sensitivitas IPT tersebut bergantung pada posisi rangkaian mikro pada celah rangkaian magnet. Keadaan ini dapat digunakan untuk mengatur sensitivitas IPT.

Yang paling efektif adalah cincin yang terbuat dari inti sistem magnetik kepala dinamis, tetapi pembuatannya dalam kondisi amatir sulit dilakukan.

Bagi amatir radio, IPT elektromagnetik pada saklar buluh dan relai arus tidak diragukan lagi merupakan hal yang menarik. IPT pada saklar buluh dapat diandalkan dan murah. Prinsip pengoperasian IPT tersebut diilustrasikan pada Gambar. 10, sebuah.

Informasi lebih lanjut tentang saklar buluh dapat ditemukan di. Rangkaian kelistrikan IPT dengan sensor arus (CT) pada reed switch ditunjukkan pada Gambar. 10,b.

Banyak amatir radio mungkin memiliki keyboard PC lama buatan Soviet dengan saklar buluh. Sakelar buluh seperti itu sempurna untuk menerapkan IPT. Sensitivitas IPT tergantung pada:
- jumlah belitan pada belitan (seiring dengan bertambahnya jumlah belitan, sensitivitas juga meningkat);
- konfigurasi belitan (belitan optimal adalah yang panjangnya kira-kira sama dengan panjang bohlam saklar buluh);
- rasio diameter luar saklar buluh dan diameter dalam belitan (semakin mendekati 1, semakin tinggi sensitivitas IPT).

Penulis melakukan percobaan dengan reed switch KEM-2, MK-16-3, MK10-3. Hasil terbaik dalam hal sensitivitas ditunjukkan oleh saklar buluh KEM-2. Ketika melilitkan delapan lilitan kawat PEV-2 dengan diameter 0,8 mm tanpa celah, arus operasi IPT adalah 2 A, arus pelepasan 1,5 A. Penurunan tegangan pada IPT adalah 0,025 V. Sensitivitas ini IPT dapat diatur dengan menggerakkan saklar buluh sepanjang sumbu longitudinal belitan Pada IPT industri jenis ini, saklar buluh digerakkan dengan sekrup atau ditempatkan pada selongsong non-magnetik dengan ulir eksternal, yang disekrup ke dalam kumparan dengan belitan. Metode penyesuaian sensitivitas ini tidak selalu nyaman, dan dalam kondisi amatir sulit diterapkan. Selain itu, metode ini memungkinkan penyesuaian hanya untuk mengurangi sensitivitas IPT.

Penulis telah mengembangkan metode yang memungkinkan Anda mengubah sensitivitas IPT pada rentang yang luas menggunakan resistor variabel. Dengan metode ini, belitan tambahan kawat PEV-2 dengan diameter 0,06-0,1 mm dan jumlah lilitan 200 dimasukkan ke dalam desain DT. Dianjurkan untuk melilitkan belitan ini langsung ke saklar buluh sepanjang keseluruhannya. silindernya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11, sebuah.

Rangkaian listrik IPT ditunjukkan pada Gambar. 11,b.

Belitan L1 merupakan belitan utama, belitan L2 merupakan belitan tambahan. Jika belitan L1 dan L2 dihidupkan secara sesuai, maka dengan mengatur resistor R1 dimungkinkan untuk meningkatkan sensitivitas IPT berkali-kali lipat dibandingkan dengan versi IPT yang memiliki DT tanpa belitan tambahan. Jika Anda menghidupkan belitan L1 dan L2 dalam arah yang berlawanan, maka dengan mengatur resistor R Anda dapat mengurangi sensitivitas IPT berkali-kali lipat. Percobaan dilakukan dengan rangkaian ini dengan parameter elemen-elemennya:
- belitan L1 - 200 putaran kawat PEV-2 dengan diameter 0,06 mm; luka langsung pada saklar buluh tipe KEM-2;
- lilitan L2 - 10 lilitan kawat PEV-2 diameter 0,8 mm, dililitkan pada lilitan L1.

