LED-монитор напряжения питания - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Инженерные решения

4990
LED-монитор напряжения питания

Наличие в электротехнических устройствах индикаторов отклонения напряжения питания значительно упрощает их эксплуатацию. Схем таких мониторов напряжения питания известно достаточно много. Все они имеют свои достоинства и недостатки, выполнены на различной элементной базе. В статье приводятся схемы и дано описание нескольких вариантов таких мониторов, выполненных на микросхеме TL431.


Фото 1. Внешний вид собранного устройства

Как и подавляющее большинство мониторов напряжения питания, рассматриваемые в статье устройства состоят из порогового элемента и индикаторной части. С целью упрощения устройств в схемах используется микросхема регулируемого прецизионного интегрального стабилитрона типа LM431. Ее отечественным аналогом является микросхема КР142ЕН19А. Она выполнена в малогабаритном корпусе ТО-92. Как и всякий стабилитрон, она имеет выводы анода А и катода. В отечественной технической литературе в большинстве случаев катод этой микросхемы обозначается буквой К, а в иностранной литературе – С. Третий электрод микросхемы – управляющий электрод. Он обозначается как УЭ или R.

За счет соблюдения высоких стандартов при изготовлении этой микросхемы достигнута стабильность напряжения переключения этого интегрального стабилитрона – 2,5 В. Если напряжение на входе микросхемы (UR-C) менее чем 2,5 В, то выходной транзистор этой микросхемы находится в непроводящем состоянии и потребление тока всей микросхемой не превышает 1 мА. Как только входное управляющее напряжение достигнет оговоренного уровня, выходной транзистор микросхемы переходит в насыщенное состояние. Падение напряжения на микросхеме в этом состоянии составляет примерно 2 В.

Допустимое падение напряжения на микросхеме в ее запертом состоянии составляет 2,5…36 В. Максимальный ток нагрузки этого параллельного стабилизатора напряжения не должен превышать 100 мА. Такого значения допустимого тока микросхемы более чем достаточно для питания практически любых индикаторных светодиодов.

При разработке схемы мониторинга напряжения питания электротехнических устройств ставилось несколько задач.

Во-первых, необходимо было создать устройство, которое бы обеспечивало светодиодную индикацию нормального значения напряжения питания радиоустройств и достижения им минимально допустимого уровня. В случае использования для питания схемы (устройства) аккумулятора это означает сигнализацию необходимости его подзарядки.

Во-вторых, схема должна быть простой для ее повторения и содержать минимальное количество радиокомпонентов.


Рис 1. LED монитор напряжения питания

Схема, показанная на рис.1, практически является типовой и широко известной. Если входное напряжение питания U выше минимально допустимого, то напряжение на входе R микросхемы DA1 регулируемого интегрального стабилизатора напряжения типа LM431 достигает 2,5 В. Выходной транзистор этой микросхемы насыщен, и светится светодиод HL1. Целесообразно в качестве HL1 использовать светодиод зеленого цвета свечения.

Резистор R6 – балластный. Его номинал определяет ток через светодиод и, соответственно, яркость его свечения. Падение напряжения на микросхеме DA1 уменьшается примерно до 2…2,5 В. Чтобы исключить в этом случае даже незначительную подсветку «красного» светодиода HL2, а он обладает высокой чувствительностью к питающему напряжению, последовательно с этим светодиодом и его балластным сопротивлением R7 включен стабилитрон VD1.


Рис 2. Печатная плата

Как только напряжение на входе R микросхемы DA1 понизится и станет менее 2,5 В, выходной транзистор этой микросхемы запирается. Соответственно, напряжение на его катоде (вывод С) повышается и стремится к потенциалу +U относительно потенциала анода (вывод А). Светодиод HL1 зеленого цвета свечения погасает, а светодиод HL2 красного цвета свечения включится.


