Вимірювач ємності Li-Ion акумулятора
анотація
Потрібно виміряти ємність Li-Ion акумулятора, маркованого «3,7 V / 700 mAh»
Розряджати акумулятор стабільним струмом до якогось порогового напруги, одночасно вимірюємо час розряду. По завершенні множимо ток на час і отримуємо шукану величину. Електроніку плекаємо від розряджається акумулятора, отже, треба подбати, щоб споживаний схемою струм не залежав від напруги на акумуляторі, або, хоча б, мало змінювався в порівнянні з струмом розряду.
Основні вузли пристрою
Як таймера використовуємо звичайний стрілочний будильник. Харчування для нього беремо від розряджається акумулятора, після досягнення порогового напруги живлення вимикається, будильник зупиняється і тим самим фіксується час розряду.
Одночасно на 10-15 секунд включаємо сигнал будильника. У конкретної моделі сигнал включається замиканням відповідного висновку на «-» харчування. У «вільному» стані на цьому висновку присутній «+», поріг включення сигналу, при напрузі живлення 1.3V, склав
0.8V при замиканні на «-» опором
360 кОм, - це стане в нагоді при розрахунку відповідного дільника.
Напруга живлення: від акумулятора 1.3V будильник працював, від 1.25V - відмовився, а шкода, можна було б використовувати стабілізатор, який передбачається використовувати в якості навантаження (про це трохи пізніше). Втім, це означає, що і від 1.3V будильник може працювати нестабільно. Значить, орієнтуємося на стандартні 1.5V або близько того.
Струм: виходячи з того, що лужна батарейка (
2500mAh) працює в будильнику
2 роки (24 * 365 * 2 = 17520 годин), інтегральне споживання струму будильником становить
0.15mA. Ця величина принципово мала в порівнянні з 200mA і практично порівнянна з точністю вимірювання самих 200mA, а головне - не залежить від напруги на акумуляторі, тому що будильник будемо живити стабілізованою напругою.
Доопрацювання: припаюємо три дроти на «+», «-» і сигнал будильника. Для цього використовуємо шлейф від старого комп'ютерного вентилятора, - і три дроти вже є, і роз'єм «з ключем», тобто виключаємо можливість неправильного підключення в майбутньому. У сам будильник при цьому ніяких змін не вноситься і його можна використовувати і за прямим призначенням.
Як навантаження використовуємо лінійний стабілізатор напруги LM1117-Adj, включений за схемою джерела струму. Згідно з паспортними даними, мінімальне падіння напруги на мікросхемі при струмі 200mA становить
<1.1V, что более чем достаточно для сохранения работоспособности при снижении напряжения на аккумуляторе до 3V. Кстати, если бы речь шла об аккумуляторе на 7.2V, то можно было бы использовать более распространенную LM317.
Струмовимірювальні резистори: опір - 1.25V / 200mA = 6.25 Ом, розсіює потужність - 1.25V * 200mA = 0.25 Wt. Ця величина відповідає потужності SMD-резистори типорозміру 1206, тому складаємо навантаження з трьох резисторів 11 Ом (див. Малюнок) плюс багатооборотний підлаштування резистор 100 Ом (НЕ дротяний (!), Тому що у дротяного резистора велика дискретність регулювання).
Додавши послідовно з цим навантаженням резистор 1 Ом (узятий з плати старого вінчестера), отримаємо стабілізовану харчування 1.45V для будильника.
Контроль закінчення розрядки
Використовуємо шунтирующий регулятор (програмований стабілітрон) TL431, включений за схемою компаратора (див. Малюнок). зазначені
2V на катоді (тобто в кінці розряду на резисторі в ланцюзі катода буде 3V - 2V = 1V) означають, що в якості виконавчих ключів можна використовувати звичайні кремнієві p-n-p транзистори.
Згідно з паспортними даними, мінімальний робочий струм катода 0.5mA, т. Е в ланцюг катода ставимо резистор (3V-2V) / 0.5mA = 2 кОм. Це означає, що в початку розрядки в вузол контролю будуть текти (4.2V-2V) / 2 кОм = 1.1mA, а в кінці розрядки - раніше вирахувані 0.5mA. Не дуже велика різниця, а якщо виставити необхідні 200mA при якомусь середньому напрузі на акумуляторі, скажімо, 3.8V, то можна і взагалі про це не замислюватися.