Diperoleh nilai Imin sebagai berikut:
- ketika belitan dinyalakan sesuai kesepakatan -0,1...2 A;
- ketika belitan dihidupkan berlawanan -2...5 A.

IPT pada relai arus mempunyai ciri-ciri : Relai elektromagnetik DT dengan lilitan resistansi rendah. Sayangnya pasokan relay saat ini sangat terbatas. Relai arus dapat dibuat dari relai tegangan konvensional dengan mengganti belitannya dengan belitan yang resistansinya rendah. Penulis menggunakan DT berbahan relay tipe RES-10. Belitan relai dipotong dengan hati-hati dengan pisau bedah, dan sebagai gantinya belitan baru dililitkan dengan kawat PEV-2 dengan diameter 0,3 mm hingga rangka terisi. Sensitivitas DT ini diatur dengan memilih jumlah putaran dan mengubah kekakuan pegas jangkar datar. Kekakuan pegas dapat diubah dengan menekuknya atau menggilingnya sepanjang lebarnya. Sampel DT percobaan memiliki Imin = 200 mA, deltaU = 0,5 V (pada arus 200 mA).

Jika Anda perlu menghitung relai arus, Anda dapat merujuk ke.

Rangkaian listrik IPT jenis ini ditunjukkan pada Gambar. 12.

IPT dengan elemen yang dapat jenuh secara magnetis merupakan hal yang menarik. Mereka menggunakan properti inti feromagnetik untuk mengubah permeabilitas saat terkena pengaruh eksternal Medan gaya. Dalam kasus paling sederhana, IPT jenis ini adalah transformator AC dengan belitan tambahan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 13.

Disini tegangan bolak-balik diubah dari belitan L2 ke belitan L3. Tegangan dari belitan L3 dideteksi oleh dioda VD1 dan mengisi kapasitor C1. Kemudian diumpankan ke elemen ambang batas. Dengan tidak adanya arus pada belitan L1, tegangan yang dihasilkan pada kapasitor C1 cukup untuk memicu elemen ambang batas. Ketika arus searah dilewatkan melalui belitan L1, rangkaian magnet jenuh. Hal ini menyebabkan penurunan koefisien transfer tegangan bolak-balik dari belitan L2 ke belitan L3 dan penurunan tegangan melintasi kapasitor C1. Ketika mencapai nilai tertentu, elemen ambang batas beralih. Choke L4 menghilangkan penetrasi tegangan bolak-balik dari rangkaian pengukuran ke dalam rangkaian yang dikontrol, dan juga menghilangkan shunting dari rangkaian pengukuran oleh konduktivitas dari rangkaian yang dikontrol.

Sensitivitas perangkat ini dapat disesuaikan:
- pemilihan jumlah belitan belitan L1, L2, L3;
- memilih jenis rangkaian magnet transformator;
- menyesuaikan ambang respons elemen ambang batas.

Kelebihan perangkat ini adalah kemudahan implementasi, tidak adanya kontak mekanis.

Kelemahan signifikannya adalah penetrasi tegangan bolak-balik dari IPT ke dalam rangkaian yang dikontrol (namun, di sebagian besar aplikasi, rangkaian yang dikontrol memiliki kapasitor pemblokiran, yang mengurangi efek ini). Penetrasi tegangan bolak-balik ke dalam rangkaian terkontrol berkurang dengan meningkatnya rasio jumlah belitan belitan L2 dan L3 dengan jumlah belitan belitan L1 dan dengan peningkatan induktansi induktor L4.