Фото 2. Печатная плата

 

В качестве HL2 использован красный «мигающий» светодиод, который при подаче на него напряжения начинает мигать с периодичностью 0,8…1,1 с. Резистор R5 обеспечивает большую часть тока через HL2 и DA1 в этом режиме. Это снижает ток через светодиод HL1 и исключает его свечение.


Рис 3. Монтажная плата

На рис.2 показан рисунок печатной платы устройства, а на рис.3 – расположение радиокомпонентов на плате. Внешний вид собранного устройства показан на фото 1.


Рис 4. Монтажная плата

Широко распространены светодиодные матрицы, содержащие в своем составе два или более кристалла. Как известно, единичные светодиоды различных цветов излучения имеют в них общий катод или анод. Значительно реже можно встретить в продаже двухцветные светодиоды со встречно-параллельным соединением электродов.


Рис 5. Печатная плата устройства

Но вот однажды автором были приобретены двухцветные (красно-зеленые) светодиоды, но с последовательным, а не встречным включением излучающих кристаллов (рис.7). Поскольку таких светодиодных матриц было приобретено более 10 штук, можно сделать вывод, что это не случайный дефект производства, а действительно реальный вид продукции радиоэлектронной промышленности. К сожалению, на радиорынке, как это обычно там и бывает, продавец не смог сообщить заводское обозначение этих изделий, поэтому оно не приводится и в этой статье. Схема с использованием такого двухцветного светодиода показана на рис.4, печатная плата устройства – на рис.5, а расположение компонентов на ней – на рис.6. Внешний вид собранного устройства показан на фото 2. Цоколевка компонентов устройства, схема которого показана на рис.4, приведена на рис.7.


Рис 6. Расположение компонентов

Схемы рис.1 и рис.4 просты и содержат минимальное количество радиокомпонентов. Их основным конструктивным недостатком является то, что подчас трудно подобрать номиналы резисторов R5–R7 так, чтобы обеспечить достаточно высокую яркость свечения светодиодов, но при этом полностью погасить свечение «нерабочего» в данном режиме светодиода.


Рис 7. Цоколевка компонентов устройства

Дополнительно разработанная автором схема рис.8 решает эту проблему. Яркость свечения светодиодов HL1 и HL2 не зависит от режима работы микросхемы DA1, т.е. от величины сопротивления резистора R5. Транзисторы VT1 и VT2 работают в ключевом режиме. Резисторы R7 и R10 определяют ток базы транзисторов. Для того чтобы исключить подсветку светодиода HL2 током базы транзистора VT2 при запертом состоянии транзистора VT1, в схему установлен резистор R9. Резистор R8 способствует надежному запиранию транзистора VT1 при насыщении выходного транзистора микросхемы DA1.


Рис 8. Дополнительно разработанная автором схема

Доработанная схема монитора показана на рис.9 и имеет то преимущество, что позволяет не только индицировать заряженное или разряженное состояние аккумулятора питания. Дело в том, что как только напряжение аккумулятора U понизится до оговоренного при настройке схемы уровня, выходной транзистор микросхемы DА1 запирается, а транзистор VT1 – отпирается. Через диод VD1 к резисторам R2, R3 входного делителя R1–R3 компаратора микросхемы DA1 подключается резистор R12. В результате этого компаратор DA1 «запомнит» пониженное напряжение на своем входе до тех пор, пока не произойдет подзарядка аккумулятора внешней схемой или устройством. При указанных на схеме номиналах R1–R3, R12 схема переключится после подзарядки 12-вольтового аккумулятора примерно на 15%.


Рис 9. Доработанная схема монитора

Номиналы резисторов R1, R3, R12 показаны на рис.9 в соответствии с номиналом подстроечного резистора R2 – 10 кОм. Если при повторении схемы возникают проблемы с наличием резистора именно этого номинала, то вполне допустимо применить и другие, например, сопротивлением 47 кОм. Если же имеется в наличии лишь сопротивление меньшего номинала, например на 1 кОм, то достаточно будет пропорционально уменьшить номиналы и других вышеуказанных резисторов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus