2-cellige NiMH-batterijbeveiligingsschakeling(en) - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Als je hier bent gekomen, weet je waarschijnlijk waarom. Als alles wat je wilt zien een snelle oplossing is, ga dan meteen door naar stap 4, waarin het circuit wordt beschreven dat ik uiteindelijk zelf heb gebruikt. Maar als je niet helemaal zeker weet of je deze oplossing echt wilt of iets anders, je bent nieuwsgierig naar de achtergrond, of je vindt het gewoon leuk om enkele interessante plekken op mijn reis van vallen en opstaan te bezoeken, hier is de uitgebreide versie:

Het probleem

Je hebt een elektronicaproject dat je van stroom wilt voorzien met oplaadbare batterijen. LiPo is de batterijtechnologie du jour, maar lithiumbatterijen brengen nog steeds een aantal slechte gewoonten met zich mee, zoals het niet hebben van een standaardvormfactor die klaar is voor de supermarkt, speciale opladers vereisen (één voor elke vormfactor) en zich gedragen als echte dramakoninginnen wanneer ze mishandeld worden (vlam vatten, en dingen). NiMH-oplaadbare batterijen zijn daarentegen verkrijgbaar in standaardvormfactoren van AA tot AAA tot wat dan ook, wat betekent dat u dezelfde batterijen kunt gebruiken voor uw digitale camera, uw zaklamp, uw speelgoed-RC-auto en uw doe-het-zelf-elektronica. Sterker nog, je hebt er waarschijnlijk toch een heleboel liggen. Ze staan ook veel minder bekend om het veroorzaken van problemen, behalve dat een ding dat ze echt niet leuk vinden, is om "diep ontladen" te worden.

Dit probleem wordt veel ernstiger als u een "step-up buck-converter" gebruikt om uw ingangsspanning te verhogen - zeg tot 5V voor het voeden van een Arduino. Terwijl je RC-auto langzamer en langzamer zal rijden naarmate je batterijen leeg raken, zal een buck-converter zijn best doen om de uitgangsspanning constant te houden, zelfs als de ingangsspanning afneemt, en dus zou je de laatste paar elektronen uit je batterij kunnen zuigen, zonder enig zichtbaar teken van problemen.

Dus wanneer moet je stoppen met ontladen?

Een volledig opgeladen NiMH-cel heeft een typische spanning van ongeveer 1,3 V (tot 1,4 V). Voor het grootste deel van zijn inschakelduur levert hij ongeveer 1,2 V (de nominale spanning), die langzaam daalt. Bij uitputting zal de spanningsval behoorlijk steil worden. Een algemeen aanvaarde aanbeveling is om te stoppen met ontladen ergens tussen 0,8 V en 1 V, op welk moment de meeste lading sowieso is opgebruikt (met veel factoren die de exacte cijfers beïnvloeden - ik zal niet verder in detail treden).

Als u echter echt de limieten wilt verleggen, moet u op uw hoede zijn voor het leegraken van uw batterij tot onder 0V, waarna deze ernstige schade zal oplopen (Waarschuwing: onthoud dat ik het hier heb over NiMH-cellen; voor LiPo's permanent schade begint veel eerder!). Hoe kan dat zelfs gebeuren? Welnu, als je meerdere NiMH-cellen achter elkaar hebt, kan een van de batterijen nog steeds in de buurt van zijn nominale spanning zijn, terwijl een andere al volledig leeg is. Nu zal de spanning van de goede cel een stroom door uw circuit blijven duwen - en door de lege cel, waardoor deze onder 0V uitgeput raakt. Deze situatie is gemakkelijker te betreden dan het op het eerste gezicht lijkt: onthoud dat de spanningsval veel steiler wordt tegen het einde van de ontlaadcyclus. Dus zelfs enkele relatief kleine initiële verschillen tussen uw cellen kunnen leiden tot zeer verschillende resterende spanningen na het ontladen. Nu wordt dit probleem groter naarmate je meer cellen in serie zet. In het geval van twee cellen die hier zijn besproken, zouden we nog steeds relatief veilig kunnen ontladen tot een totale spanning van rond de 1,3 V, wat in het ergste geval overeenkomt met de ene batterij op 0 V en de andere op 1,3 V. Het heeft echter niet veel zin om zo laag te gaan (en zoals we zullen zien, zou dat zelfs moeilijk te bereiken zijn). Als bovengrens zou stoppen ergens boven 2V echter verspillend lijken (hoewel AFAIU, in tegenstelling tot NiCd-batterijen, frequente gedeeltelijke ontladingen geen probleem vormen voor NiMH-batterijen). De meeste circuits die ik zal presenteren zullen iets daaronder mikken, tot rond de 1.8V als cut-off.

