2S-4S litija-jonu bateriju aizsardzība pret dziļu izlādi ar izvēlētā aizsardzības režīma indikāciju

Tā kā ikdienā bieži tiek izmantotas litija-jonu baterijas, tad šoreiz autors izveidojis elektrisko principiālo shēmu, kura paredzēta no 2S līdz 4S bateriju paku (akumulatoru) aizsardzībai pret dziļu izlādi. 

Izmantojot zemāk redzamo elektrisko principiālo shēmu, lietotājs atkarībā no virknē slēgto bateriju skaita var izvēlēties vienu no trim aizsardzības režīmiem. Proti, ja shēmu paredzēts izmantot 2S bateriju pakas aizsardzībai pret dziļu izlādi, tad lietotājam jāizvēlas 2S režīms, ja 3S, tad 3S režīms, ja 4S, tad jāizvēlas 4S režīms.

Shēma papildus nodrošina izvēlētā aizsardzības režīma indikāciju, piemēram, ja spīd 2S gaismas diode, tad lietotājs ir izvēlējies 2S režīmu, ja spīd 2S un 3S gaismas diodes, tad lietotājs ir izvēlējies 3S režīmu.

2S režīmā baterijas tiek atslēgtas no slodzes, ja sprieguma līmenis kļūst mazāks par 7,4 V, 3S režīmā baterijas tiek atslēgtas no slodzes, ja sprieguma līmenis kļūst mazāks par 11,1 V, bet 4S režīmā aizsardzība nostrādās, ja sprieguma līmenis kļūs mazāks par 14,8 V.


1.1.att. 2S-4S litija-jonu bateriju aizsardzības pret dziļu izlādi elektriskā principiālā shēma

Shēmas darbības princips ir balstīts uz D1 Zēnera diodes, kura tiek izmantota kā atbalsta sprieguma avots, un U1:A operacionālā pastiprinātāja, kurš tiek izmantots kā komparators. 

Baterijas sprieguma mērīšanai tiek izmantots sprieguma dalītājs, kuru veido R4 un R5 rezistors.

Atkarībā no izvēlētā režīma (2S, 3S vai 4S) komparators salīdzina 3 V atbalsta spriegumu vai daļu no tā ar daļu no baterijas sprieguma. Slodze tiek atslēgta no bateriju pakas, ja baterijas sprieguma līmenis ir zemāks par režīmam atbilstošo spriegumu.

R1 rezistors tiek izmantots kā Zēnera diodes balasta pretestība, lai nodrošinātu stabilizācijas darba punktu un strāvas ierobežošanu caur Zēnera diodi.

R7 un R8 rezistori kopā ar R3 rezistoru veido sprieguma dalītāju, lai nodrošinātu 2S un 3S režīmus.

Režīmam atbilstošo atbalsta sprieguma vērtību var iestatīt, izmantojot SW1 slēdzi.

Nostrādājot aizsardzībai, slodze tiek atslēgta no bateriju pakas, izmantojot p-kanāla lauktranzistoru, kura vadību nodrošina U1:A operacionālais pastiprinātājs. 

R2 rezistors tiek izmantots augsta signāla līmeņa piesaistei pie lauktranzistora aizvara.

Lai lietotājs varētu redzēt, kad nostrādā aizsardzība, shēmā ir paredzēta D2 gaismas diode.

C2 keramiskais kondensators paredzēts parazītiskās induktivitātes novēršanai, lai nodrošinātu stabilāku operacionālā pastiprinātāja darbību.

Lai nodrošinātu izvēlētā režīma indikāciju, shēmā ir paredzētas 3 gaismas diodes (D3, D4 un D5).

Strāvas ierobežošanu caur katru no gaismas diodēm nodrošina R6, R12, R13 un R14 rezistors.

Tā kā gaismas diožu vadībai tiek izmantoti trīs NPN struktūras bipolārie tranzistori (Q1, Q2 un Q3), tad katram no tiem nepieciešams nodrošināt noteiktu slieksni, pie kura tas atveras, izmantojot R9, R10, R11, R15, R16 un R17 rezistoru, lai 2S režīmā spīdētu tikai 2S gaismas diode, lai 3S režīmā spīdētu 2S un 3S gaismas diodes, lai 4S režīmā spīdētu visas gaismas diodes. 

R15-R17 rezistori nodrošina bipolāro tranzistoru bāzes strāvas ierobežošanu.

Zinot to, ka sprieguma kritums starp bāzi un emiteru ir aptuveni 0,7 V,  ka katram tranzistoram bāzes-emitera pārejai paralēli ir pieslēgts rezistors, piemēram, Q1 bipolārā tranzistora gadījumā tas ir R9 rezistors, ir skaidrs, ka atlikušais spriegums (sprieguma kritums uz R17 rezistora = spriegums neinvertējošajā ieejā - sprieguma kritums starp bāzi un emiteru) paliek uz otra rezistora, kas Q1 bipolārā tranzistora gadījumā ir R17 rezistors. Sprieguma kritums uz R17 rezistora un tā pretestība nosaka bāzes strāvas vērtību, taču jāatceras, ka daļa no strāvas plūst caur R9 rezistoru. Zinot iepriekš minēto, izvēloties dažādus rezistorus, shēmā tiek nodrošināti dažādi bipolāro tranzistoru atvēršanās sliekšņi.