دائرة (دوائر) حماية البطارية ثنائية الخلية NiMH: 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

إذا أتيت إلى هنا ، ربما تعلم لماذا. إذا كان كل ما تريد رؤيته هو حل سريع ، فانتقل مباشرة إلى الخطوة 4 ، التي توضح تفاصيل الدائرة التي انتهيت من استخدامها ، بنفسي. ولكن إذا لم تكن متأكدًا تمامًا ، سواء كنت تريد هذا الحل حقًا أو أي شيء آخر ، أو تشعر بالفضول بشأن الخلفية ، أو تستمتع فقط بزيارة بعض المواقع المثيرة للاهتمام في رحلتي للتجربة والخطأ ، فإليك الإصدار التفصيلي:

المشكلة

لديك بعض مشاريع الإلكترونيات التي تريد تشغيلها باستخدام بطاريات قابلة لإعادة الشحن. LiPo هي تقنية البطاريات اليومية ، لكن بطاريات الليثيوم لا تزال تجلب بعض العادات السيئة مثل عدم وجود عامل شكل قياسي جاهز للسوبر ماركت ، وتتطلب شواحن خاصة (واحد لكل عامل شكل) ، وتتصرف مثل ملكات الدراما الحقيقية عند سوء المعاملة (اشتعال النار ، وأشياء). في المقابل ، تتوفر إعادة شحن NiMH في عوامل الشكل القياسية من AA إلى AAA إلى أي شيء ، مما يعني أنه يمكنك استخدام نفس البطاريات للكاميرا الرقمية الخاصة بك ، ومصباحك ، وسيارة لعبتك RC ، والإلكترونيات الخاصة بك. في الواقع ، من المحتمل أن يكون لديك مجموعة منهم مستلقية ، على أي حال. كما أنهم أقل شهرة في التسبب في المشاكل ، باستثناء شيء واحد لا يحبونه حقًا وهو "التفريغ العميق".

تصبح هذه المشكلة أكثر خطورة ، إذا كنت تستخدم "محول باك تصاعدي" لزيادة جهد الدخل - قل 5 فولت لتشغيل اردوينو. بينما ستتحرك سيارة RC الخاصة بك بشكل أبطأ وأبطأ مع نفاد البطاريات الخاصة بك ، سيحاول محول باك جاهدًا الحفاظ على جهد الخرج ثابتًا ، حتى أثناء تضاؤل جهد الدخل ، وبالتالي يمكنك امتصاص الإلكترونات القليلة المتبقية من بطاريتك ، دون أي علامة ظاهرة على وجود مشكلة.

إذن متى يجب عليك التوقف عن التفريغ؟

تحتوي خلية NiMH المشحونة بالكامل على جهد نموذجي يبلغ حوالي 1.3 فولت (حتى 1.4 فولت). بالنسبة لمعظم دورة عملها ، ستزود حوالي 1.2 فولت (جهدها الاسمي) ، وتنخفض ببطء. بالقرب من النضوب ، سيصبح انخفاض الجهد حادًا جدًا. التوصية الشائعة هي التوقف عن التفريغ في مكان ما بين 0.8 فولت و 1 فولت ، وعند هذه النقطة سيتم استخدام معظم الشحنات ، على أي حال (مع وجود الكثير من العوامل التي تؤثر على الأرقام الدقيقة - لن أخوض في أي تفاصيل أخرى).

ومع ذلك ، إذا كنت تريد حقًا دفع الحدود ، فإن الموقف الذي يجب أن تكون حذرًا بشأنه هو استنزاف البطارية إلى أقل من 0 فولت ، وعند هذه النقطة ستعاني من أضرار جسيمة (تحذير: تذكر أنني أناقش خلايا NiMH ، هنا ؛ من أجل LiPos الدائم سيبدأ الضرر قبل ذلك بكثير!). كيف يمكن أن يحدث هذا؟ حسنًا ، عندما يكون لديك عدة خلايا NiMH متتالية ، فقد تظل إحدى البطاريات قريبة من جهدها الاسمي ، بينما تكون البطاريات الأخرى مستنفدة بالفعل. الآن سيستمر جهد الخلية الجيدة في دفع التيار عبر دائرتك - ومن خلال الخلية الفارغة ، مما يؤدي إلى استنزافه إلى أقل من 0 فولت. هذا الموقف أسهل للدخول إليه مما قد يبدو للوهلة الأولى: تذكر أن انخفاض الجهد يصبح أكثر حدة في نهاية دورة التفريغ. وبالتالي ، حتى بعض الاختلافات الأولية البسيطة نسبيًا بين خلاياك قد تؤدي إلى جهد متبقي مختلف جدًا بعد التفريغ. الآن تصبح هذه المشكلة أكثر وضوحًا ، وكلما زاد عدد الخلايا التي تضعها في التسلسل. بالنسبة لحالة خليتين ، تمت مناقشتهما هنا ، سنظل آمنًا نسبيًا عند التفريغ بجهد إجمالي يبلغ حوالي 1.3 فولت ، وهو ما يتوافق مع بطارية واحدة عند 0 فولت ، والأخرى عند 1.3 فولت ، في أسوأ الحالات. ومع ذلك ، لا توجد فائدة كبيرة في الوصول إلى هذا المستوى المنخفض (وكما سنرى ، سيكون من الصعب تحقيق ذلك). كحد أعلى ، ومع ذلك ، فإن التوقف في أي مكان أعلى من 2 فولت قد يبدو مضيعة للهدر (على الرغم من أن AFAIU ، على عكس بطاريات NiCd ، فإن التفريغ الجزئي المتكرر لا يمثل مشكلة لبطاريات NiMH). ستهدف معظم الدوائر التي سأقدمها إلى أقل قليلاً من ذلك ، إلى حوالي 1.8 فولت كقطع.

لماذا لا تستخدم ببساطة حلًا خارج نطاق الذات؟

لأن هذا لا يبدو أنه موجود! الحلول وفيرة لتعداد الخلايا الأعلى. في ثلاث خلايا NiMH ، يمكنك البدء في استخدام دائرة حماية LiPo القياسية ، وفوق ذلك ، تصبح خياراتك أوسع فقط. لكن قطع الجهد المنخفض عند 2V أو أقل؟ أنا لم أجد واحدة.

ما سأقدمه

الآن ، لا تخف ، سأقدم لك ليس دائرة واحدة بل أربع دوائر سهلة نسبيًا لتحقيق ذلك فقط (واحدة في كل "خطوة" من هذه التعليمات) ، وسأناقشها بالتفصيل ، لذا ستعرف كيف ولماذا تعديلها ، إذا شعرت بالحاجة. حسنًا ، لأكون صادقًا ، لا أوصي باستخدام دائري الأول ، والذي أقوم بتضمينه ببساطة لتوضيح الفكرة الأساسية. الدائرتان 2 و 3 تعملان ، لكنهما يتطلبان بعض المكونات أكثر من الدائرة 4 ، التي انتهيت من استخدامها بنفسي. مرة أخرى ، إذا سئمت النظرية ، فانتقل إلى الخطوة 4.

الخطوة 1: الفكرة الأساسية (هذه الدائرة غير موصى بها!)

لنبدأ بالدائرة الأساسية أعلاه. لا أوصي باستخدامه ، وسنناقش السبب لاحقًا ، ولكنه مثالي لتوضيح الأفكار الأساسية ، ومناقشة العناصر الرئيسية التي ستجدها أيضًا في الدوائر الأفضل ، مزيدًا من التفاصيل في هذا الدليل. راجع للشغل ، يمكنك أيضًا عرض هذه الدائرة في محاكاة كاملة في المحاكاة الرائعة عبر الإنترنت بواسطة Paul Falstad و Iain Sharp. أحد الأشياء القليلة التي لا تتطلب منك التسجيل من أجل حفظ ومشاركة عملك. لا تقلق بشأن خطوط النطاق في الجزء السفلي ، ومع ذلك ، سأشرح تلك الخطوط القريبة من نهاية هذه "الخطوة".

حسنًا ، لذلك من أجل حماية البطاريات من الاستنزاف بعيدًا جدًا ، فأنت بحاجة إلى أ) طريقة لفصل الحمل ، و ب) طريقة لاكتشاف الوقت المناسب للقيام بذلك ، أي عندما ينخفض الجهد كثيرًا.

كيفية تشغيل وإيقاف الحمل (T1 ، R1)؟

بدءًا من الحل الأول ، سيكون الحل الأكثر وضوحًا هو استخدام الترانزستور (T1). ولكن أي نوع تختار؟ الخصائص المهمة لهذا الترانزستور هي:

1. يجب أن تتحمل تيارًا كافيًا لتطبيقك. إذا كنت تريد حماية عامة ، فربما تريد دعم ما لا يقل عن 500 مللي أمبير وما فوق.
2. يجب أن يوفر مقاومة منخفضة جدًا أثناء التشغيل ، حتى لا تسرق الكثير من الجهد / الطاقة من جهد الإمداد المنخفض بالفعل.
3. يجب أن تكون قابلة للتبديل بالجهد الذي لديك ، أي شيء أقل قليلاً من 2 فولت.

يبدو أن النقطة 3 أعلاه تشير إلى ترانزستور BJT ("كلاسيكي") ، ولكن هناك معضلة بسيطة مرتبطة بذلك: عند وضع الحمل على جانب الباعث ، بحيث يكون تيار القاعدة متاحًا للحمل ، سوف تخفض الجهد المتاح بشكل فعال عن طريق "انخفاض جهد القاعدة الباعث". عادةً ما يكون هذا حوالي 0.6 فولت. بشكل كبير ، عند الحديث عن إجمالي العرض 2V. في المقابل ، عند وضع الحمل على جانب المجمع ، سوف "تهدر" أي تيار يمر عبر القاعدة. هذه ليست مشكلة كبيرة في معظم حالات الاستخدام ، حيث سيكون التيار الأساسي بترتيب 100 من تيار المجمع (اعتمادًا على نوع الترانزستور) ، فقط. ولكن عند التصميم لحمل غير معروف أو متغير ، فهذا يعني إهدار 1٪ من الحمل الأقصى المتوقع بشكل دائم. ليس عظيما جدا.

لذا ، بالنظر إلى ترانزستورات MOSFET ، فإنها تتفوق على النقطتين 1 و 2 أعلاه ، لكن معظم الأنواع تتطلب جهد بوابة أكثر من 2 فولت لتشغيلها بشكل كامل. لاحظ أن "جهد العتبة" (V-GS- (th)) أقل بقليل من 2V لا يكفي. تريد أن يكون الترانزستور بعيدًا في المنطقة عند 2 فولت. لحسن الحظ ، هناك بعض الأنواع المناسبة المتاحة ، مع أدنى جهد بوابة موجود عادةً في MOSFETs ذات القناة P (المكافئ FET لترانزستور PNP). ولا يزال اختيارك للأنواع محدودًا للغاية ، وأنا آسف لاضطراري إلى كسرها لك ، فالأنواع المناسبة الوحيدة التي يمكن أن أجدها هي جميع أنواع SMD المعبأة. لمساعدتك في تجاوز هذه الصدمة ، ألق نظرة على ورقة البيانات الخاصة بـ IRLML6401 ، وأخبرني أنك لست معجبًا بهذه المواصفات! يعد IRLML6401 أيضًا نوعًا متاحًا على نطاق واسع جدًا في وقت كتابة هذا التقرير ، ويجب ألا يعيدك أكثر من حوالي 20 سنتًا للقطعة (أقل عند الشراء بالحجم أو من الصين). لذلك يمكنك بالتأكيد أن تقلى عددًا قليلاً من هؤلاء - على الرغم من نجاة كل ما لدي على الرغم من حقيقة أنني مبتدئ في SMD لحام. عند 1.8 فولت عند البوابة تبلغ مقاومة 0.125 أوم. جيد بما يكفي للقيادة في حدود 500 مللي أمبير ، دون ارتفاع درجة الحرارة (وأعلى ، مع المشتت الحراري المناسب).

حسنًا ، إذن IRLML6401 هو ما سنستخدمه لـ T1 في هذا ، وجميع الدوائر التالية. R1 موجود ببساطة لسحب جهد البوابة افتراضيًا (يتوافق مع الحمل غير المتصل ؛ تذكر أن هذه قناة P FET).

ماذا نحتاج ايضا؟

كيف تكتشف الجهد المنخفض للبطارية؟

من أجل تحقيق قطع جهد محدد في الغالب ، فإننا نسيء استخدام مؤشر LED الأحمر كمرجع جهد حاد نسبيًا يبلغ حوالي 1.4 فولت. إذا كنت تمتلك الصمام الثنائي Zener بجهد مناسب ، فسيكون ذلك أفضل بكثير ، ولكن لا يزال يبدو أن LED يوفر مرجعًا للجهد أكثر ثباتًا من ثنائيات السيليكون العادية المتسلسلة. يعمل R2 و R3 على أ) تقييد التيار الذي يمر عبر LED (لاحظ أننا لا نريد إنتاج أي ضوء محسوس) ، و ب) خفض الجهد عند قاعدة T2 أكثر قليلاً. يمكنك استبدال R2 و R3 بمقياس جهد لجهد قطع قابل للتعديل إلى حد ما. الآن ، إذا كان الجهد الذي يصل إلى قاعدة T2 حوالي 0.5 فولت أو أعلى (بما يكفي للتغلب على انخفاض الجهد الأساسي للباعث من T2) ، سيبدأ T2 في التوصيل ، وسحب بوابة T1 إلى المستوى المنخفض ، وبالتالي توصيل الحمل. راجع للشغل ، يمكن افتراض أن T2 هو نوع حديقتك: مهما كانت إشارة NPN الترانزستور الصغيرة التي تحدث في صندوق الأدوات الخاص بك ، على الرغم من أن التضخيم العالي (hFe) سيكون الأفضل.

قد تتساءل لماذا نحتاج إلى T2 على الإطلاق ، ولا تقم فقط بتوصيل مرجع الجهد المؤقت بين الأرض ودبوس بوابة T1. حسنًا ، السبب في ذلك مهم جدًا: نريد التبديل بين التشغيل والإيقاف في أسرع وقت ممكن ، لأننا نريد تجنب أن يكون T1 في حالة "نصف تشغيل" لأي فترة زمنية ممتدة. بينما يعمل النصف ، T1 يعمل كمقاوم ، مما يعني أن الجهد سينخفض بين المصدر والتصريف ، لكن التيار لا يزال يتدفق ، وهذا يعني أن T1 سوف يسخن. يعتمد مقدار تسخينه على مقاومة الحمل. إذا كان - على سبيل المثال ، 200 أوم ، فعند 2 فولت ، ستتدفق 10 مللي أمبير ، بينما يكون T1 قيد التشغيل بالكامل. الآن أسوأ حالة هي أن تتطابق مقاومة T1 مع 200 أوم ، مما يعني أن 1V سينخفض على T1 ، وسوف ينخفض التيار إلى 5mA ، ويجب تبديد 5mW من الطاقة. عادل بما يكفي. ولكن بالنسبة لحمل 2 أوم ، سيتعين على T1 تبديد 500 ميجاوات ، وهذا كثير لمثل هذا الجهاز الصغير. (إنها في الواقع ضمن المواصفات الخاصة بـ IRLML6401 ، ولكن فقط مع المشتت الحراري المناسب ، ونتمنى لك التوفيق في التصميم لذلك). في هذا السياق ، ضع في اعتبارك أنه إذا تم توصيل محول جهد تصاعدي كحمل أساسي ، فإنه سيزيد من تيار الإدخال استجابةً لانخفاض جهد الدخل ، وبالتالي يضاعف مشاكلنا الحرارية.

خذ رسالة المنزل: نريد أن يكون الانتقال بين التشغيل والإيقاف حادًا قدر الإمكان. هذا ما يدور حوله T2: جعل الانتقال أكثر حدة. لكن هل T2 جيد بما فيه الكفاية؟

لماذا هذه الدائرة لا تقطعها

دعنا نلقي نظرة على خطوط الذبذبات الموضحة في الجزء السفلي من محاكاة الدائرة 1. ربما لاحظت أنني وضعت مولدًا مثلثًا من 0 إلى 2.8 فولت ، بدلاً من بطارياتنا. هذه مجرد طريقة مناسبة لتصور ما يحدث عندما يتغير جهد البطارية (الخط الأخضر العلوي). كما يتضح من الخط الأصفر ، لا يتدفق أي تيار تقريبًا بينما يكون الجهد أقل من 1.9 فولت تقريبًا. حسن. تبدو منطقة الانتقال بين حوالي 1.93 فولت و 1.9 فولت شديدة الانحدار للوهلة الأولى ، ولكن بالنظر إلى أننا نتحدث عن بطارية يتم تفريغها ببطء ، فإن تلك.3 فولت لا تزال تتوافق مع الكثير من الوقت الذي يقضيه في حالة انتقال بين التشغيل الكامل والإيقاف الكامل. (يظهر الخط الأخضر في الأسفل الجهد عند بوابة T1).

ومع ذلك ، ما هو أسوأ في هذه الدائرة ، هو أنه بمجرد قطعها ، حتى الانتعاش الطفيف في جهد البطارية سيدفع الدائرة إلى حالة نصف التشغيل. بالنظر إلى أن جهد البطارية يميل إلى التعافي ، قليلاً ، عندما يتم قطع الحمل ، فهذا يعني أن دائرتنا ستبقى في حالة الانتقال لفترة طويلة (حيث ستبقى دائرة الحمل أيضًا في حالة نصف مكسورة ، مما قد يؤدي إلى الإرسال Arduino من خلال مئات دورات إعادة التشغيل ، على سبيل المثال).

ثانيًا ، خذ رسالة المنزل: لا نريد إعادة توصيل الحمولة في وقت قريب جدًا ، عند استعادة البطارية.

دعنا ننتقل إلى الخطوة 2 للحصول على طريقة لتحقيق ذلك.

الخطوة 2: إضافة التخلف

نظرًا لأن هذه دائرة ، فقد ترغب بالفعل في البناء ، سأقدم قائمة أجزاء لتلك الأجزاء غير الواضحة من التخطيطي:

• T1: IRLML6401. انظر "الخطوة 1" للمناقشة ، لماذا.
• T2: أي ترانزستور NPN ذو إشارة صغيرة مشتركة. لقد استخدمت BC547 عند اختبار هذه الدائرة. أي نوع شائع مثل 2N2222 ، 2N3904 يجب أن يكون كذلك.
• T3: أي ترانزستور PNP صغير مشترك. لقد استخدمت BC327 (لم يكن لدي أي BC548). مرة أخرى ، استخدم أي نوع شائع هو الأكثر ملاءمة لك.
• C1: النوع لا يهم حقًا ، فالخزف الرخيص سيفي بالغرض.
• LED هو نوع أحمر قياسي 5 مم. اللون مهم ، على الرغم من أن LED لن يضيء أبدًا بشكل مرئي: الغرض هو إسقاط جهد معين. إذا كنت تمتلك الصمام الثنائي Zener بين جهد Zener 1V و 1.4V ، فاستخدمه ، بدلاً من ذلك (متصل في قطبية عكسية).
• يمكن استبدال R2 و R3 بمقياس جهد 100 كيلو ، لضبط جهد القطع.
• "المصباح" يمثل ببساطة حمولتك.
• يمكن أخذ قيم المقاوم من التخطيطي. ومع ذلك ، فإن القيم الدقيقة ليست مهمة حقًا. يجب ألا تكون المقاومات دقيقة ولا يجب أن يكون لها تصنيف قوة كبير.

ما هي ميزة هذه الدائرة على الدائرة 1؟

انظر إلى خطوط النطاق أسفل المخطط (أو قم بتشغيل المحاكاة بنفسك). مرة أخرى ، يتوافق الخط الأخضر العلوي مع جهد البطارية (مأخوذ هنا من مولد مثلث للراحة). يتوافق الخط الأصفر مع التيار المتدفق. يُظهر الخط الأخضر السفلي الجهد عند بوابة T1.