Waarom niet gewoon een off-the-self oplossing gebruiken?

Want dat blijkt niet te bestaan! Oplossingen zijn er in overvloed voor hogere aantallen cellen. Bij drie NiMH-cellen zou je standaard LiPo-beveiligingsschakelingen kunnen gaan gebruiken, en daarboven worden je opties alleen maar groter. Maar een laagspanningsuitschakeling bij of onder 2V? Ik kon er bijvoorbeeld geen vinden.

Wat ik ga presenteren

Nu, vrees niet, ik ga je niet één maar vier relatief eenvoudige circuits presenteren om precies dat te bereiken (één in elke "stap" van deze instructable), en ik ga ze in detail bespreken, zodat je weet hoe en waarom u ze moet wijzigen, mocht u daar behoefte aan hebben. Nou, om eerlijk te zijn, raad ik niet aan om mijn eerste circuit te gebruiken, dat ik gewoon toevoeg om het basisidee te illustreren. Circuits 2 en 3 werken wel, maar vereisen wat meer componenten dan Circuit 4, dat ik uiteindelijk zelf heb gebruikt. Nogmaals, als je genoeg hebt van theorie, ga dan gewoon door naar stap 4.

Stap 1: Het basisidee (dit circuit wordt niet aanbevolen!)

Laten we beginnen met het basiscircuit hierboven. Ik raad het gebruik ervan niet aan, en we zullen later bespreken waarom, maar het is perfect om de basisideeën te illustreren en om de belangrijkste elementen te bespreken die je ook in de betere circuits zult vinden, verderop in deze instructable. Trouwens, je kunt dit circuit ook in een volledige simulatie bekijken in de geweldige online simulator van Paul Falstad en Iain Sharp. Een van de weinige waarvoor u zich niet hoeft te registreren om uw werk op te slaan en te delen. Maak je geen zorgen over de bereiklijnen onderaan, maar ik zal die aan het einde van deze "stap" uitleggen.

Ok, dus om te voorkomen dat uw batterijen te ver leeg raken, heeft u a) een manier nodig om de belasting los te koppelen, en b) een manier om te detecteren wanneer het tijd is om dit te doen, d.w.z. wanneer de spanning te ver is gedaald.

Hoe de belasting in- en uitschakelen (T1, R1)?

Om te beginnen met de eerste, is de meest voor de hand liggende oplossing het gebruik van een transistor (T1). Maar welk type te kiezen? Belangrijke eigenschappen van die transistor zijn:

1. Het moet voldoende stroom verdragen voor uw toepassing. Als u een generieke bescherming wilt, wilt u waarschijnlijk minimaal 500 mA en hoger ondersteunen.
2. Het moet een zeer lage weerstand bieden wanneer het is ingeschakeld, om niet te veel spanning / vermogen van uw toch al lage voedingsspanning te stelen.
3. Het moet schakelbaar zijn met de spanning die je hebt, d.w.z. iets onder de 2V.

Punt 3 hierboven lijkt een BJT ("klassieke") transistor te suggereren, maar daar is een eenvoudig dilemma aan verbonden: wanneer de belasting aan de emitterzijde wordt geplaatst, zodat de basisstroom beschikbaar zal zijn voor de belasting, u verlaagt effectief de beschikbare spanning met de "Base-Emitter spanningsval". Meestal is dat ongeveer 0,6 V. Onbetaalbaar veel, als we het hebben over 2V totale voeding. Als u daarentegen de belasting aan de collectorzijde plaatst, "verspilt" u de stroom die door de basis gaat. Dat is in de meeste gevallen niet zo'n probleem, omdat de basisstroom slechts in de orde van grootte van een honderdste van de collectorstroom zal zijn (afhankelijk van het type transistor). Maar als u ontwerpt voor een onbekende of variabele belasting, betekent dat dat u permanent 1% van uw verwachte maximale belasting verspilt. Niet zo goed.

