Sirkuit Perlindungan Baterai NiMH 2 Sel: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Jika Anda datang ke sini, Anda mungkin tahu, mengapa. Jika semua yang ingin Anda lihat adalah solusi cepat, maka langsung lanjutkan ke langkah 4, yang merinci sirkuit yang akhirnya saya gunakan sendiri. Tetapi jika Anda tidak yakin, apakah Anda benar-benar menginginkan solusi ini atau sesuatu yang lain, Anda penasaran dengan latar belakangnya, atau Anda hanya menikmati mengunjungi beberapa tempat menarik dalam perjalanan coba-coba saya, inilah versi rumitnya:

Masalah

Anda memiliki beberapa proyek elektronik yang ingin Anda nyalakan menggunakan baterai isi ulang. LiPo adalah teknologi baterai du jour, tetapi baterai lithium masih membawa beberapa kebiasaan buruk seperti tidak memiliki faktor bentuk standar supermarket, memerlukan pengisi daya khusus (satu untuk setiap faktor bentuk), dan berperilaku seperti ratu drama nyata ketika dianiaya (terbakar, dan barang). Sebaliknya, isi ulang NiMH tersedia dalam faktor bentuk standar dari AA hingga AAA hingga apa pun, yang berarti Anda dapat menggunakan baterai yang sama untuk kamera digital, senter, mobil RC mainan, dan elektronik diy Anda. Faktanya, Anda mungkin memiliki banyak dari mereka yang tergeletak di sekitar. Mereka juga kurang terkenal karena menyebabkan masalah, kecuali, satu hal yang tidak mereka sukai adalah "keluar".

Masalah ini menjadi jauh lebih parah, jika Anda menggunakan "konverter step up buck" untuk meningkatkan tegangan input Anda - katakan ke 5V untuk menyalakan arduino. Sementara mobil RC Anda akan bergerak lebih lambat dan lebih lambat saat baterai Anda habis, konverter buck akan berusaha keras untuk menjaga tegangan output konstan, bahkan saat tegangan input berkurang, sehingga Anda dapat menyedot beberapa elektron terakhir dari baterai Anda., tanpa tanda-tanda masalah yang terlihat.

Jadi kapan Anda harus berhenti mengosongkan?

Sel NiMH yang terisi penuh memiliki tegangan tipikal sekitar 1,3V (hingga 1,4V). Untuk sebagian besar siklus tugasnya, ia akan memasok sekitar 1.2V (tegangan nominalnya), turun perlahan. Mendekati penipisan, penurunan tegangan akan menjadi cukup curam. Rekomendasi yang umum ditemukan adalah untuk menghentikan pemakaian di suatu tempat antara 0.8V dan 1V, di mana sebagian besar muatan akan habis, bagaimanapun juga (dengan banyak faktor yang mempengaruhi angka pastinya - saya tidak akan membahas lebih detail).

Namun, jika Anda benar-benar ingin melampaui batas, situasi yang harus Anda waspadai adalah menguras baterai Anda hingga di bawah 0V, di mana ia akan mengalami kerusakan serius (Peringatan: Ingat saya sedang membahas sel NiMH, di sini; untuk LiPos permanen kerusakan akan dimulai lebih awal!). Bagaimana itu bisa terjadi? Nah, ketika Anda memiliki beberapa sel NiMH berturut-turut, salah satu baterai mungkin masih berada di dekat tegangan nominalnya, sementara yang lain sudah benar-benar habis. Sekarang tegangan sel yang baik akan terus mendorong arus melalui sirkuit Anda - dan melalui sel kosong, menghabiskannya di bawah 0V. Situasi ini lebih mudah untuk masuk daripada yang terlihat pada pandangan pertama: Ingatlah bahwa penurunan tegangan menjadi jauh lebih curam menjelang akhir siklus pelepasan. Jadi, bahkan beberapa perbedaan awal yang relatif kecil antara sel-sel Anda dapat menyebabkan tegangan sisa yang sangat berbeda setelah pemakaian. Sekarang masalah ini menjadi lebih jelas, semakin banyak sel yang Anda susun secara seri. Untuk kasus dua sel, dibahas, di sini, kita masih akan relatif aman untuk melepaskan ke tegangan total sekitar 1.3V, yang akan sesuai dengan satu baterai pada 0V, dan yang lainnya pada 1.3V, dalam kasus terburuk. Namun, tidak ada gunanya turun serendah ini (dan seperti yang akan kita lihat, itu bahkan akan sulit untuk dicapai). Sebagai batas atas, bagaimanapun, berhenti di mana saja di atas 2V akan tampak sia-sia (meskipun, AFAIU, bertentangan dengan baterai NiCd, pelepasan sebagian yang sering tidak menimbulkan masalah untuk baterai NiMH). Sebagian besar sirkuit yang akan saya sajikan akan mengarah sedikit di bawah itu, sekitar 1,8V sebagai cut-off.