На керуючий висновок TL431 (Vref = 2.5V) через дільник подаємо напругу акумулятора. Вхідний струм керуючого електрода
1 mkA, значить 50 mkA в ланцюзі дільника цілком достатньо. 3V / 50 mkA = 60 кОм, співвідношення резисторів подільника (3 V - 2.5V) / 2.5V = 1/5, вибираємо для «нижнього» резистора 47 кОм, а для «верхнього» - 6.8 кОм + подстроечнік 10 кОм (можна дротяний ).
Управління сигналом будильника
В якості виконавчих ключів використовуємо SMD транзистори широкого застосування BC857, включені за схемою «з загальним емітером». Резистор в ланцюзі бази обмежує вхідний струм, резистори дільника в ланцюзі колектора обчислюємо за принципом «не перевищити напруги харчування будильника на початку розряду + в кінці розряду мати напругу вище порога включення сигналу». Номінали вказані на малюнку.
Управління включенням пристрою
1 мкА, що цілком реально для «древніх» транзисторів, падіння напруги на резисторі RC-ланцюжка може перевищити поріг перемикання польового транзистора і він (польовика) ви не вийдете. В цьому випадку доведеться додати емітерний повторювач (див. Малюнок).
Варіантів кілька.
1. Можна взагалі нічого не додавати, досить «цокає» секундної стрілки будильника.
2. Можна використовувати світлодіод, адекватно світиться вже при струмі 0.5 мА. Зокрема, я використовував подібний світлодіод і резистор 2 кОм. Виміряний струм склав близько 1.2 mA при 4.2 V і 0.6 mA при 3 V. Напевно, з цим можна миритися.
3. Для любителів «витонченого»: можна побудувати генератор струму на парі транзисторів, тоді можна використовувати будь-який світлодіод і ток практично не буде залежати від напруги на акумуляторі. Я навіть накидав схему, але реалізувати не спромігся, лінь ..
* Варіант з використанням польового транзистора в якості генератора струму не розглядався через практичну відсутність таких у столі. Плюс до того, за спогадами, струмовий характеристика польовика виходить на 'поличку' при падінні напруги 1.5 - 2 v. Коротше: потрібні додаткові дослідження, а результат, імовірно, буде мало відрізнятися від варіанту # 2.
Вузли та деталі практично всі вже описані вище. Деталі - переважно з того що є. Підлаштування резистори - багатооборотні. Стабілізатор напруги LM1117-Adj слід встановити на радіатор; в цьому сенсі, краще використовувати корпус ТО220. Як терміналу для акумулятора використовував контактний вузол від згорілої зарядки- «жаби».
Друкована плата не розроблялася, складання виконана навісним монтажем на односторонньому фольгированном стеклотекстолите, монтажні майданчики вирізані 'за місцем'.
Для настройки потрібно авометр і лабораторний джерело живлення. При напрузі 3.8v за допомогою підлаштування резистора 100 Ом (див. Малюнок в абзаці НАВАНТАЖЕННЯ) виставити сумарний струм всього пристрою 200 мА, а при напрузі 3v - за допомогою підлаштування резистора 10 кОм виставити напругу 2.5v на керуючому електроді TL431.
Усе. Так: струм, споживаний самим пристроєм, склав близько 1.4mA@3v і [email protected].
Зовнішній вигляд вийшла конструкції - на фото
Робота з пристроєм
Скручуємо свідчення будильника 'на нуль', підключаємо акумулятор (з дотриманням полярності) і натискаємо накнопку 'старт'. Чекаємо сигналу будильника, зчитуємо його свідчення і множимо на 200 мА. При цьому не забуваємо, що 2 години 15 хвилин - це не 2.15 години, а 2 + (15/60) = 2.25 години.
І останнє, а точніше - з чого все почалося. Купив новий акумулятор для фотоапарата, маркований як 700 mAh. Корпус виявився трохи товщі і вставлявся в апарат із зусиллям. Вирішив зняти кришку і заліпити скотчем, не викидати ж. При розтині корпусу виявив на самому елементі маркування 600 mAh, після чого і був задуманий цей девайс. У підсумку, ємність акумулятора виявилася дійсно 600 mAh. А виробнику (AcmePower) велике ФМ.
До слова: вимірювання інших акумуляторів показали, що найбільш пристойним виявився рідний, тобто поставлявся в комплекті з фотоапаратом, його ємність після чотирьох років експлуатації знизилася з 700 до 600 mAh; два інші, купувалися практично одночасно, показали близько 400 mAh, при заявлених 700.