Dus gezien MOSFET-transistoren blinken deze uit op de punten 1 en 2 hierboven, maar de meeste typen hebben aanzienlijk meer dan 2V poortspanning nodig om volledig in te schakelen. Houd er rekening mee dat een "drempelspanning" (V-GS-(th)) iets onder de 2V niet voldoende is. U wilt dat de transistor bij 2V ver in het aan-gebied staat. Gelukkig zijn er enkele geschikte typen beschikbaar, met de laagste poortspanningen die doorgaans worden aangetroffen in P-kanaal MOSFET's (het FET-equivalent van een PNP-transistor). En toch zal uw keuze aan typen ernstig beperkt zijn, en het spijt me u dit te moeten vertellen, de enige geschikte typen die ik kon vinden zijn allemaal SMD-verpakt. Om je over die schok heen te helpen, kun je de datasheet van de IRLML6401 eens bekijken en me vertellen dat je niet onder de indruk bent van die specificaties! De IRLML6401 is ook een type dat op het moment van schrijven zeer algemeen verkrijgbaar is, en zou u niet meer dan ongeveer 20 cent per stuk moeten kosten (minder bij aankoop in volume of uit China). Dus je kunt het je zeker veroorloven om er een paar te bakken - hoewel al die van mij het hebben overleefd ondanks het feit dat ik een beginner ben in SMD-solderen. Bij 1.8V aan de gate heeft hij een weerstand van 0.125 Ohm. Goed genoeg om in de orde van 500 mA te rijden, zonder oververhitting (en hoger, met een geschikt koellichaam).

Oké, dus de IRLML6401 is wat we zullen gebruiken voor T1 in deze, en alle volgende circuits. R1 is er gewoon om standaard de poortspanning op te trekken (overeenkomend met een losgekoppelde belasting; onthoud dat dit een P-kanaal FET is).

Wat hebben we nog meer nodig?

Hoe een lage batterijspanning detecteren?

Om een meestal gedefinieerde spanningsonderbreking te bereiken, misbruiken we een rode LED als een - relatief - scherpe spanningsreferentie van rond de 1,4V. Mocht je een Zener-diode met een geschikte spanning bezitten, dan zou dat veel beter zijn, maar een LED lijkt nog steeds een stabielere spanningsreferentie te bieden dan twee reguliere siliciumdiodes in serie. R2 en R3 dienen om a) de stroom door de LED te beperken (merk op dat we geen waarneembaar licht willen produceren), en b) de spanning aan de basis van T2 iets verder te verlagen. Je zou R2 en R3 kunnen vervangen door een potmeter voor een enigszins instelbare uitschakelspanning. Als de spanning die aankomt op de basis van T2 ongeveer 0,5 V of hoger is (genoeg om de spanningsval van de basis-emitter van T2) te overwinnen, zal T2 beginnen te geleiden, de poort van T1 naar laag trekken en zo de belasting aansluiten. Trouwens, T2 kan worden beschouwd als uw tuinvariant: wat voor kleine signaal NPN-transistor er ook in uw gereedschapskist blijft hangen, hoewel een hoge versterking (hFe) de voorkeur heeft.

Je vraagt je misschien af waarom we T2 überhaupt nodig hebben, en niet alleen onze geïmproviseerde spanningsreferentie verbinden tussen aarde en de poortpin van T1. Welnu, de reden hiervoor is vrij belangrijk: we willen zo snel mogelijk schakelen tussen aan en uit, omdat we willen voorkomen dat T1 voor langere tijd in een "half-aan"-status blijft. Terwijl hij half aan is, zal T1 fungeren als een weerstand, wat betekent dat de spanning tussen source en drain zal dalen, maar de stroom nog steeds vloeit, en dit betekent dat T1 zal opwarmen. Hoeveel het zal verwarmen, hangt af van de impedantie van de belasting. Als het bijvoorbeeld 200 Ohm is, dan zal bij 2V 10mA stromen, terwijl T1 volledig aan is. De slechtste toestand is nu dat de weerstand van T1 overeenkomt met deze 200 Ohm, wat betekent dat 1V over T1 zal dalen, de stroom zal dalen tot 5mA en 5mW vermogen zal moeten worden afgevoerd. Eerlijk genoeg. Maar voor een belasting van 2 Ohm zal T1 500mW moeten dissiperen, en dat is veel voor zo'n klein apparaatje. (Het valt eigenlijk binnen de specificaties voor de IRLML6401, maar alleen met een geschikt koellichaam, en veel succes met het ontwerpen daarvoor). Houd er in dit verband rekening mee dat als een step-up-spanningsomvormer is aangesloten als de primaire belasting, deze de ingangsstroom zal verhogen als reactie op een dalende ingangsspanning, waardoor onze thermische problemen worden vermenigvuldigd.