Mengapa tidak menggunakan solusi off-the-self?

Karena itu tampaknya tidak ada! Solusi berlimpah untuk jumlah sel yang lebih tinggi. Pada tiga sel NiMH Anda dapat mulai menggunakan sirkuit perlindungan LiPo standar, dan di atas itu, opsi Anda hanya menjadi lebih luas. Tetapi pemutusan tegangan rendah pada atau di bawah 2V? I untuk satu tidak dapat menemukan satu.

Apa yang akan saya persembahkan

Sekarang, jangan takut, saya akan memberi Anda bukan hanya satu tetapi empat sirkuit yang relatif mudah untuk mencapai hal itu (satu di setiap "langkah" dari instruksi ini), dan saya akan membahasnya secara rinci, sehingga Anda akan tahu bagaimana dan mengapa memodifikasinya, jika Anda merasa perlu. Yah, sejujurnya, saya tidak merekomendasikan menggunakan sirkuit pertama saya, yang saya sertakan hanya untuk menggambarkan ide dasarnya. Sirkuit 2 dan 3 berfungsi, tetapi membutuhkan beberapa komponen lebih banyak daripada Sirkuit 4, yang akhirnya saya gunakan sendiri. Sekali lagi, jika Anda muak dengan teori, lewati saja ke Langkah 4.

Langkah 1: Ide Dasar (Sirkuit ini Tidak Direkomendasikan!)

Mari kita mulai dengan rangkaian dasar di atas. Saya tidak menyarankan untuk menggunakannya, dan kita akan membahas alasannya nanti, tetapi ini sempurna untuk mengilustrasikan ide-ide dasar, dan untuk membahas elemen utama yang juga akan Anda temukan di sirkuit yang lebih baik, lebih jauh lagi dalam instruksi ini. BTW, Anda juga dapat melihat sirkuit ini dalam simulasi penuh di simulator online hebat oleh Paul Falstad dan Iain Sharp. Salah satu dari sedikit yang tidak mengharuskan Anda mendaftar untuk menyimpan dan membagikan karya Anda. Jangan khawatir tentang garis lingkup di bagian bawah, namun, saya akan menjelaskannya di dekat akhir "langkah" ini.

Oke, jadi untuk melindungi baterai Anda agar tidak terkuras terlalu jauh, Anda memerlukan a) cara untuk melepaskan beban, dan b) cara untuk mendeteksi kapan saatnya melakukannya, yaitu ketika tegangan turun terlalu jauh.

Bagaimana cara menghidupkan dan mematikan beban (T1, R1)?

Dimulai dengan yang pertama, solusi yang paling jelas adalah dengan menggunakan transistor (T1). Tapi tipe mana yang harus dipilih? Sifat penting dari transistor itu adalah:

1. Ini harus mentolerir arus yang cukup untuk aplikasi Anda. Jika Anda menginginkan perlindungan generik, Anda mungkin ingin mendukung setidaknya 500mA, dan lebih tinggi.
2. Ini harus memberikan resistansi yang sangat rendah saat dinyalakan, agar tidak mencuri terlalu banyak tegangan / daya dari tegangan suplai Anda yang sudah rendah.
3. Itu harus dapat diganti dengan tegangan yang Anda miliki, yaitu sesuatu yang sedikit di bawah 2V.

Poin 3, di atas tampaknya menyarankan transistor BJT ("klasik"), tetapi ada dilema sederhana yang terkait dengan itu: Ketika meletakkan beban di sisi emitor, sehingga arus basis akan tersedia untuk beban, Anda akan secara efektif menurunkan tegangan yang tersedia dengan "penurunan tegangan Base-Emitter". Biasanya, itu sekitar 0.6V. Terlalu banyak, ketika berbicara tentang pasokan total 2V. Sebaliknya, ketika menempatkan beban di sisi kolektor, Anda akan "membuang-buang" arus apa pun yang mengalir melalui basis. Itu tidak banyak menjadi masalah dalam kebanyakan kasus penggunaan, karena arus basis akan berada di urutan ke-100 dari arus kolektor (tergantung pada jenis transistor), saja. Tetapi ketika merancang untuk beban yang tidak diketahui atau variabel, itu berarti membuang 1% dari beban maksimum yang Anda harapkan, secara permanen. Tidak begitu bagus.