بمقارنة ذلك بخطوط النطاق الخاصة بالدائرة 1 ، ستلاحظ أن الانتقال بين التشغيل والإيقاف يكون أكثر وضوحًا. يتضح هذا بشكل خاص عند النظر إلى جهد البوابة T1 في الأسفل. كانت طريقة تحقيق ذلك هي إضافة حلقة ردود فعل إيجابية إلى T2 ، عبر T3 المضافة حديثًا. ولكن هناك فرق مهم آخر (على الرغم من أنك ستحتاج إلى عيون النسر لاكتشافها): بينما ستقطع الدائرة الجديدة الحمل حول 1.88 فولت ، فإنها لن (تعيد) توصيل الحمل حتى يرتفع الجهد إلى ما فوق 1.94 فولت. هذه الخاصية المسماة "التخلفية" هي منتج ثانوي آخر لحلقة التغذية الراجعة المضافة. بينما يكون T3 "قيد التشغيل" ، فإنه سيزود قاعدة T2 بتحيز إيجابي إضافي ، وبالتالي يخفض حد القطع. ومع ذلك ، بينما تم إيقاف تشغيل T3 بالفعل ، لن يتم خفض عتبة إعادة التشغيل بالطريقة نفسها. والنتيجة العملية هي أن الدائرة لن تتأرجح بين التشغيل والإيقاف ، حيث ينخفض جهد البطارية (مع توصيل الحمل) ، ثم يتعافى قليلاً (مع فصل الحمل) ، ثم ينخفض … جيد! يتم التحكم في المقدار الدقيق للتباطؤ بواسطة R4 ، مع وجود قيم أقل تعطي فجوة أكبر بين العتبات داخل وخارج.

راجع للشغل ، يبلغ استهلاك الطاقة لهذه الدائرة أثناء إيقاف التشغيل حوالي 3 ميكرو أمبير (أقل بكثير من معدل التفريغ الذاتي) ، بينما يبلغ استهلاك الطاقة أثناء التشغيل حوالي 30 ميكرو أمبير في الثانية.

إذن ما هو كل شيء عن C1؟

حسنًا ، C1 اختياري تمامًا ، لكنني ما زلت فخورًا بالفكرة: ماذا يحدث عندما تقوم بفصل البطاريات يدويًا بينما تقترب من النفاد ، لنقل 1.92 فولت؟ عند إعادة توصيلهم ، لن يكونوا أقوياء بما يكفي لإعادة تنشيط الدائرة ، على الرغم من أنهم سيظلون جيدًا لفترة أخرى أثناء تشغيل الدائرة. سيهتم C1 بذلك: إذا ارتفع الجهد فجأة (أعيد توصيل البطاريات) ، فسوف يتدفق تيار صغير من C1 (متجاوزًا مؤشر LED) ، وينتج عن ذلك تشغيل قصير. إذا كان الجهد المتصل أعلى من عتبة القطع ، فستحافظ حلقة التغذية الراجعة على استمراره. إذا كانت أقل من عتبة القطع ، فستتوقف الدائرة بسرعة مرة أخرى.

استطراد: لماذا لا تستخدم MAX713L للكشف عن الجهد المنخفض؟

قد تتساءل ، ما إذا كانت هذه الأجزاء العديدة ضرورية حقًا. ألا يوجد شيء جاهز؟ حسنًا ، بدا MAX813L مناسبًا لي. إنها رخيصة جدًا ، ويجب أن تكون جيدة بما يكفي لتحل محل T2 و T3 و LED و R1 ، على الأقل. ومع ذلك ، كما اكتشفت بالطريقة الصعبة ، فإن دبوس "PFI" الخاص بـ MAX813L (إدخال الكشف عن فشل الطاقة) لديه مقاومة منخفضة جدًا. إذا كنت أستخدم مقسم جهد أعلى من حوالي 1 كيلو لتغذية PFI ، فإن الانتقال بين التشغيل والإيقاف عند "PFO" سيبدأ في الامتداد على عدة عشرات من الفولت. حسنًا ، 1k يتوافق مع 2mA تيار ثابت أثناء الانقطاع - كثيرًا بشكل مانع ، وتقريباً ألف ضعف ما تحتاجه هذه الدائرة. إلى جانب أن دبوس PFO لن يتأرجح بين الأرض ونطاق جهد الإمداد الكامل ، لذلك مع مساحة الرأس الصغيرة لدينا لقيادة ترانزستور الطاقة (T1) ، سيتعين علينا إعادة إدخال ترانزستور NPN إضافي أيضًا.

الخطوة 3: الاختلافات

هناك العديد من الاختلافات الممكنة حول موضوع حلقة التغذية الراجعة الإيجابية التي قدمناها في الخطوة 2 / الدائرة 2. يختلف المعروض هنا عن السابق في أنه بمجرد إيقاف تشغيله ، لن يتم إعادة تنشيطه على جهد بطارية مرتفع من تلقاء نفسه. بدلاً من ذلك ، بمجرد الوصول إلى عتبة القطع ، سيتعين عليك (استبدال البطاريات ، و) الضغط على زر ضغط اختياري (S2) لبدء تشغيله مرة أخرى. من أجل إجراء جيد ، قمت بتضمين زر ضغط ثانٍ لإيقاف تشغيل الدائرة يدويًا. تظهر الفجوة الصغيرة في خطوط النطاق أنني قمت بتبديل الدائرة وإيقاف تشغيلها لأغراض العرض التوضيحي. بالطبع ، يحدث انقطاع التيار الكهربائي المنخفض تلقائيًا. فقط جربها في المحاكاة ، إذا لم أقوم بعمل جيد في وصفها.

الآن تتمثل فوائد هذا الاختلاف في أنه يوفر أقصى حد للقطع للدوائر التي تم النظر فيها حتى الآن (عند 1.82 فولت بالضبط في المحاكاة ؛ ومن الناحية العملية ، سيعتمد مستوى نقطة الفصل على الأجزاء المستخدمة ، و يمكن أن تختلف حسب درجة الحرارة أو عوامل أخرى ، لكنها ستكون حادة جدًا). كما أنه يقلل من استهلاك الطاقة أثناء إيقاف التشغيل إلى 18 نانومتر صغير جدًا.