Take home message: We willen dat de overgang tussen aan en uit zo scherp mogelijk is. Dat is waar het bij T2 om draait: de overgang scherper maken. Maar is T2 goed genoeg?

Waarom dit circuit het niet snijdt?

Laten we eens kijken naar de oscilloscooplijnen die onderaan de simulatie van Circuit 1 worden getoond. Het is je misschien opgevallen dat ik een driehoekgenerator van 0 tot 2,8 V heb geplaatst op de plaats van onze batterijen. Dit is slechts een handige manier om een beeld te krijgen van wat er gebeurt als de batterijspanning (bovenste groene lijn) verandert. Zoals te zien is aan de gele lijn, stroomt er vrijwel geen stroom terwijl de spanning lager is dan ongeveer 1,9 V. Mooi zo. Het overgangsgebied tussen ongeveer 1,93V en 1,9V lijkt op het eerste gezicht steil, maar aangezien we het hebben over een batterij die langzaam ontlaadt, komt die.3V nog steeds overeen met veel tijd doorgebracht in een staat van overgang tussen volledig aan en volledig uit. (De groene lijn onderaan geeft de spanning aan de poort van T1) aan.

Wat echter nog erger is aan dit circuit, is dat als het eenmaal is uitgeschakeld, zelfs een klein herstel van de batterijspanning het circuit weer in de half-aan-toestand zal duwen. Aangezien de batterijspanning de neiging heeft om enigszins te herstellen wanneer een belasting wordt afgesneden, betekent dit dat ons circuit lange tijd in de overgangstoestand zal blijven hangen (waarbij het belastingscircuit ook in een halfgebroken toestand zal blijven, mogelijk verzenden een Arduino door honderden herstartcycli, bijvoorbeeld).

Tweede take home message: We willen niet dat de belasting te snel weer wordt aangesloten, wanneer de batterij zich herstelt.

Laten we verder gaan met stap 2 voor een manier om dit te bereiken.

Stap 2: Hysterese toevoegen

Aangezien dit een circuit is dat je misschien wilt bouwen, zal ik een onderdelenlijst geven voor die onderdelen die niet duidelijk zijn uit het schema:

• T1: IRLML6401. Zie "Stap 1" voor een discussie, waarom.
• T2: Elke gewone NPN-transistor met klein signaal. Ik gebruikte BC547 bij het testen van dit circuit. Elk veelvoorkomend type zoals 2N2222, 2N3904 zou het net zo goed moeten doen.
• T3: Elke gewone PNP-transistor met klein signaal. Ik gebruikte BC327 (had geen BC548). Gebruik opnieuw het meest voorkomende type dat voor u het meest geschikt is.
• C1: Type maakt niet zoveel uit, goedkoop keramiek is voldoende.
• De LED is een standaard rood 5mm type. Kleur is belangrijk, hoewel de LED nooit zichtbaar zal oplichten: het doel is om een bepaalde spanning te laten vallen. Mocht u een Zenerdiode hebben tussen 1V en 1,4V Zenerspanning, gebruik die dan in plaats daarvan (aangesloten in omgekeerde polariteit).
• R2 en R3 zouden kunnen worden vervangen door een 100k potentiometer, voor fijnafstemming van de afsnijspanning.
• De "lamp" vertegenwoordigt gewoon uw lading.
• De weerstandswaarden kunnen uit het schema worden gehaald. De exacte waarden zijn echter niet echt belangrijk. De weerstanden hoeven niet precies te zijn en hoeven ook geen aanzienlijk vermogen te hebben.

Wat is het voordeel van dit circuit ten opzichte van Circuit 1?

Kijk naar de scooplijnen onder het schema (of voer de simulatie zelf uit). Nogmaals, de bovenste groene lijn komt overeen met de batterijspanning (hier voor het gemak overgenomen van een driehoekgenerator). De gele lijn komt overeen met de stroom die vloeit. De onderste groene lijn geeft de spanning aan de poort van T1 weer.