Jadi mengingat transistor MOSFET, sebaliknya, ini unggul pada poin 1 dan 2, di atas, tetapi sebagian besar jenis membutuhkan lebih dari tegangan gerbang 2V untuk menyala, sepenuhnya. Perhatikan, bahwa "tegangan ambang" (V-GS-(th)) sedikit di bawah 2V tidak cukup. Anda ingin transistor berada jauh di wilayah aktif pada 2V. Untungnya ada beberapa jenis yang cocok tersedia, dengan tegangan gerbang terendah biasanya ditemukan di MOSFET saluran-P (setara FET dari transistor PNP). Dan tetap saja pilihan jenis Anda akan sangat terbatas, dan saya minta maaf harus menjelaskannya kepada Anda, satu-satunya jenis yang cocok yang dapat saya temukan adalah semua paket SMD. Untuk membantu Anda mengatasi kejutan itu, lihat lembar data untuk IRLML6401, dan beri tahu saya bahwa Anda tidak terkesan dengan spesifikasi tersebut! IRLML6401 juga merupakan jenis yang tersedia secara luas pada saat penulisan ini, dan tidak boleh membuat Anda membayar lebih dari sekitar 20 sen per potong (kurang jika membeli dalam jumlah banyak atau dari China). Jadi, Anda pasti mampu menggoreng beberapa di antaranya - meskipun semua milik saya selamat meskipun saya seorang pemula dalam penyolderan SMD. Pada 1.8V di gerbang itu memiliki hambatan 0,125 Ohm. Cukup baik untuk dikendarai di urutan 500mA, tanpa panas berlebih (dan lebih tinggi, dengan heat sink yang sesuai).

Baiklah, jadi IRLML6401 adalah apa yang akan kita gunakan untuk T1 dalam hal ini, dan semua rangkaian berikut. R1 hanya ada untuk menarik tegangan gerbang secara default (sesuai dengan beban terputus; ingat bahwa ini adalah saluran P FET).

Apa lagi yang kita butuhkan?

Bagaimana cara mendeteksi tegangan baterai rendah?

Untuk mencapai pemutusan tegangan yang sebagian besar ditentukan, kami menyalahgunakan LED merah sebagai referensi tegangan yang relatif tajam sekitar 1,4V. Jika Anda memiliki dioda Zener dengan tegangan yang sesuai, itu akan jauh lebih baik, tetapi LED tampaknya masih memberikan referensi tegangan yang lebih stabil daripada dua dioda silikon biasa yang dirangkai seri. R2 dan R3 berfungsi untuk a) membatasi arus yang melalui LED (perhatikan bahwa kita tidak ingin menghasilkan cahaya yang terlihat), dan b) turunkan tegangan di dasar T2 sedikit lebih jauh. Anda dapat mengganti R2 dan R3 dengan potensiometer untuk tegangan cut-off yang dapat disesuaikan. Sekarang, jika tegangan yang tiba di basis T2 sekitar 0,5V atau lebih tinggi (cukup untuk mengatasi penurunan tegangan basis-emitor T2), T2 akan mulai konduksi, menarik gerbang T1 ke rendah, dan dengan demikian menghubungkan beban. BTW, T2 dapat dianggap sebagai varietas taman Anda: transistor NPN sinyal kecil apa pun yang ada di kotak peralatan Anda, meskipun amplifikasi tinggi (hFe) akan lebih disukai.

Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita membutuhkan T2 sama sekali, dan jangan hanya menghubungkan referensi tegangan darurat antara ground dan pin gerbang T1. Nah, alasan untuk ini cukup penting: Kami ingin peralihan antara on dan off secepat mungkin, karena kami ingin menghindari T1 berada dalam status "setengah aktif" untuk jangka waktu yang lama. Saat setengah hidup, T1 akan bertindak sebagai resistor, artinya tegangan akan turun antara sumber dan saluran, tetapi arus tetap mengalir, dan ini berarti T1 akan memanas. Berapa banyak itu akan panas tergantung pada impedansi beban. Jika - misalnya, 200 Ohm, maka, pada 2V, 10mA akan mengalir, sementara T1 menyala penuh. Sekarang keadaan terburuk adalah untuk resistansi T1 untuk mencocokkan 200 Ohm ini, yang berarti 1V akan turun di atas T1, arus akan turun menjadi 5mA, dan daya 5mW harus dihamburkan. Cukup adil. Tetapi untuk beban 2 Ohm, T1 harus menghilangkan 500mW, dan itu banyak untuk perangkat sekecil itu. (Ini sebenarnya dalam spesifikasi untuk IRLML6401, tetapi hanya dengan heat sink yang sesuai, dan semoga berhasil merancang untuk itu). Dalam konteks ini, perlu diingat bahwa jika konverter tegangan step-up dihubungkan sebagai beban utama, itu akan meningkatkan arus input sebagai respons terhadap penurunan tegangan input, sehingga melipatgandakan kesengsaraan termal kita.