Sampel percobaan IPT jenis ini dirakit pada inti magnet cincin ukuran standar K10x8x4 yang terbuat dari ferit grade 2000NM. Lilitan L1 mempunyai 10 lilitan kawat PEV-2 dengan diameter 0,4 mm, lilitan L2 dan L3 masing-masing mempunyai 30 lilitan kawat PEV-2 dengan diameter 0,1 mm. Choke L4 dililitkan pada ring yang sama dan memiliki 30 lilitan kawat PEV-2 dengan diameter 0,4 mm. Diode VD1 - KD521 A. Kapasitor C1 - KM6 dengan kapasitas 0,1 μF. Satu inverter dari sirkuit mikro K561LN1 digunakan sebagai elemen ambang batas. Tegangan persegi panjang ("berliku-liku") dengan frekuensi 10 kHz dan amplitudo 5 V diterapkan pada belitan L2. IPT ini secara andal menunjukkan adanya arus dalam rangkaian yang dikontrol dalam kisaran 10...1000 mA. Tentunya, untuk memperluas jangkauan arus terkendali ke arah peningkatan batas atas, perlu dilakukan peningkatan diameter kawat belitan L1 dan L2, serta pemilihan inti magnet dengan ukuran standar yang lebih besar.

Sirkuit IPT jenis ini, ditunjukkan pada Gambar., memiliki parameter yang jauh lebih baik. 14.

Di sini, inti magnet transformator terdiri dari dua cincin ferit, belitan L1 dan L3 dililitkan pada kedua cincin, dan belitan L1 dan L4 dililitkan pada cincin yang berbeda sehingga tegangan yang diinduksi di dalamnya saling mengimbangi. Desain sirkuit magnetik diilustrasikan pada Gambar. 15.

Untuk kejelasan, inti diberi jarak, dalam desain sebenarnya inti-inti tersebut ditekan satu sama lain.

Pada IPT jenis ini hampir sama sekali tidak terjadi penetrasi tegangan bolak-balik dari rangkaian pengukur ke dalam rangkaian yang dikontrol dan praktis tidak terjadi shunting pada rangkaian pengukuran oleh konduktifitas rangkaian yang dikontrol. Sampel eksperimental IPT dibuat, diagramnya ditunjukkan pada Gambar. 16.

Generator pulsa siklus kerja tinggi dipasang pada inverter D1.1-D1.3 (penggunaan pulsa tersebut secara signifikan mengurangi konsumsi daya IPT). Dengan tidak adanya eksitasi, resistor dengan resistansi 10...100 kOhm harus disertakan dalam kabel yang menghubungkan pin 2, 3 dari sirkuit mikro dengan resistor R1, R2 dan kapasitor C1.

Elemen C2, SZ, VD2, VD3 membentuk penyearah dengan tegangan dua kali lipat. Inverter D1.4 bersama dengan LED HL1 memberikan indikasi ambang batas adanya pulsa pada keluaran transformator (belitan L3).

Pada IPT ini digunakan cincin ferit merk VT (digunakan pada sel memori komputer) dengan dimensi 8x4x2 mm. Gulungan L2 dan L3 masing-masing mempunyai 20 lilitan kawat PEL-2 dengan diameter 0,1 mm, lilitan L1 dan L4 masing-masing mempunyai 20 lilitan kawat PEL-2 dengan diameter 0,3 mm.

Sampel ini dengan yakin menunjukkan adanya arus dalam rangkaian terkontrol dalam kisaran 40 mA...1 A. Penurunan tegangan pada IPT pada arus dalam rangkaian terkontrol 1 A tidak melebihi 0,1 V. Resistor R4 dapat digunakan untuk mengatur ambang respons, yang memungkinkan IPT ini digunakan sebagai elemen rangkaian untuk melindungi perangkat dari beban berlebih.

LITERATUR
1. Yakovlev N. Alat ukur listrik non-kontak untuk mendiagnosis peralatan elektronik. - L.: Energoatomizdat, cabang Leningrad, 1990.

2. Sirkuit mikro seri K1116. - Radio, 1990, No. 6, hal. 84; No.7, hal. 73, 74; No.8, hal. 89.

3. Perangkat switching peralatan radio-elektronik. Ed. G.Ya.Rybina. - M.: Radio dan Komunikasi, 1985.

4. Stupel F. Perhitungan dan perancangan relay elektromagnetik. - M.: Gosenergoizdat, 1950._

Radio No.4 2005.

[dilindungi email]