Als je dit vergelijkt met de scooplijnen voor Circuit 1, merk je dat de overgang tussen aan en uit veel scherper is. Dit is vooral duidelijk als we naar de T1-poortspanning onderaan kijken. De manier om dit voor elkaar te krijgen, was door een positieve feedbacklus aan T2 toe te voegen via de nieuw toegevoegde T3. Maar er is nog een belangrijk verschil (hoewel je adelaarsogen nodig hebt om het te zien): terwijl het nieuwe circuit de belasting rond 1,88V zal afsnijden, zal het de belasting niet (opnieuw) aansluiten totdat de spanning stijgt tot boven 1,94V. Deze eigenschap genaamd "hysterese" is een ander bijproduct van de toegevoegde feedbacklus. Terwijl T3 "aan" is, zal het de basis van T2 voorzien van een extra positieve bias, waardoor de afsnijdrempel wordt verlaagd. Hoewel T3 al is uitgeschakeld, wordt de drempel voor het weer inschakelen niet op dezelfde manier verlaagd. De praktische consequentie is dat het circuit niet zal fluctueren tussen aan en uit, aangezien de accuspanning daalt (met belasting aangesloten), dan een heel klein beetje herstelt (met belasting losgekoppeld) en dan daalt… Goed! De exacte hoeveelheid hysterese wordt geregeld door R4, waarbij lagere waarden een grotere kloof tussen aan- en uitdrempels geven.

Tussen haakjes, het stroomverbruik van dit circuit wanneer het is uitgeschakeld, is ongeveer 3 microampère (ver onder de zelfontladingssnelheid) en de overhead terwijl het is ingeschakeld, is ongeveer 30 microampère.

Dus waar gaat C1 over?

Nou, C1 is volledig optioneel, maar ik ben nog steeds nogal trots op het idee: wat gebeurt er als je de batterijen handmatig loskoppelt terwijl ze bijna leeg zijn, bijvoorbeeld 1,92V? Bij het opnieuw aansluiten zouden ze niet sterk genoeg zijn om het circuit opnieuw te activeren, ook al zouden ze nog steeds goed zijn voor een andere tijd in een draaiend circuit. C1 zorgt daarvoor: als de spanning plotseling stijgt (batterijen opnieuw aangesloten), zal er een kleine stroom uit C1 vloeien (de LED omzeilen) en resulteren in een korte inschakeling. Als de aangesloten spanning boven de uitschakeldrempel ligt, houdt de terugkoppellus deze aan. Als het onder de uitschakeldrempel ligt, wordt het circuit snel weer uitgeschakeld.

Excursus: Waarom gebruik je de MAX713L niet voor laagspanningsdetectie?

Je kunt je afvragen of er echt zoveel onderdelen nodig zijn. Is er niet iets kant-en-klaar? Nou, MAX813L leek me een goede match. Het is vrij goedkoop en zou goed genoeg moeten zijn om in ieder geval T2, T3, de LED en R1 te vervangen. Zoals ik echter op de harde manier ontdekte, heeft de "PFI" -pin van de MAX813L (ingang voor detectie van stroomuitval) een vrij lage impedantie. Als ik een spanningsdeler van meer dan ongeveer 1k zou gebruiken om PFI te voeden, zou de overgang tussen aan en uit bij "PFO" zich over enkele tientallen volt gaan uitstrekken. Welnu, 1k komt overeen met een constante stroom van 2 mA terwijl deze is afgesneden - onbetaalbaar veel, en bijna duizend keer zoveel als dit circuit nodig heeft. Bovendien zwaait de PFO-pin niet tussen aarde en het volledige voedingsspanningsbereik, dus met de kleine hoofdruimte die we hebben voor het aansturen van onze vermogenstransistor (T1), zouden we ook een hulp-NPN-transistor opnieuw moeten plaatsen.

Stap 3: Variaties

Er zijn veel variaties mogelijk op het thema van de positieve feedbacklus die we in stap 2 / Circuit 2 hebben geïntroduceerd. De hier gepresenteerde verschilt van de vorige doordat deze, eenmaal uitgeschakeld, niet vanzelf opnieuw wordt geactiveerd bij een stijgende batterijspanning. Integendeel, zodra de uitschakeldrempel is bereikt, moet u (de batterijen vervangen en) op een optionele drukknop (S2) drukken om deze opnieuw te starten. Voor de goede orde heb ik een tweede drukknop toegevoegd om het circuit handmatig uit te schakelen. De kleine opening in de scooplijnen laat zien waar ik het circuit aan, uit en aan heb gezet voor demonstratiedoeleinden. De uitschakeling op laagspanning gebeurt natuurlijk automatisch. Probeer het gewoon in de simulatie, als ik het niet goed beschrijf.