Bawa pulang pesan: Kami ingin transisi antara hidup dan mati menjadi setajam mungkin. Itulah yang dimaksud dengan T2: Membuat transisi lebih tajam. Tapi apakah T2 cukup baik?

Mengapa sirkuit ini tidak memotongnya

Mari kita lihat garis osiloskop yang ditunjukkan di bagian bawah simulasi Sirkuit 1. Anda mungkin telah mencatat bahwa saya menempatkan generator segitiga dari 0 hingga 2,8 V, menggantikan baterai kami. Ini hanyalah cara mudah untuk menggambarkan apa yang terjadi ketika tegangan baterai (garis hijau atas) berubah. Seperti yang ditunjukkan oleh garis kuning, hampir tidak ada arus yang mengalir saat tegangan di bawah sekitar 1.9V. Bagus. Area transisi antara sekitar 1.93V dan 1.9V tampak curam pada pandangan pertama, tetapi mengingat kita berbicara tentang baterai yang perlahan-lahan habis,.3V tersebut masih sesuai dengan banyak waktu yang dihabiskan dalam keadaan transisi antara sepenuhnya hidup dan mati sepenuhnya. (Garis hijau di bagian bawah menunjukkan tegangan di gerbang T1).

Namun, yang lebih buruk dari sirkuit ini, adalah bahwa sekali terputus, bahkan sedikit pemulihan pada tegangan baterai akan mendorong sirkuit kembali ke keadaan setengah hidup. Mempertimbangkan bahwa tegangan baterai cenderung pulih, sedikit, ketika beban terputus, ini berarti sirkuit kami akan berlama-lama dalam keadaan transisi untuk waktu yang lama (di mana sirkuit beban juga akan tetap dalam keadaan setengah putus, berpotensi mengirim Arduino melalui ratusan siklus reboot, misalnya).

Pesan bawa pulang kedua: Kami tidak ingin beban disambungkan kembali terlalu cepat, saat baterai pulih.

Mari kita lanjutkan ke Langkah 2 untuk mengetahui cara mencapainya.

Langkah 2: Menambahkan Histeresis

Karena ini adalah sirkuit, Anda mungkin benar-benar ingin membangun, saya akan memberikan daftar bagian untuk bagian-bagian yang tidak terlihat dari skema:

• T1: IRLML6401. Lihat "Langkah 1" untuk diskusi, alasannya.
• T2: Semua transistor NPN sinyal kecil yang umum. Saya menggunakan BC547 saat menguji sirkuit ini. Jenis umum apa pun seperti 2N2222, 2N3904 juga dapat digunakan.
• T3: Transistor PNP sinyal kecil yang umum. Saya menggunakan BC327 (tidak memiliki BC548). Sekali lagi gunakan jenis umum mana yang paling nyaman bagi Anda.
• C1: Jenis tidak terlalu penting, keramik murah bisa digunakan.
• LED adalah tipe standar merah 5mm. Warna itu penting, meskipun LED tidak akan pernah menyala secara kasat mata: Tujuannya adalah untuk menjatuhkan voltase tertentu. Jika Anda memiliki dioda Zener antara tegangan 1V dan 1.4V Zener, gunakan itu, sebagai gantinya (terhubung dalam polaritas terbalik).
• R2 dan R3 bisa diganti dengan potensiometer 100k, untuk fine tuning dari tegangan cut-off.
• "Lampu" hanya mewakili beban Anda.
• Nilai resistor dapat diambil dari skema. Namun, nilai pastinya tidak terlalu penting. Resistor tidak harus tepat juga tidak harus memiliki peringkat daya yang signifikan.

Apa keuntungan dari sirkuit ini dibandingkan Sirkuit 1?

Lihat garis lingkup di bawah skema (atau jalankan simulasi sendiri). Sekali lagi, garis hijau atas sesuai dengan tegangan baterai (di sini diambil dari generator segitiga untuk kenyamanan). Garis kuning sesuai dengan arus yang mengalir. Garis hijau bawah menunjukkan tegangan di gerbang T1.