من الناحية الفنية ، كانت الحيلة لتحقيق ذلك هي نقل الشبكة المرجعية للجهد (LED و R2 و R3) من الاتصال المباشر بالبطارية إلى الاتصال بعد T2 ، بحيث يتم إيقاف تشغيلها جنبًا إلى جنب مع T2. يساعد هذا في نقطة القطع الحادة ، لأنه بمجرد أن يبدأ T2 في الإغلاق قليلاً فقط ، سيبدأ الجهد المتاح للشبكة المرجعية أيضًا في الانخفاض ، مما يتسبب في حدوث حلقة ردود فعل سريعة من التشغيل الكامل إلى الإيقاف الكامل.

التخلص من الأزرار (إذا أردت)

بالطبع ، إذا كنت لا تحب الضغط على الأزرار ، فما عليك سوى إخراج الأزرار ، ولكن قم بتوصيل مكثف 1nF ، ومقاوم 10M أوم (القيمة الدقيقة لا تهم ، ولكن يجب أن تكون على الأقل ثلاث أو أربع مرات أكثر من R1) بالتوازي من بوابة T1 إلى الأرض (حيث كان S2). الآن ، عند إدخال بطاريات جديدة ، سيتم سحب بوابة T1 منخفضة لفترة وجيزة (حتى يتم شحن C1) ، وبالتالي يتم تشغيل الدائرة تلقائيًا.

قائمة الأجزاء

نظرًا لأن هذه دائرة أخرى قد ترغب بالفعل في بنائها: الأجزاء هي نفسها تمامًا المستخدمة في الدائرة 2 (باستثناء قيم المقاوم المختلفة كما يتضح من التخطيطي). الأهم من ذلك ، أن T1 لا يزال IRLML6401 ، في حين أن T2 و T3 هما أي ترانزستورات NPN و PNP ذات إشارة صغيرة عامة ، على التوالي.

الخطوة 4: التبسيط

الدوائر 2 و 3 جيدة تمامًا ، إذا سألتني ، لكنني تساءلت ، ما إذا كان بإمكاني القيام بأجزاء أقل. من الناحية المفاهيمية ، تحتاج دائرة التغذية المرتدة للدائرة 2 و 3 فقط إلى ترانزستورين (T2 و T3 في هذين) ، ولكن لديهم أيضًا T1 ، بشكل منفصل ، للتحكم في الحمل. هل يمكن استخدام T1 كجزء من حلقة التغذية الراجعة؟

نعم ، مع بعض التداعيات المثيرة للاهتمام: حتى عند تشغيله ، ستتمتع T1 بمقاومة منخفضة ولكن ليست صفرية. لذلك ، ينخفض الجهد عبر T1 ، أكثر في التيارات الأعلى. مع توصيل قاعدة T2 بعد T1 ، يؤثر انخفاض الجهد هذا على عمل الدائرة. لسبب واحد ، فإن الأحمال الأعلى تعني ارتفاع قطع التيار الكهربائي. وفقًا للمحاكاة (ملاحظة: لتسهيل الاختبار ، قمت بتبديل C1 لزر ضغط ، هنا) ، لتحميل 4 أوم ، يكون القطع عند 1.95 فولت ، لـ 8 أوم عند 1.8 فولت ، لـ 32 أوم عند 1.66 فولت ، و 1 كيلو أوم عند 1.58 فولت. أبعد من ذلك لا يتغير كثيرا. (ستختلف قيم الحياة الحقيقية عن المحاكي اعتمادًا على عينة T1 الخاصة بك ، سيكون النمط مشابهًا). كل هذه الحدود الفاصلة هي ضمن الحدود الآمنة (انظر المقدمة) ، ولكن من المسلم به أن هذا ليس مثاليًا. ستظهر بطاريات NiMH (والبطاريات القديمة على وجه الخصوص) انخفاضًا أسرع في الجهد لتفريغ سريع ، ومن الناحية المثالية ، لمعدلات التفريغ العالية ، يجب أن يكون قطع التيار الكهربائي أقل وليس أعلى. ومع ذلك ، على نفس المنوال ، توفر هذه الدائرة حماية فعالة من الماس الكهربائي.

سيلاحظ القراء الحذرون أيضًا أن القطع الموضح في خطوط النطاق يبدو ضحلًا جدًا ، مقارنةً بالدائرة 1. ومع ذلك ، لا داعي للقلق. صحيح أن الدائرة ستستغرق حوالي 1/10 ثانية لإغلاقها تمامًا ، ولكن لا تزال نقطة الجهد ، حيث يحدث الإغلاق ، محددة بدقة (في المحاكاة ، سيتعين عليك التبديل في تيار مستمر ثابت المصدر ، بدلاً من مولد المثلث لرؤية هذا). ترجع الخاصية الزمنية إلى C1 والمطلوبة: فهي تحمي من الإغلاق الذاتي المبكر في حالة قيام الحمل (فكر: محول تصعيد) بسحب طفرات تيار قصيرة ، بدلاً من تيار ثابت في الغالب. راجع للشغل ، الغرض الثاني من C1 (و R3 ، المقاوم المطلوب لتفريغ C1) هو إعادة تشغيل الدائرة تلقائيًا ، كلما تم فصل / إعادة توصيل البطارية.

