A principal característica deste indicador de bateria fraca de diodo lambda para baterias Ni-Cd é que, o próprio circuito consome quase zero corrente, até que o nível de limite baixo definido seja atingido e o LED indicador esteja aceso.
Esse recurso torna o circuito muito adequado para muitos sistemas operados por bateria de baixa tensão, como rádios, relógios, temporizadores, alarmes, controles remotos etc.
A principal razão de danos prematuros nas células das baterias de níquel-cádmio é o curto-circuito interno que ocorre devido à descarga excessiva da bateria durante a operação.
Assim, qualquer dispositivo eletrônico que use células Ni-Cd deve incluir um indicador de bateria fraca que possa acionar e alertar o usuário para recarregá-lo, bem antes que a tensão “crítica” da bateria seja atingida.
Embora você encontre muitos tipos de monitores de carga que podem ser integrados dentro de seus produtos alimentados por bateria, o monitor de diodo lambda explicado neste artigo talvez seja uma opção mais sofisticada do que qualquer outro monitor de bateria disponível.
Melhor do que outros sistemas indicadores de bateria fraca
A maioria dos indicadores de bateria fraca funciona com BJTs para alternar a corrente da unidade de LED ou para uma exibição do medidor. A desvantagem em tais projetos é que o circuito drena continuamente a bateria, mesmo quando o LED está no estado desligado.
Em circuitos de baixa potência, esse tipo de consumo de bateria pode afetar drasticamente e reduzir o tempo de backup da bateria.
O melhor remédio para resolver isso é usar um circuito que não consuma absolutamente nenhuma corrente da bateria, desde que a tensão de alimentação seja maior que o potencial crítico da bateria.
Isso é exatamente o que o monitor de bateria fraca baseado em diodo lambda executa.
Ele também possui um limite de disparo ajustável em uma faixa de tensão de 8 a 20 V e pode ser construído de maneira bastante barata.
Característica de carga/descarga de Ni-Cd
A tensão terminal de todas as baterias varia de acordo com seu estado de carga. Esta característica desta relação pode ser diferente para baterias diferentes.
Por exemplo, com baterias de chumbo-ácido, encontramos praticamente uma queda muito linear em sua tensão de saída à medida que as células são descarregadas. Esse comportamento é normalmente o mesmo para células secas também.
Mas, para baterias Ni-Cd, a queda de tensão durante a descarga não é muito linear. Uma célula de Ni-Cd totalmente carregada pode apresentar uma tensão de saída de aproximadamente 1,25 volts.
Este nível é mantido constantemente até que seja praticamente totalmente descarregado. Nesse ponto, a voltagem da célula cai rapidamente para aproximadamente 1,0 a 1,1 volts, ou 1,05 V.
Um circuito monitor de tensão preciso ajustado para ativar neste nível de tensão “crítico” pode ser extremamente útil para identificar o nível de carga da bateria Ni-Cd.
Uma bateria Ni-Cd de oito células, por exemplo, pode ter um potencial de saída totalmente carregado de 10,0 volts. Quando estiver quase totalmente descarregada, a bateria poderá ter uma saída de 8,4 volts.
Como funciona o indicador de bateria fraca com diodo lambda
O circuito de monitoramento de bateria fraca de diodo lambda, conforme mostrado na figura a seguir, é ajustado para ativar a 8,4 volts, o que nos permite obter um sistema de monitoramento de estado de carga (SoC) eficaz para uma bateria Ni-Cd.
O diodo lambda representada dentro da caixa tracejada é construída usando um par de FETs de canal n e p.
Lembre-se de que não há diodo “lambda” pronto disponível no mercado.
Praticamente, um diodo lambda é construído interconectando dois FETs de baixa potência e é operado usando apenas dois terminais, marcados como “ânodo” (A) e “cátodo” (K).
Quando a polarização sobre este diodo lambda está no modo de corte, o transistor Q3 também é desligado, o que, por sua vez, mantém o LED1 desligado.
À medida que a tensão da bateria começa a cair, ela atinge um ponto em que o diodo lambda de repente fica polarizado e conduz.
Esta situação instantaneamente influencia o Q3 em condução que liga o LED alertando o usuário sobre a condição de bateria fraca. (A característica de trabalho do diodo lambda pode ser observada abaixo).
O nível de potencial que influencia o diodo lambda em condução é totalmente ajustável através do potenciômetro R1.
O resistor R2 é conectado como um limitador de corrente para proteger o LED1. O valor desses resistores limitadores de corrente pode ser calculado usando a Lei de Ohm (R2 = E/I, onde R2 está em ohms, E representa o limite de potencial da bateria Ni-Cd onde o LED1 apenas acende, e eu deveria ser substituído pelo máximo seguro valor atual do LED.
Detalhes de construção
O monitor de carga de bateria de diodo lambda explicado acima é bastante compacto para ser acomodado no equipamento onde uma bateria de Ni-Cd é utilizada como fonte de energia.
Além disso, pode ser construído e aplicado externamente como um equipamento indicador de bateria fraca e envolto em uma pequena caixa. Em ambos os casos, um PCB pode ser usado como mostrado abaixo.
O tipo JFET para construir o diodo lambda não é realmente crítico. Quase todas as configurações envolvendo FETs de canal n e p devem ter um bom desempenho, juntamente com as especificadas na lista de peças.
Se necessário, você pode considerar a substituição do LED1 por um relé de baixa potência para permitir a desconexão da bateria Ni-Cad da carga assim que o nível de tensão cair abaixo do limite crítico baixo. Esse arranjo específico protegerá automaticamente a bateria contra inversão de polaridade enquanto estiver sendo descarregada.
Lista de peças
LED1 – Qualquer LED de 5 mm 20 mA
Q1 – JFET do canal P (2N4360 ou similar)
Q2 – JFET de canal N (2N3819 ou similar)
Q3 – NPN BJT 2N2222A ou similar
R1 -10 k, pré-ajustado
R2 – Resistor limitador de corrente (ver texto) pode ser de 150 ohms 1/2 -watt
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FONTE
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