De voordelen van deze variatie zijn dat deze de scherpste afsnijding biedt van de tot nu toe beschouwde circuits (bij exact 1,82 V in de simulatie; in de praktijk zal het niveau van het afkappunt afhangen van de gebruikte onderdelen, en kan variëren met de temperatuur of andere factoren, maar het zal erg scherp zijn). Het vermindert ook het stroomverbruik terwijl het is uitgeschakeld tot een kleine 18nA.

Technisch gezien was de truc om dit mogelijk te maken het verplaatsen van het spanningsreferentienetwerk (LED, R2 en R3) van direct aangesloten op de batterij naar aangesloten na T2, zodat het samen met T2 wordt uitgeschakeld. Dit helpt bij het scherpe afkappunt, want zodra T2 maar een klein beetje begint af te sluiten, zal ook de spanning die beschikbaar is voor het referentienetwerk beginnen te dalen, waardoor een snelle feedbacklus van volledig aan naar volledig uit ontstaat.

De knoppen verwijderen (als je dat wilt)

Natuurlijk, als je niet graag op knoppen hoeft te drukken, haal je de knoppen er gewoon uit, maar sluit je een 1nF-condensator en een 10M Ohm-weerstand aan (exacte waarde maakt niet uit, maar moet minstens drie of vier keer meer zijn dan R1) parallel van de poort van T1 naar aarde (waar S2 was). Nu, wanneer u nieuwe batterijen plaatst, wordt de poort van T1 kort naar beneden getrokken (totdat C1 is opgeladen), en dus wordt het circuit automatisch ingeschakeld.

De onderdelenlijst

Aangezien dit een ander circuit is dat u misschien wilt bouwen: De onderdelen zijn precies hetzelfde als gebruikt voor Circuit 2 (behalve de verschillende weerstandswaarden zoals blijkt uit het schema). Belangrijk is dat T1 nog steeds IRLML6401 is, terwijl T2 en T3 respectievelijk generieke NPN- en PNP-transistoren voor kleine signalen zijn.

Stap 4: Vereenvoudigen

Circuit 2 en 3 zijn prima als je het mij vraagt, maar ik vroeg me af of ik het met minder onderdelen zou kunnen doen. Conceptueel heeft de terugkoppellus die circuits 2 en 3 aandrijft slechts twee transistors nodig (T2 en T3 daarin), maar ze hebben ook T1, afzonderlijk, voor het regelen van de belasting. Kan T1 worden gebruikt als onderdeel van de feedbacklus?

Ja, met enkele interessante implicaties: zelfs wanneer ingeschakeld, heeft T1 een lage, maar niet nul weerstand. Daarom daalt de spanning over T1, meer voor hogere stromen. Met de basis van T2 aangesloten na T1, beïnvloedt die spanningsdaling de werking van het circuit. Om te beginnen zullen hogere belastingen een hogere uitschakelspanning betekenen. Volgens de simulatie (OPMERKING: voor eenvoudiger testen heb ik C1 verwisseld voor een drukknop, hier), voor een belasting van 4 Ohm is de cut-off op 1,95V, voor 8 Ohm bij 1,8V, voor 32 Ohm bij 1,66V, en voor 1k Ohm bij 1.58V. Verder verandert er niet veel. (De werkelijke waarden zullen verschillen van de simulator, afhankelijk van uw T1-exemplaar, het patroon zal vergelijkbaar zijn). Al die grenswaarden vallen binnen veilige grenzen (zie inleiding), maar dat is weliswaar niet ideaal. NiMH-batterijen (en met name verouderde) zullen een snellere spanningsdaling laten zien voor snelle ontladingen, en idealiter zou voor hoge ontladingssnelheden de spanningsuitschakeling lager moeten zijn, niet hoger. Tegelijkertijd biedt dit circuit echter een effectieve bescherming tegen kortsluiting.

Oplettende lezers zullen ook hebben opgemerkt dat de uitsnijding in de scooplijnen erg oppervlakkig lijkt, zelfs in vergelijking met Circuit 1. Dit is echter geen probleem. Het is waar dat het circuit ongeveer 1/10 seconde nodig heeft om volledig uit te schakelen, maar het spanningspunt, waar de uitschakeling plaatsvindt, is nog steeds strikt gedefinieerd (in de simulatie moet u een constante DC inwisselen bron, in plaats van de driehoeksgenerator om dit te zien). De tijdskarakteristiek is te wijten aan C1 en gewenst: het beschermt tegen voortijdige zelfuitschakeling in het geval de belasting (denk aan: een step-up converter) korte stroompieken trekt, in plaats van een meestal constante stroom. Trouwens, het tweede doel van C1 (en R3, de weerstand die nodig is om C1 te ontladen) is om het circuit automatisch opnieuw te starten wanneer de batterij wordt losgekoppeld/opnieuw aangesloten.