قائمة الأجزاء

الأجزاء المطلوبة هي نفسها مرة أخرى كما في الدوائر السابقة. خاصه:

• T1 هو IRLML6401 - راجع الخطوة 1 لمناقشة (نقص) البدائل
• T2 هو أي إشارة صغيرة عامة NPN
• C1 سيراميك رخيص
• المقاومات رخيصة بأي شيء كذلك. لا يلزم الدقة ولا تحمل القدرة ، والقيم الواردة في التخطيطي هي في الغالب اتجاه تقريبي. لا تقلق بشأن تبديل القيم المتشابهة.

أي حلبة هي الأفضل بالنسبة لي؟

مرة أخرى ، أنصح بعدم بناء الدائرة 1. بين الدائرتين 2 و 3 ، أميل نحو الأخيرة. ومع ذلك ، إذا كنت تتوقع تقلبات أكبر في جهد البطارية (على سبيل المثال بسبب برودة البطاريات) ، فقد تفضل إعادة التشغيل التلقائي بناءً على التباطؤ على إعادة التشغيل اليدوي للدائرة. الدائرة 4 لطيفة من حيث أنها تستخدم أجزاء أقل ، وتوفر حماية ماس كهربائى ، ولكن إذا كنت قلقًا بشأن الاستغناء عن جهد محدد للغاية ، فهذه الدائرة ليست مناسبة لك.

في الخطوات التالية ، سأوجهك خلال بناء الدائرة 4. إذا قمت ببناء إحدى الدوائر الأخرى ، ففكر في مشاركة بعض الصور.

الخطوة 5: لنبدأ في البناء (الدائرة 4)

حسنًا ، سنقوم ببناء الدائرة رقم 4. بالإضافة إلى الأجزاء الإلكترونية المدرجة في الخطوة السابقة ، ستحتاج إلى:

• حامل بطارية مكون من خليتين (كان لي حامل AA مسحوبًا من زينة عيد الميلاد)
• بعض بيرف بورد
• زوج مناسب من الملاقط للتعامل مع IRLML6401
• قاطع جانبي (صغير)
• لحام الحديد وأسلاك اللحام

الاستعدادات

يأتي حامل البطارية الخاص بي مزودًا بمفتاح ، و - بشكل ملائم - مساحة رأسية فارغة تبدو مثالية تمامًا لوضع دائرتنا فيها. هناك دبوس لتثبيت المسمار (اختياري) هناك ، وقمت بقصه باستخدام القاطع الجانبي. تم إدخال جهات الاتصال والكابلات بشكل فضفاض. قمت بإزالتها لتسهيل الوصول إليها ، وقطعت الأسلاك وأزلت العزل من الأطراف.

ثم قمت بعد ذلك بوضع الأجزاء الإلكترونية بشكل غير محكم في قطعة من لوحة الأداء ، من أجل معرفة مقدار المكان الذي ستشغله. تقريبًا ، سيكون الصف السفلي أرضيًا ، والصف الأوسط يحمل عناصر الكشف عن الجهد ، والصف العلوي متصل ببوابة T1. اضطررت إلى تعبئة الأجزاء بكثافة شديدة لجعل كل شيء مناسبًا للمساحة المطلوبة. لم يتم وضع IRLML6401 بعد. نظرًا لوجود pinout ، سيتعين عليه الانتقال إلى أسفل لوحة الأداء. (لاحظ أنني وضعت T2 - a BC547 - بالطريقة الخاطئة! بيرفبورد بالحجم المطلوب.

الخطوة 6: اللحام - الجزء الصعب أولاً

قم بإزالة معظم المكونات ، ولكن أدخل سلكًا واحدًا من R1 ، جنبًا إلى جنب مع السلك الإيجابي من البطارية (في حالتي من مفتاح البطارية) في الصف الأوسط ، مباشرة إلى جانب واحد. جندى تلك الفتحة فقط ، ولا تقم بقص المسامير بعد. يذهب الطرف الآخر من R1 إلى الصف السفلي (كما يتضح من الأسفل) ، أحدهما يمسك إلى اليسار. ثبت لوحة الأداء أفقيًا ، بحيث يكون الجانب السفلي لأعلى.

حسنًا ، بجانب IRLML6401. بالإضافة إلى كونه صغيرًا ، فإن هذا الجزء حساس للتفريغ الكهروستاتيكي. لن يحدث أي شيء سيء في معظم الأحيان ، حتى لو تعاملت مع الجزء دون أي احتياطات. ولكن هناك فرصة حقيقية أن تتلفها أو تدمرها دون أن تلاحظ ذلك ، لذا دعنا نحاول توخي الحذر. أولاً ، حاول ألا ترتدي البلاستيك أو الصوف أثناء القيام بذلك. أيضًا ، إذا لم يكن لديك سوار معصم مضاد للكهرباء الساكنة ، فقد حان الوقت الآن للمس شيئًا مؤرضًا (ربما المبرد أو بعض الأنابيب) ، سواء بيدك أو بمكواة اللحام. الآن ، قم بإمساك IRLML6401 بملقطك بحذر ، وحركه بالقرب من مكانه الأخير ، كما هو موضح في الصورة. يجب أن يكون الدبوس "S" بجوار دبوس R1 الذي قمت بلحامه ، ويجب أن تكون المسامير الأخرى على فتحتين أخريين كما هو موضح.

