Obwody kontroli napięcia: Kompleksowy przegląd

Obwody kontroli napięcia są niezbędne do sprawdzania poziomu napięcia w różnych obwodach. Ich działanie polega na porównywaniu analogowego sygnału napięciowego z innym lub z napięciem odniesienia w celu określenia, które napięcie jest bardziej znaczące. Układy monitorujące napięcie są przydatne w różnych produktach, a komparatora napięcia można nawet użyć w projekcie osobistym. Dlatego w tym artykule posłużymy się różnymi przykładami, aby lepiej zrozumieć działanie układów monitorujących napięcie.

1. Układ LM339 w Obwody kontroli napięcia akumulatora

Układ scalony komparatora napięcia LM339 to 14-stykowy op-amp, który może pracować z maksymalnym wzmocnieniem. Ponieważ jest to niskonapięciowy układ scalony, może on monitorować napięcie baterii i pomagać w wykrywaniu problemów w czasie rzeczywistym. 

Aby sprawdzić, jak działa ten układ w obwodzie monitorującym napięcie akumulatora, potrzebujesz

2 rezystory 1K

1N5233 dioda Zenera 6V

Potencjometr 5K

Buzzer

Układ komparatora LM339

1 DIODA LED

Bateria 9V

LM339 w układzie monitora napięcia baterii

W tym układzie napięcie będzie płynąć przez potencjometr do układu scalonego przez jego zacisk nieodwracający, tj. styk 5.

Następnie rezystor (R1) ogranicza przepływ prądu do diody Zenera przez styk 4, czyli zacisk odwracający.

Pamiętaj, że dioda Zenera zawiera napięcie odniesienia, a układ scalony porównuje napięcia przychodzące, aby określić swoje napięcie wyjściowe.

Układ scalony określa swoje napięcie wyjściowe, porównując napięcie początkowe (V1) i wtórne (V2). Dlatego jeśli V1>V2, układ scalony będzie wysyłał sygnał Vcc; jeśli jednak V1<V2, pojawi się masa (GND).

Powtórzmy: jeśli napięcie początkowe przekroczy 6 V, na wyjściu komparatora zostanie ustawiony stan wysoki. Dlatego brzęczyk i wskaźniki LED nie będą sygnalizować, ponieważ ich zaciski będą podłączone tylko do napięcia dodatniego.

Jednak gdy napięcie wejściowe będzie niższe niż 6 V, brzęczyk wyda dźwięk, a dioda LED zacznie świecić.

Zadaniem rezystora (R2) jest również regulacja napięcia na wskaźniku brzęczyka. Możesz użyć potencjometru do regulacji poziomu napięcia i czułości obwodu.

2. Zastosowanie układu scalonego LM324 w układzie monitorowania 4 diod LED

Układ LM324 jest odpowiedni do tego obwodu, ponieważ jest to jeden pakiet czterech wzmacniaczy. Może on również wytrzymać wyższe napięcia niż inne komparatory.

Do wykonania tego układu potrzebne są

 Rezystory

Potencjometr 10K

Dioda Zenera (3,3 V)

4 diody LED 

 Zaprogramowane stacje 10K

Układ scalony LM324 (A1 do A4)

LM324 jest układem monitorującym 4 diody LED.

Wszystkie styki odwracające op-ampa w tym układzie są podłączone do określonego napięcia z diody Zenera. Rezystory określają, które napięcie idzie do którego op-ampa.

Również nieodwracające piny wzmacniacza op działają jak czujniki i są zakończone zmiennymi rezystorami.

Aby wyregulować progi napięciowe, upewnij się, że ramię suwaka jest skierowane do zacisku masy, tak aby styki nieodwracające miały potencjał 0.

Następnie użyj regulowanego zasilacza, aby zastosować najniższy poziom napięcia jako zasilanie początkowe. W tym czasie wyreguluj P1, aż zaświeci się biała dioda LED.

Następnie przyłóż drugi poziom napięcia, który chcesz monitorować i wyreguluj P2, aż zaświeci się żółta dioda LED. W ten sam sposób postępuj z ustawieniami P3 i P4, a po zakończeniu zapieczętuj je.

Powyższa konfiguracja ustawi układ w trybie punktowym. Można go zmienić na tryb wykresu słupkowego, odłączając katody wszystkich diod LED i podłączając je do Uziemienia.

Porównanie napięcia baterii i napięcia odniesienia z każdego wyjścia komparatora generuje napięcie wyjściowe układu.

Napięcie referencyjne pochodzi z diody Zenera podłączonej do rezystora biasowego R1.

Napięcie 5-6 jest odpowiednie, ponieważ diody Zenera mają najwyższą stabilność termiczną w tych zakresach.

Należy pamiętać, że wszystkie katody diod LED powinny być podłączone do linii GROUND.

3. Układ LM3915 w Obwody kontroli napięcia

Układ ten jest dziesięciostopniową funkcją, która pozwala określić dokładny poziom napięcia akumulatora podczas ładowania.

Napięcie zasilania w tym obwodzie może wynosić od 1 do 35 V, a w naszym kursie użyjemy akumulatora o napięciu 12 V.

Do wykonania tego obwodu będziesz potrzebować:

10 diod LED

UKŁAD SCALONY LM3915

tranzystor 

Dioda Zenera o stałym napięciu 3V

Rezystory 

LM3195 to układ z regulacją krokową 1O.

 W tym układzie tranzystor jest wtórnikiem emiterowym dostarczającym duży prąd, a dioda Zenera dostarcza stałe napięcie 3V.

Taka konfiguracja jest konieczna, aby zapobiec pobieraniu przez diody LED nadmiernego prądu z szyn napięciowych, co z kolei mogłoby doprowadzić do przegrzania układu scalonego.

Napięcie jest również podawane do układu scalonego przez pin piąty, po przejściu przez dzielnik napięcia składający się z rezystora 10K i wstępnego ustawienia. 

Diody LED na końcówkach wyjściowych układu scalonego dają odpowiednie wskazania.

Aby skalibrować układ monitora napięcia LED, należy podzielić napięcie wejściowe przez 10. W ten sposób można określić odpowiednią wartość napięcia wejściowego, przy którym zapalają się wskaźniki LED.

Na przykład, jeśli poziom napięcia pełnego ładowania wynosi 12 V, należy zwiększać napięcie wejściowe o 1,2 V do momentu, gdy wszystkie diody LED w końcu się zaświecą.

4. Obwody kontroli napięcia akumulatora samochodowego

Powyższa strategia ma również zastosowanie przy tworzeniu układu monitorowania napięcia akumulatora samochodowego. Do tego celu potrzebne będą:

dioda Zenera 3,3 V

Diody LED 

Rezystory

UKŁAD SCALONY LM324

Buzzer

Układ monitorowania napięcia akumulatora samochodowego z układem scalonym LM324

W tym układzie napięcie diody Zenera może wynosić od 3,3 V, ale nie powinno przekraczać 6 V. Rezystory od R2 do R6 regulują napięcie na zaciskach nieodwracających układu LM324.

Do monitorowania napięcia akumulatora za pomocą diod LED można użyć rezystorów nastawnych 1K lub stałych.

Diody LED będą świecić w zależności od poziomu napięcia AC na zaciskach nieodwracających układu scalonego. Dlatego wysokie napięcie na wyjściu komparatorów będzie powodować świecenie odpowiednich diod LED.

Tutaj można obejrzeć film prezentujący dalsze zastosowania układu scalonego LM324.

Podsumowanie

Mam nadzieję, że teraz rozumiesz, jak działają układy monitorujące napięcie w różnych warunkach. Różne układy monitorujące ułatwiają monitorowanie zużycia energii, a wybór układu scalonego ma wpływ na koszty energii.

Dlatego warto rozważyć wybór odpowiedniego układu scalonego, który spełni Twoje potrzeby i będzie praktycznym urządzeniem. W razie jakichkolwiek pytań, wątpliwości lub pochwał możesz skontaktować się z nami.