De onderdelenlijst

De benodigde onderdelen zijn weer hetzelfde als bij de voorgaande schakelingen. Vooral:

• T1 is IRLML6401 - zie Stap 1 voor een bespreking van het (gebrek aan) alternatieven
• T2 is een generiek klein signaal NPN
• C1 is een goedkope keramiek
• De weerstanden zijn ook goedkoop. Noch precisie, noch vermogenstolerantie is vereist, en de waarden in het schema zijn meestal een ruwe oriëntatie. Maak je geen zorgen over het wisselen van vergelijkbare waarden.

Welke schakeling past het beste bij mij?

Nogmaals, ik raad af om Circuit 1 te bouwen. Tussen Circuit 2 en 3 neig ik naar het laatste. Als u echter grotere schommelingen in uw batterijspanning verwacht (bijvoorbeeld door koude batterijen), kunt u de voorkeur geven aan een automatische herstart op basis van hysterese boven een handmatige herstart van het circuit. Circuit 4 is leuk omdat het minder onderdelen gebruikt en kortsluitbeveiliging biedt, maar als je je zorgen maakt over het uitschakelen bij een zeer specifieke spanning, dan is dit circuit niets voor jou.

In de volgende stappen zal ik je begeleiden bij het bouwen van Circuit 4. Als je een van de andere Circuits bouwt, overweeg dan om wat foto's te delen.

Stap 5: Laten we beginnen met bouwen (circuit 4)

Oké, dus we gaan Circuit 4 bouwen. Naast de elektronische onderdelen die in de vorige stap zijn vermeld, heb je nodig:

• Een batterijhouder met 2 cellen (de mijne was een AA-houder die was weggevaagd uit een kerstversiering)
• wat perfboard
• Een degelijk pincet voor het hanteren van de IRLML6401
• Een (kleine) zijsnijder
• Soldeerbout en soldeerdraad

Voorbereidende werkzaamheden

Mijn batterijhouder wordt geleverd met een schakelaar en - handig - een beetje lege hoofdruimte die perfect lijkt om ons circuit in te plaatsen. Er zit een pin in om een (optionele) schroef in te houden, en die knip ik uit met de zijsnijder. de contacten en kabels zaten er gewoon losjes in. Ik heb ze verwijderd om gemakkelijker toegang te krijgen, de draden doorgesneden en de isolatie aan de uiteinden verwijderd.

Vervolgens heb ik de elektronische onderdelen losjes in een stuk geperforeerd karton geplaatst om te zien hoeveel plaats ze zouden innemen. Grofweg wordt de onderste rij geaard, de middelste rij bevat de spanningsdetectie-elementen en de bovenste rij heeft de verbinding met de poort van T1. Ik moest de onderdelen behoorlijk dicht inpakken om alles in de benodigde ruimte te laten passen. De IRLML6401 is nog niet geplaatst. Door de pinout zal deze naar de onderkant op het perfboard moeten gaan. (LET OP dat ik T2 - een BC547 - per ongeluk verkeerd heb geplaatst! Volg dat niet blindelings, controleer de pinout van de transistor die je gebruikt nog eens - ze zijn allemaal verschillend.) Vervolgens heb ik de zijsnijder gebruikt om te knippen de perfboard op de gewenste maat.

Stap 6: Solderen - eerst het moeilijke deel

Verwijder de meeste componenten, maar steek één draad van R1, samen met de positieve draad van de batterij (in mijn geval van de batterijschakelaar) in de middelste rij, direct aan één kant. Soldeer alleen dat ene gaatje, knip de pinnen nog niet af. De andere pin van R1 gaat naar de onderste rij (van onderaf gezien), één naar links. Bevestig de perfboard horizontaal, met de onderkant naar boven.

Ok, vervolgens de IRLML6401. Dit onderdeel is niet alleen klein, maar ook gevoelig voor elektrostatische ontlading. Meestal gebeurt er niets ergs, zelfs als u het onderdeel zonder enige voorzorg behandelt. Maar er is een reële kans dat je het beschadigt of vernietigt zonder het te merken, dus laten we voorzichtig zijn. Probeer eerst geen plastic of wol te dragen terwijl je dit doet. En als je geen antistatische polsband hebt, is dit het moment om iets geaard aan te raken (misschien een radiator of een leidingen), zowel met je hand als met je soldeerbout. Pak nu voorzichtig de IRLML6401 vast met je pincet en verplaats hem naar zijn definitieve plaats, zoals weergegeven op de foto. De "S"-pin moet zich naast de pin van R1 bevinden die je hebt gesoldeerd, de andere pinnen moeten op twee andere gaten zitten, zoals weergegeven.