Membandingkan ini dengan garis lingkup untuk Sirkuit 1, Anda akan mencatat bahwa transisi antara hidup dan mati jauh lebih tajam. Ini terutama terlihat ketika melihat tegangan gerbang T1 di bagian bawah. Cara untuk mewujudkannya adalah dengan menambahkan loop umpan balik positif ke T2, melalui T3 yang baru ditambahkan. Tetapi ada perbedaan penting lainnya (meskipun Anda perlu mata elang untuk melihatnya): Sementara sirkuit baru akan memotong beban sekitar 1,88V, itu tidak akan (kembali) menghubungkan beban sampai tegangan naik di atas 1,94V. Properti yang disebut "histeresis" ini adalah produk sampingan lain dari loop umpan balik yang ditambahkan. Sementara T3 "on", itu akan memasok basis T2 dengan bias positif tambahan, sehingga menurunkan ambang batas cut-off. Namun, saat T3 sudah mati, ambang batas untuk menghidupkan kembali tidak akan diturunkan dengan cara yang sama. Konsekuensi praktisnya adalah bahwa rangkaian tidak akan berfluktuasi antara hidup dan mati, karena tegangan baterai turun (dengan beban terhubung), kemudian pulih sedikit (dengan beban terputus), lalu turun… Bagus! Jumlah histeresis yang tepat dikendalikan oleh R4, dengan nilai yang lebih rendah memberikan celah yang lebih besar antara ambang aktif dan tidak aktif.

BTW, konsumsi daya sirkuit ini saat dimatikan adalah sekitar 3 microAmps (jauh di bawah tingkat self-discharge), dan overhead saat aktif sekitar 30 microAmps.

Jadi apa itu C1?

Yah, C1 sepenuhnya opsional, tetapi saya masih agak bangga dengan gagasan itu: Apa yang terjadi ketika Anda melepaskan baterai secara manual saat hampir habis, katakanlah pada 1.92V? Saat menghubungkannya kembali, mereka tidak akan cukup kuat untuk mengaktifkan kembali sirkuit, meskipun mereka masih bagus untuk yang lain saat berada di sirkuit yang sedang berjalan. C1 akan mengatasinya: Jika tegangan naik, tiba-tiba (baterai disambungkan kembali), arus kecil akan mengalir dari C1 (melewati LED), dan menghasilkan nyala sebentar. Jika tegangan yang terhubung berada di atas ambang batas, loop umpan balik akan mempertahankannya. Jika di bawah ambang batas, sirkuit akan mati dengan cepat, lagi.

Excursus: Mengapa tidak menggunakan MAX713L untuk deteksi tegangan rendah?

Anda mungkin bertanya-tanya, apakah banyak bagian ini benar-benar dibutuhkan. Apakah tidak ada yang sudah jadi? Yah MAX813L tampak seperti pasangan yang cocok untuk saya. Ini cukup murah, dan seharusnya cukup baik untuk menggantikan T2, T3, LED, dan R1, setidaknya. Namun, seperti yang saya temukan dengan cara yang sulit, pin "PFI" MAX813L (input deteksi kegagalan daya) memiliki impedansi yang cukup rendah. Jika saya menggunakan pembagi tegangan di atas sekitar 1k untuk memberi makan PFI, transisi antara hidup dan mati pada "PFO" akan mulai meregang beberapa puluh volt. Nah, 1k sesuai dengan arus konstan 2mA saat terputus - sangat banyak, dan hampir seribu kali lebih banyak dari yang dibutuhkan sirkuit ini. Selain pin PFO tidak akan berayun antara ground dan rentang tegangan suplai penuh, jadi dengan sedikit ruang kepala yang kita miliki untuk menggerakkan transistor daya (T1), kita juga harus memasukkan kembali transistor NPN tambahan.

Langkah 3: Variasi

Banyak variasi yang mungkin pada tema loop umpan balik positif yang kami perkenalkan pada Langkah 2 / Sirkuit 2. Yang disajikan di sini berbeda dari yang sebelumnya karena sekali dimatikan, loop tidak akan aktif kembali pada tegangan baterai yang meningkat dengan sendirinya. Sebaliknya setelah ambang batas telah tercapai, Anda harus (mengganti baterai, dan) menekan tombol tekan opsional (S2) untuk memulainya lagi. Untuk ukuran yang baik, saya menyertakan tombol tekan kedua untuk mematikan sirkuit, secara manual. Kesenjangan kecil dalam garis lingkup menunjukkan bahwa saya mengaktifkan sirkuit, matikan, hidupkan untuk tujuan demonstrasi. Pemutusan pada tegangan rendah terjadi secara otomatis, tentu saja. Coba saja dalam simulasi, jika saya tidak menjelaskannya dengan baik.

Sekarang manfaat dari variasi ini adalah bahwa ia memberikan cut-off paling tajam, dari sirkuit yang dipertimbangkan sejauh ini (tepatnya 1,82V dalam simulasi; dalam praktiknya tingkat titik cut-off akan tergantung pada bagian yang digunakan, dan dapat bervariasi dengan suhu atau faktor lain, tetapi akan sangat tajam). Ini juga mengurangi konsumsi daya saat dimatikan ke 18nA kecil.

