Реферат: Дет летать еще лучше, если произвести замену штатного никель-металл-гидридного аккумулятора, поставляемого в комплекте, на более легкий и емкий литий-полимерный

ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ


Покупая свою первую RTF модель самолета или вертолета Вы практически сразу в инструкции можете обнаружить совет изготовителя, что она будет летать еще лучше, если произвести замену штатного никель-металл-гидридного аккумулятора, поставляемого в комплекте, на более легкий и емкий литий-полимерный. Через пару-тройку полетов Вы убедитесь, что изготовитель таки был прав. Ворча, что он был бы еще более прав, если бы сразу укомплектовал модель тем, что надо, Вы идете в магазин и покупаете (или заказываете в интернете) вожделенную липольку. Тут возникает вопрос, как ее сразу не убить? Ведь вся бортовая электроника рассчитана на работу со штатным аккумулятором. И вот, в промежутке между этим моментом и последующим, когда Вы отправитесь за бесколлекторником и регулятором к нему, определенную пользу может принести устройство, описанное ниже.

Это простой в изготовлении, компактный и легкий индикатор состояния заряда для ходовой литий-полимерной батареи, состоящей из двух или трех элементов. При напряжении на батарее, соответствующем более 3,1 В/элемент, индикатор светится зеленым цветом, ниже указанного порога – красным. При переключении индикатора на красный цвет, батарея еще обладает остаточной емкостью, достаточной для посадки модели. Применение в устройстве ультраярких светодиодов позволяет контролировать состояние заряда ходовой батареи в процессе полета модели.

Основой данного устройства является популярная и доступная микросхема регулируемого параллельного стабилизатора TL431. Подробное описание этой микросхемы приведено в [1]. Остальные детали тоже не особо дефицитны.




Рис.1. Схема принципиальная


В схеме использованы следующие детали :

Конденсатор С1 – 1 мкФ, Y5V, 16 В, типоразмер 0805 ;

Микросхема стабилизатора DA1 - TL431AIM, корпус SO-8 ;

Светодиод AL1 – 3 мм плоский ультраяркий красный DFL-2304URC ;

Светодиод AL2 – 3 мм плоский ультраяркий зеленый DFL-2304UGC ;

Транзистор VT1 - BF847 – корпус SOT-23 ;

Резистор R4 – 3,3 кОм, точность 5%, типоразмер 0603 ;

Резистор R5 – 1 кОм, точность 5%, типоразмер 0603 ;

Часть резисторов имеет номинал, зависящий от числа элементов в батарее :

Резистор

Точность

Типоразмер

Для 2 LiPo

Для 3 LiPo

R1

1 %

0805

8,87 кОм

15 кОм

R2

1 %

0805

6,19 кОм

5,62 кОм

R3

5 %

0603

1 кОм

2,2 кОм

R6

5 %

0805

560 Ом

1 кОм

Попробуем разобраться, как эта схема работает. Со средней точки делителя, собранного на резисторах R1 и R2, напряжение подается на управляющий вывод стабилизатора TL431 и сравнивается со значением его внутреннего опорного напряжения (2,5В). Если напряжение делителя выше опорного, то стабилизатор «пробивается» и запирает транзистор VT1. Ток при этом течет через зеленый светодиод AL2. Как только напряжение на аккумуляторе падает до критического значения и напряжение на делителе становится ниже опорного, стабилизатор «отключается», тем самым открывая транзистор VT1. При этом падение напряжения на переходе транзистора составляет примерно 0,2 В, что в сумме с падением напряжения на светодиоде с кристаллом красного свечения (2,0 В) составит 2,2 В. Поскольку падение напряжения на кристалле светодиода зеленого свечения составляет 2,8 В, то ток начинает протекать по пути наименьшего сопротивления через переход транзистора и зажигая красный светодиод. Зеленый светодиод при этом гаснет.

Плата выполнена из одностороннего фольгованного стеклотескстолита толщиной 1 мм и имеет размеры 17,5 х 8,5 мм. Для простоты монтажа, плата индикатора выполнена односторонней и не содержит отверстий. В принципе, рисунок дорожек на плату может быть нанесен водостойким маркером, «утюжно-лазерным» способом, либо просто путем процарапывания слоя лака или краски, нанесенного на зачищенную и обезжиренную поверхность фольгированного стеклотекстолита. После нанесения рисунка любым из перечисленных способов, плату следует протравить в растворе хлорного железа. Готовая плата в идеале должна выглядеть примерно так :




Рис.2. Фото печатной платы


Для сборки Вам потребуется спирто-канифольный флюс (обычно я наливаю его в крышку от пивной бутылки и жду пока он частично выпарится до густоты сметаны). Припой лучше использовать легкоплавкий, диаметром 0,6…0,8 мм. Из инструментов нужны : пинцет с острыми губками и паяльник мощностью 6-25 Вт с жалом, заточенным пирамидкой. Если у Вас есть доступ к хорошей паяльной станции, то часть проблем исчезнет сама собой. Картинка, приведенная ниже, имеет своей целью превратить процесс сборки в приятную забаву.




Рис.3. Схема сборки


Сборка займет от 15 минут до 1 часа. На контактные площадки под СМД-компоненты следует нанести по капельке спирто-канифольной «сгущенки», после этого, удерживая деталь пинцетом, следует кратковременным касанием паяльника контактной площадки добиться равномерного растекания припоя и припаивания торца детали к контактной площадке. Рекомендуемая последовательность установки деталей : резисторы, конденсатор, транзистор, микросхема, светодиоды, провода. Собранную плату следует промыть в изопропиловом спирте для удаления остатков флюса. Правильно собранное устройство в настройке не нуждается. Для проверки работоспособности достаточно тестера. Результат сборки должен быть таким :




Рис.4. Фото собранной платы


Если Вы не относите себя к числу СМД-экстремалов, это-же устройство можно собрать и на обычных деталях. В таком случае целесообразно будет в разрыв между R1 и R2 вставить подстроечный резистор на 2,2…4,7 кОм, а к его средней точке подключить управляющий вывод TL431. Этот нехитрый прием избавит Вас от необходимости искать 1% резисторы и одновременно даст возможность точно подстроить индикатор на желаемое напряжение. Естественно, что в этом случае изделие наберет несколько больше миллиметров в талии и пару грамм лишнего веса, но зато Вы получаете полную свободу творчества в плане схемотехники и разводки печатной платы, а также сможете посверлить текстолит в свое удовольствие.

Заменить TL431 можно на К142ЕН19, транзистор - на КТ3102 с буквами К или Л. Красный светодиод в случае замены годится любой , зеленый должен быть ультраярким с длиной волны 565 нм, что гарантирует получение нужного значения падения напряжения 2,8 В на его кристалле. К пассивным компонентам (резисторы-конденсаторы) особых требований не предъявляется.

После сборки и проверки индикатор желательно затянуть в термоусадочную трубку, что придаст Вашей поделке благородный вид китайского заводского изделия :




Рис.5. Фото готового изделия


Пересчитав номиналы резисторов, приведенных в таблице, Вы сможете использовать данный индикатор для контроля состояния практически любого аккумулятора от 4,8 до 20 В, например 4-5 баночного никель-кадмиевого бортового или 12 В свинцово-кислотного аккумулятора для стартовой панели.

Если у Вас все-же возникнут затруднения по комплектованию индикатора, полный набор деталей для его сборки, включая плату, светодиоды и перечисленные СМД-компоненты, Вы можете заказать, обратившись по адресу 714@ukr.net.


ЛИТЕРАТУРА

1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М.ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.- ISBN-5-87835-021-1