Neem je tijd! Err aan de kant van nauwkeurigheid, in plaats van snelheid, hier. Als je tevreden bent met de plaatsing, smelt je het soldeer opnieuw bij R1, terwijl je de IRLML6401 er voorzichtig met je pincet naar toe beweegt, zodat de "S"-pin zal worden gesoldeerd. Controleer zorgvuldig of de IRLML6401 nu gefixeerd is, en dat deze op de juiste plaats is gefixeerd (ook: plat op de perfboard). Als je niet helemaal tevreden bent met de plaatsing, smelt je het soldeer nog een keer en pas je de positie aan. Herhaal indien nodig.

Gedaan? Mooi zo. Neem een diepe zucht van verlichting en soldeer dan de tweede pin van R1 in het gat naast de "G"-pin (aan dezelfde kant van de verpakking als de "S"-pin). Zorg ervoor dat u zowel R1 als de "G"-pin aansluit. Knip de pin van R1 nog niet af!

Steek een pin van R2 en de positieve uitgangskabel door het gat naast de "D" -pin (die aan de andere kant van het transistorpakket). Soldeer die verbinding en zorg er opnieuw voor dat je de "D"-pin verbindt met R2 en de uitgangskabel.

Breng tenslotte voor de goede orde wat meer soldeer aan op het eerste soldeerpunt (de "S"-pin), nu de twee andere soldeerpunten de transistor op zijn plaats houden.

Merk op dat ik opzettelijk R1 en R2 heel dicht bij T1 plaats. Het idee is dat deze als een rudimentair koellichaam voor T1 zullen fungeren. Dus zelfs als u meer ruimte over heeft, overweeg dan om deze ook strak te houden. Op dezelfde manier, wees hier niet te zuinig met de hoeveelheid soldeer.

Alles goed tot nu toe? Super goed. Vanaf nu wordt het alleen maar makkelijker.

Stap 7: Solderen - het gemakkelijke deel

De rest van het solderen is vrij eenvoudig. Plaats de onderdelen één voor één zoals op de eerste afbeelding (behalve, let goed op de pinout van uw T2-transistor!), en soldeer ze vervolgens. Ik ben begonnen met de middelste rij. U zult merken dat ik in sommige gevallen meerdere pinnen in één gat heb gestoken (bijvoorbeeld het andere uiteinde van R2 en de lange draad van de LED), en waar dit niet mogelijk was, heb ik gewoon de pinnen van de reeds gesoldeerde elementen gebogen om de benodigde aansluiting(en).

De hele onderste rij (zoals van onderaf gezien) is verbonden met de "G"-pin van T1, en we gebruiken de pin van R2 (ik heb je gewaarschuwd om hem niet te knippen!) om die verbinding te maken (naar de collector van T2, C1, en R3).

De hele bovenste rij (van onderaf gezien) is verbonden met aarde en de pin van R3 wordt gebruikt om die verbinding te maken. De andere klem van C1, emitter van T2 en vooral de aarde van de batterij en de aardingskabel van de uitgang zijn hiermee verbonden.

De laatste twee foto's tonen het laatste circuit van onder en boven. Nogmaals, ik heb T2 verkeerd om gesoldeerd, en dat moest ik achteraf repareren (geen foto's gemaakt). Als je een BC547 gebruikt (zoals ik deed), gaat het precies andersom. Het zou echter correct zijn voor een 2N3904. Met andere woorden, zorg ervoor dat u de pin-out van de transistor dubbel controleert voordat u gaat solderen!

Stap 8: laatste stappen

Dit is een goed moment om uw circuit te testen

Als alles werkt, is de rest eenvoudig. Ik plaatste het circuit in mijn batterijhouder, samen met de schakelaar en batterijcontacten. Omdat ik me een beetje zorgen maakte dat de positieve accupool het circuit zou raken, heb ik er een beetje rode isolatietape tussen gedaan. Ten slotte heb ik de uitgaande kabels met een druppel hete lijm vastgezet.

Dat is het! Ik hoop dat je alles kunt volgen, en overweeg om foto's te plaatsen als je een van de andere circuits maakt.