Secara teknis trik untuk mewujudkannya adalah dengan memindahkan jaringan referensi tegangan (LED, R2 dan R3) dari yang terhubung langsung ke baterai menjadi terhubung setelah T2, sehingga akan dimatikan bersama dengan T2. Ini membantu dengan titik potong yang tajam, karena begitu T2 mulai dimatikan sedikit saja, tegangan yang tersedia untuk jaringan referensi juga akan mulai turun, menyebabkan putaran umpan balik yang cepat dari sepenuhnya aktif hingga sepenuhnya mati.

Menyingkirkan tombol (jika Anda mau)

Tentu saja, jika Anda tidak suka harus menekan tombol, lepaskan saja tombolnya, tetapi hubungkan kapasitor 1nF, dan resistor 10M Ohm (nilai yang tepat tidak masalah, tetapi harus setidaknya tiga atau empat kali lebih banyak dari R1) secara paralel dari gerbang T1 ke ground (di mana S2). Sekarang, ketika Anda memasukkan baterai baru, gerbang T1 akan ditarik sebentar (sampai C1 terisi daya), dan sirkuit menyala, secara otomatis.

Daftar bagian

Karena ini adalah sirkuit lain yang mungkin ingin Anda buat: Bagian-bagiannya persis sama dengan yang digunakan untuk Sirkuit 2 (kecuali untuk nilai resistor yang berbeda seperti yang terlihat dari skema). Yang penting, T1 masih IRLML6401, sedangkan T2 dan T3 masing-masing adalah transistor NPN dan PNP sinyal kecil generik.

Langkah 4: Menyederhanakan

Sirkuit 2 dan 3 benar-benar baik-baik saja, jika Anda bertanya kepada saya, tetapi saya bertanya-tanya, apakah saya bisa puas dengan bagian yang lebih sedikit. Secara konseptual, rangkaian penggerak loop umpan balik 2 dan 3 hanya membutuhkan dua transistor (T2 dan T3 di dalamnya), tetapi mereka juga memiliki T1, secara terpisah, untuk mengendalikan beban. Bisakah T1 digunakan sebagai bagian dari loop umpan balik?

Ya, dengan beberapa implikasi menarik: Bahkan saat aktif, T1 akan memiliki resistansi rendah, tetapi bukan nol. Oleh karena itu, tegangan turun di T1, lebih banyak untuk arus yang lebih tinggi. Dengan basis T2 terhubung setelah T1, penurunan tegangan itu mempengaruhi pengoperasian rangkaian. Untuk satu hal, beban yang lebih tinggi akan berarti tegangan pemutusan yang lebih tinggi. Menurut simulasi (CATATAN: untuk pengujian yang lebih mudah, saya menukar C1 dengan tombol tekan, di sini), untuk beban 4 Ohm, cut-off pada 1,95V, untuk 8 Ohm pada 1,8V, untuk 32 Ohm pada 1,66V, dan untuk 1k Ohm pada 1.58V. Di luar itu tidak banyak berubah. (Nilai kehidupan nyata akan berbeda dari simulator tergantung pada spesimen T1 Anda, polanya akan serupa). Semua batas tersebut berada dalam batas aman (lihat pendahuluan), tetapi harus diakui, ini tidak ideal. Baterai NiMH (dan yang sudah tua pada khususnya) akan menunjukkan penurunan tegangan yang lebih cepat untuk pelepasan yang cepat, dan idealnya, untuk laju pelepasan yang tinggi, pemutusan tegangan harus lebih rendah, bukan lebih tinggi. Namun, dengan cara yang sama, sirkuit ini memberikan perlindungan hubung singkat yang efektif.

Pembaca yang cermat juga akan mencatat bahwa pemutusan yang ditunjukkan pada garis lingkup tampak sangat dangkal, bahkan dibandingkan dengan Sirkuit 1. Namun, ini tidak perlu dikhawatirkan. Memang benar bahwa rangkaian akan mengambil urutan 1/10 detik untuk dimatikan, sepenuhnya, namun titik tegangan, di mana shutdown terjadi, masih ditentukan secara ketat (dalam simulasi Anda harus menukar DC konstan sumber, alih-alih generator segitiga untuk melihat ini). Karakteristik waktu adalah karena C1 dan diinginkan: Ini melindungi terhadap self-shutdown prematur jika beban (pikirkan: konverter step-up) menggambar lonjakan arus pendek, daripada arus yang sebagian besar konstan. BTW, tujuan kedua dari C1 (dan R3, resistor yang diperlukan untuk melepaskan C1) adalah untuk me-restart sirkuit, secara otomatis, setiap kali baterai terputus/dihubungkan kembali.

