Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)
Jedná se o jednoduchý indikátor úrovně nabití pro nabíjecí články Li-ion. Lze snadno upravit i pro jiné rozsahy napětí, například pro testování Pb akumulátorů. Srdcem obvodu je integrovaný obvod LM3914. Jako zobrazovač je použitý bargraf s deseti LED. Tento obvod jsem zkonstruoval na rychlé testování úrovně nabití článků 18650/26650, které používám v několika svítilnách a dalších zařízeních, která nemají zabudovaný indikátor úrovně nabití, aby nebylo nutné nosit/používat multimetr.
Vstup je chráněn proti převrácené polaritě pomocí vratné polymerové pojistky (F1, 100 mA) a Schottkyho diody (D1, SD103AW, ale lze použít i jiný typ, například 1N5819, SS14, atd). Pro přidání přepěťové ochrany lze D1 vyměnit za Zenerovu diodu či transil. Za touto ochranou následuje blokovací kondenzátor C1 - zde byl použit keramický (MLCC) kondenzátor 22 µF (lze použít i menší, ≥2,2 µF keramický či tantalový, ≥10 µF elektrolytický). Budič LED diod, U1 (LM3914N), je provozován v bodovém režimu (svítí pouze jedna LED). Pro režim "čáry", kde svítí více LED, lze připojit pin 9 k pinu V+ (pin 3). Integrovaný obvod LM3914 vnitřně porovnává vstupní signál (SIG) s deseti úrovněmi napětí danými napěťovým děličem složeným z deseti rezistorů mezi piny RHI a RLO (10x 1 kΩ), podle čehož řídí samotné LED. Dále má zabudovanou referenci, typicky 1,28 V, a LED budiče - proud LED odpovídá cca desetinásobku proudu odebíranému z výstupu napěťové reference (REFOUT).
Vstupní napětí je přivedeno na signálový vstup U1 přes napěťový dělič (R1, R2, RV1). Trimr RV1 by měl být nastaven tak, aby poslední LED odpovídala téměř plnému nabití (zde bylo použito napětí 4,15 V na vstupu). Doporučuji přivést na vstup toto napětí, nastavit trimr tak, aby svítila devátá LED, a následně trimr přenastavit těsně na úroveň, kdy je již LED 9 zhasnutá a svítí LED 10. Je vhodné použít víceotáčkový trimr, například typ 3296. Pin RHI ("vršek" děliče) je připojen rovnou na REFOUT. Změny hodnot RV1, R1, R2 ovlivňují celý rozsah. Rezistor R4 určuje nejnižší zobrazenou úroveň nabití, je připojen mezi zem a RLO. Nejnižší úroveň zde odpovídá cca 3,3 V. Pro přesnější nastavení lze R4 nahradit sériovou kombinací trimru 10 kΩ a rezistoru 27 kΩ. R3 (10 kΩ) zatěžuje výstup napěťové reference a tak určuje jas LED. Výstup reference je také zatížen sériovou kombinací R4 a vnitřního děliče napětí (43 kΩ). Proud LED je tedy okolo 1,6 mA. Všechny důležité vzorce jsou vypsány v samotném schématu.
Jako zobrazovač úrovně nabití je použit čtyřbarevný bargraf s 10 LED (červená, žlutá, zelená, modrá - RRYYYGGGGB) - KYX-B10BGYR. Bohužel je jas zelených a modrých LED podstatně vyšší než jas červených a žlutých LED. S kvalitnějším, lépe navrženým bargrafem by to neměl být takový problém. Lze použít i jednobarevný bargraf. IO LM3914 má problém se svodem na výstupu pro LED 1 (toto je popsané v samotném datasheetu), takže slabě svítí i když nemá - toto lze vyřešit připojením rezistoru 3,3 kΩ paralelně k té LED. Vztah mezi napětím baterie a úrovni napětí je poměrně nelineární, ale pro orientační měření to příliš nevadí.
Datasheet LM3914 uvádí minimální úroveň napětí 3 V, nelze zaručit správnou funkci s nižším napětím. U zde použitého kusu se ukázalo praktické minimum, pod kterým se obvod chová chybně, být okolo 2,5 V. Firma Texas Instruments již tento integrovaný obvod v DIP pouzdru bohužel nevyrábí, ovšem existují výrobci (např. Gcore?), co vyrábí kompatibilní IO/klony pod stejným názvem. Já koupil 5 kusů LM3914N na AliExpressu za cenu o něco málo přes 1 USD za všechny. Mají na sobě logo National Semiconductor, ale to logo a popis vypadají trochu podezřele. Fungují sice OK, ale možná se jedná o nějaké přeznačené klony. Pravděpodobně by oproti shánění originálních IO bylo ekonomičtější použít nějaký malý mikrořadič, alespoň tedy při výrobě více kusů. Ještě poznámka - při návrhu DPS je vhodné používat spíše krátké cesty, hlavně co se týká C1, U1 a LED.
Obvod lze snadno upravit i pro jiná vstupní napětí (více článků, jiný typ - Pb...) změnou součástek R1, R2, RV1 (typické napětí na pinu SIG pro rozsvícení všech LED je 1,28 V) a R4 (na nastavení spodné hranice). Nesmí ovšem být překročeny maximální hodnoty, co IO LM3914 snese (viz datasheet).
Obvod byl sestaven na univerzální desce s roztečí 2,54 mm pomocí kombinace SMD (převážně velikosti 0603) a THT součástek. Na propojení součástek byl použitý polyuretanem lakovaný drát s průměrem 0,15 mm. Deska možná bude někdy zabudovaná do malé plastové krabičky.
Pozor, některé články/baterie jsou schopné dodat poměrně vysoký proud. Riziko požáru při špatném zapojení, zkratu, atd. Obvod by neměl být připojen k článku/baterii trvale, aby nedošlo k jejímu podvybití a zničení. Vše tedy děláte na vlastní riziko.
Vršek, v provozu (klikněte pro plné rozlišení)
Spodek (klikněte pro plné rozlišení)
Deska zde ještě není začištěna a není osazen rezistor 3,3 kΩ paralelně k první LED.