خذ وقتك! خطأ من ناحية الدقة ، وليس السرعة ، هنا. عندما تكون سعيدًا بالتنسيب ، قم بإذابة اللحام في R1 ، مرة أخرى ، مع تحريك IRLML6401 تجاهه بعناية ، باستخدام الملقط ، بحيث يصبح دبوس "S" ملحومًا. تحقق بعناية من أن IRLML6401 مثبت الآن ، وأنه مثبت في المكان الصحيح (أيضًا: مسطح على لوحة الأداء). إذا لم تكن راضيًا تمامًا عن التنسيب ، قم بإذابة اللحام مرة أخرى ، واضبط الموضع. كرر إذا لزم الأمر.

منتهي؟ حسن. خذ تنهيدة عميقة ، ثم قم بلحام الدبوس الثاني من R1 في الفتحة المجاورة للمسمار "G" (على نفس جانب العبوة مثل الدبوس "S"). تأكد من توصيل كل من R1 والدبوس "G". لا تقم بقص دبوس R1 حتى الآن!

أدخل دبوسًا واحدًا من R2 ، وسيؤدي الخرج الموجب من خلال الفتحة المجاورة للمسمار "D" (الموجود على الجانب المقابل لحزمة الترانزستور). جندى هذا الاتصال ، وتأكد مرة أخرى من توصيل دبوس "D" بـ R2 وسلك الإخراج.

أخيرًا ، من أجل إجراء جيد ، قم بتطبيق المزيد من اللحام على نقطة اللحام الأولى (دبوس "S") ، والآن بعد أن ثبتت نقطتا اللحام الأخريان الترانزستور في مكانه.

لاحظ أنني أقوم عن قصد بوضع R1 و R2 بالقرب من T1. الفكرة هي أن هذه ستعمل كمبدد حراري بدائي لـ T1. لذا ، حتى إذا كان لديك مساحة أكبر لتجنيبها ، ففكر في الاحتفاظ بها ضيقة أيضًا. على نفس المنوال ، لا تكن مقتصدًا بشأن كمية اللحام هنا.

كل شيء بخير حتى الآن؟ رائعة. الأمور تزداد سهولة من الآن فصاعدًا.

الخطوة 7: اللحام - الجزء السهل

ما تبقى من اللحام مستقيم للأمام. أدخل الأجزاء واحدًا تلو الآخر كما في الصورة الأولية (باستثناء ، انتبه جيدًا إلى pinout الخاص بالترانزستور T2!) ، ثم قم بتثبيتها. لقد بدأت بصف المنتصف. ستلاحظ أنه في بعض الحالات ، قمت بإدخال عدة دبابيس في فتحة واحدة (على سبيل المثال ، الطرف الآخر من R2 والرصاص الطويل لمصباح LED) ، وحيث لم يكن ذلك ممكنًا ، قمت فقط بثني دبابيس العناصر الملحومة بالفعل لعمل الاتصال (الاتصالات) المطلوبة.

الصف السفلي بأكمله (كما هو موضح من الأسفل) متصل بالدبوس "G" في T1 ، ونحن نستخدم دبوس R2 (لقد حذرتك من قصه!) لإجراء هذا الاتصال (بمجمع T2 ، C1 ، و R3).

الصف العلوي بأكمله (كما هو موضح من الأسفل) متصل بالأرض ، ويستخدم دبوس R3 لإجراء هذا الاتصال. يتم توصيل الطرف الآخر لـ C1 ، وباعث T2 ، والأهم من البطارية ، والرصاص الأرضي الناتج بهذا.

تظهر الصورتان الأخيرتان الدائرة النهائية من الأسفل وما فوق. مرة أخرى ، لقد قمت بلحام T2 بالطريقة الخاطئة ، واضطررت إلى إصلاح ذلك بعد الحقيقة (لم يتم التقاط صور). إذا كنت تستخدم BC547 (كما فعلت أنا) ، فإنه يسير في الاتجاه المعاكس تمامًا. سيكون صحيحًا بالنسبة إلى 2N3904 ، على الرغم من ذلك. حسنًا ، بعبارة أخرى ، فقط تأكد من التحقق مرتين من دبوس الترانزستور قبل اللحام!

الخطوة 8: الخطوات النهائية

الآن هو الوقت المناسب لاختبار دائرتك

إذا نجح كل شيء ، فسيكون الباقي بسيطًا. لقد وضعت الدائرة داخل حامل البطارية ، جنبًا إلى جنب مع مفاتيح التوصيل والبطارية. نظرًا لأنني كنت قلقًا بعض الشيء بشأن ملامسة طرف البطارية الموجب للدائرة ، فقد وضعت قليلاً من شريط العزل الأحمر بينهما. أخيرًا ، أصلحت الكابلات الصادرة بقطرة من الغراء الساخن.

هذا كل شيء! آمل أن تتمكن من متابعة كل شيء ، والتفكير في نشر الصور ، إذا قمت بإنشاء إحدى الدوائر الأخرى.