Daftar bagian

Bagian yang diperlukan lagi sama seperti untuk sirkuit sebelumnya. Secara khusus:

• T1 adalah IRLML6401 - lihat Langkah 1 untuk diskusi tentang (kurangnya) alternatif
• T2 adalah NPN sinyal kecil generik apa pun
• C1 adalah keramik murah
• Resistor juga murah. Baik presisi maupun toleransi daya tidak diperlukan, dan nilai yang diberikan dalam skema sebagian besar merupakan orientasi kasar. Jangan khawatir tentang menukar nilai yang sama.

Sirkuit mana yang terbaik untuk saya?

Sekali lagi, saya menyarankan untuk tidak membangun Sirkuit 1. Antara Sirkuit 2 dan 3, saya condong ke arah yang terakhir. Namun, jika Anda mengharapkan fluktuasi yang lebih besar pada tegangan baterai Anda (misalnya karena baterai menjadi dingin), Anda dapat memilih restart otomatis berdasarkan histeresis daripada restart manual sirkuit. Sirkuit 4 bagus karena menggunakan lebih sedikit bagian, dan menawarkan perlindungan hubung singkat, tetapi jika Anda khawatir tentang pemutusan pada tegangan yang sangat spesifik, sirkuit ini bukan untuk Anda.

Dalam langkah-langkah berikut, saya akan memandu Anda melalui pembuatan Sirkuit 4. Jika Anda membangun salah satu Sirkuit lain, pertimbangkan untuk membagikan beberapa foto.

Langkah 5: Mari Mulai Membangun (Sirkuit 4)

Ok, jadi kita akan membangun Sirkuit 4. Selain komponen elektronik yang tercantum pada langkah sebelumnya, Anda akan membutuhkan:

• Tempat baterai 2 sel (milik saya adalah tempat AA yang diambil dari dekorasi Natal)
• Beberapa papan perf
• Sepasang pinset yang layak untuk menangani IRLML6401
• Pemotong samping (kecil)
• Besi solder dan kawat solder

Persiapan

Tempat baterai saya dilengkapi dengan sakelar, dan - dengan nyaman - sedikit ruang kepala kosong yang tampaknya sempurna untuk menempatkan sirkuit kami. Ada pin untuk menahan sekrup (opsional) di sana, dan saya memotongnya menggunakan pemotong samping. kontak dan kabel baru saja dimasukkan dengan longgar. Saya melepasnya untuk akses yang lebih mudah, memotong kabel dan melepas insulasi di ujungnya.

Saya kemudian dengan longgar meletakkan bagian-bagian elektronik di selembar papan berlubang, untuk mengetahui berapa banyak tempat yang akan mereka ambil. Secara kasar, baris bawah akan menjadi ground, baris tengah memegang elemen pendeteksi tegangan, dan baris atas memiliki koneksi ke gerbang T1. Saya harus mengemas bagian-bagiannya dengan cukup padat untuk membuat semuanya pas di ruang yang dibutuhkan. IRLML6401 belum ditempatkan. Karena pinout, itu harus pergi ke bagian bawah pada perfboard. (CATATAN bahwa saya tidak sengaja menempatkan T2 - BC547 - dengan cara yang salah! Jangan ikuti itu secara membabi buta, periksa kembali pinout transistor yang Anda gunakan - semuanya berbeda.) Selanjutnya, saya menggunakan pemotong samping untuk menjepit perfboard dengan ukuran yang dibutuhkan.

Langkah 6: Menyolder - Bagian yang Sulit Pertama

Lepaskan sebagian besar komponen, tetapi masukkan satu kabel R1, bersama dengan kabel positif dari baterai (dalam kasus saya dari sakelar baterai) di baris tengah, langsung ke satu sisi. Solder hanya satu lubang itu, jangan jepit pinnya dulu. Pin lain dari R1 menuju ke baris bawah (seperti yang terlihat dari bawah), satu pegangan ke kiri. Perbaiki perfboard secara horizontal, dengan sisi bawah menghadap ke atas.

Oke, selanjutnya IRLML6401. Selain kecil, bagian ini sensitif terhadap pelepasan muatan listrik statis. Sebagian besar waktu tidak ada hal buruk yang akan terjadi, bahkan jika Anda menangani bagian itu tanpa tindakan pencegahan. Tetapi ada kemungkinan nyata bahwa Anda akan merusak atau menghancurkannya tanpa menyadarinya, jadi mari kita berhati-hati. Pertama, cobalah untuk tidak memakai plastik atau wol saat melakukan ini. Juga, jika Anda tidak memiliki gelang antistatis, sekaranglah saatnya untuk menyentuh sesuatu yang diarde (mungkin radiator, atau pipa), baik dengan tangan Anda, dan besi solder Anda. Sekarang, ambil IRLML6401 dengan hati-hati dengan pinset Anda, dan pindahkan ke dekat tempat terakhirnya, seperti yang ditunjukkan pada foto. Pin "S" harus berada di sebelah pin R1 yang Anda solder, pin lainnya harus berada di dua lubang lain seperti yang ditunjukkan.

Gunakan waktumu! Err di sisi akurasi, bukan kecepatan, di sini. Saat Anda puas dengan penempatannya, lelehkan solder di R1, sekali lagi, sambil hati-hati memindahkan IRLML6401 ke arahnya, dengan pinset Anda, sehingga pin "S" akan disolder. Periksa dengan hati-hati apakah IRLML6401 sekarang terpasang, dan terpasang di tempat yang benar (juga: datar di papan perf). Jika Anda tidak sepenuhnya puas dengan penempatannya, lelehkan solder sekali lagi, dan sesuaikan posisinya. Ulangi, jika perlu.

Selesai? Bagus. Tarik napas dalam-dalam, lalu solder pin kedua R1 di lubang di sebelah pin "G" (di sisi paket yang sama dengan pin "S"). Pastikan untuk menghubungkan kedua R1 dan pin "G". Jangan klip pin R1 dulu!

Masukkan satu pin R2, dan kabel keluaran positif melalui lubang di sebelah pin "D" (yang ada di sisi berlawanan dari paket transistor). Solder koneksi itu, sekali lagi pastikan untuk menghubungkan pin "D" dengan R2 dan kabel output.

Akhirnya, untuk ukuran yang baik, terapkan sedikit lebih banyak solder ke titik solder pertama (pin "S"), sekarang karena dua titik solder lainnya menahan transistor di tempatnya.

Perhatikan bahwa saya sengaja menempatkan R1 dan R2 sangat dekat dengan T1. Idenya adalah bahwa ini akan berfungsi sebagai heatsink dasar untuk T1. Jadi, bahkan jika Anda memiliki lebih banyak ruang kosong, pertimbangkan untuk menyimpannya dengan ketat juga. Demikian pula, jangan terlalu hemat tentang jumlah solder, di sini.

Semuanya baik-baik saja sejauh ini? Besar. Segalanya menjadi lebih mudah, mulai sekarang.

Langkah 7: Menyolder - Bagian yang Mudah

Sisa penyolderan cukup lurus ke depan. Masukkan bagian satu per satu seperti pada gambar awal (kecuali, perhatikan baik-baik pinout transistor T2 Anda!), lalu solder. Saya mulai dengan barisan tengah. Anda akan mencatat bahwa dalam beberapa kasus saya memasukkan beberapa pin ke dalam satu lubang (misalnya ujung R2 yang lain dan ujung panjang LED), dan jika ini tidak memungkinkan, saya hanya membengkokkan pin elemen yang sudah disolder untuk membuat koneksi yang diperlukan.

Seluruh baris bawah (seperti yang terlihat dari bawah) terhubung ke pin "G" dari T1, dan kami menggunakan pin R2 (saya memperingatkan Anda untuk tidak memotongnya!) untuk membuat koneksi itu (ke kolektor T2, C1, dan R3).

Seluruh baris atas (seperti yang terlihat dari bawah) terhubung ke ground, dan pin R3 digunakan untuk membuat koneksi itu. Terminal lain dari C1, emitor T2, dan yang terpenting arde baterai, dan kabel arde keluaran terhubung ke terminal ini.

Dua gambar terakhir menunjukkan sirkuit terakhir dari bawah, dan atas. Sekali lagi, saya menyolder di T2 dengan cara yang salah, dan saya harus memperbaikinya setelah fakta (tidak ada gambar yang diambil). Jika menggunakan BC547 (seperti yang saya lakukan), justru sebaliknya. Itu akan benar untuk 2N3904. Dengan kata lain, pastikan untuk memeriksa ulang pinout transistor sebelum menyolder!

Langkah 8: Langkah Terakhir

Sekarang adalah saat yang tepat untuk menguji sirkuit Anda

Jika semuanya berfungsi, sisanya sederhana. Saya menempatkan sirkuit di dalam dudukan baterai saya, bersama dengan sakelar dan kontak baterai. Karena saya agak khawatir tentang terminal baterai positif yang menyentuh sirkuit, saya menaruh sedikit pita isolasi merah di antaranya. Akhirnya saya memperbaiki kabel keluar dengan setetes lem panas.

Itu dia! Semoga Anda bisa mengikuti semuanya, dan pertimbangkan untuk memposting gambar, jika Anda membuat salah satu sirkuit lainnya.