Indicatore di carica a 10 led

Indicatorecarica10led

Vi sarà capitato di voler monitorare costantemente la carica di una batteria al piombo a 12V per auto o camper o per un impianto fotovoltaico o eolico o per un UPS o per qualsiasi altra applicazione anche diversa dai 12V e dal tipo di chimica di batteria, bene quì vedremo come fare, lo schema qua sopra è un esempio e svolge la funzione di indicatore di carica per una batteria al piombo a 12V, per realizzarlo vi serviranno: dieci led, un lm3914, tre resistenze da 1/8W, se volete di seguito sveliamo anche il “mistero” di questo integrato.

Il cuore del circuito come avrete capito è un lm3914, un driver per dieci led universale, dentro è fatto più o meno così:Indicatore10led5

 

In sostanza ci sono dieci comparatori, che misurano una tensione variabile rispetto ad una fissa, i comparatori hanno due ingressi uno + e uno -, se al + c’è una tensione maggiore o uguale del – l’uscita del comparatore sarà alta cioè circa Valimentazione, altrimenti bassa cioè circa 0V e di conseguenza si accenderanno i led collegati tra Valimentazione e uscite.

I pin 7 e 8 generano un riferimento interno di 1,25V circa, tra pin 6 e 4 ci sono dieci comparatori separati da resistenze interne di 1k, il pin3 va al + quindi all’alimentazione, il pin2 a massa, il pin5 è l’ingresso del segnale, le uscite da 1 al a 10 vanno collegate ai – dei led, infatti verranno accesi come se ci fosse un interruttore che li chiude a massa, l’alimentazione + dei led di solito si collega alla stessa alimentazione dell’integrato, questo può essere alimentato da pochi Volt fino a una ventina, i led vengono pilotati a corrente costante e possono anche essere collegati senza resistenza in quanto l’eccesso di tensione per la corrente verrà smaltito dall’integrato.

La corrente e quindi anche la luminosità dei led è impostata mettendo una resistenza tra pin 7 e massa, 30mA con 0,5k e solo 0,5mA di default cioè senza alcuna resistenza, nulla vieta per esempio di seriare ad 1k una fotoresistenza e ottenere così una luminosità dei led automatica con la luce ambientale, il pin 9 è il bar/dot mode se collegato al + permette di avere una barra di led altrimenti, scollegato un solo led.

Ci sono diverse configurazioni, cominciamo col funzionamento come voltmetro.

Se colleghiamo il pin 4 e 8 a massa, e il 6 col 7 avremo un piccolo voltmetro da 0 a 1,25V (tensione interna di riferimento fissa) misurati tra pin 5 e massa.

Altra configurazione chiamiamola millivoltmetro.

Se colleghiamo pin 4 e 8 a massa, e colleghiamo 10k tra pin 6 e pin 7, formiamo un partitore di tensione interno con due resistenze uguali (10k dei comparatori e 10k che mettiamo esterna all’integrato) in questo modo rispetto alla configurazione di prima possiamo dimezzare la scala del dispositivo, cioè non più da 0 a 1,25V ma da 0 a 1,25V/2, possiamo quindi misurare coi led di prima valori più piccoli sempre tra 0V e un certo valore.

Ora vediamo la configurazione di misuratore di batterie che servirà a noi.

Formando un partitore di tensione con 10k dei comparatori e 10k che mettiamo esterna all’integrato tra pin 4 e massa e unendo pin 6 col 7 possiamo come prima dimezzare la scala del dispositivo ma questa volta innalzare la misura di partenza rispetto massa, cioè la possiamo far partire da un certo valore maggiore di 0V fino ad un’altro ancora più grande, in questo caso da 1,25V/2 a 1,25V.

La classica batteria al piombo a 12V va dai 13,8V in carica di mantenimento ai 12V o poco meno da scarica (non profondamente scaricata cioè non 10V circa) sotto i 12V le batterie al Piombo però tendono a solfatarsi quindi è bene non scendere troppo, soprattutto per lunghi periodi in quanto oltre alla solfatazione c’è anche l’autoscarica, la Piombo non soffre l’effetto memoria ma c’è da dire che è una batteria economica e non rende neanche molto (70-80%).

Per misurare questa variazione (che non è di metà ma meno) quindi dai 12V a 13,8V imposteremo prima una proporzione di misura adeguata con una resistenza tra pin4 e massa e anche una scala adeguata, con un altro partitore al pin5, che ci permetterà di ridurre il valore della tensione da misurare alla tensione dello strumento.

Il riferimento da impostare al pin4 sarà la tensione di partenza (del primo led) cioè la minima rapportata alla massima tensione cioè 12/13,8. Questa percentuale o proporzione sarà la tensione che finirà sulla resistenza tra pin4 e massa, quindi 1,25V(12/13,8)= 1,086V, per sapere che resistenza aggiungere in serie ai 10k dei comparatori per avere questa caduta tra massa e pin4, semplicemente faremo 1,25-1,086=0,164V che sarà la tensione sui 10k dei comparatori, ora essendo la resistenza dei comparatori in serie alla nostra resistenza incognita e avendo le resistenze in serie la stessa corrente, ci basterà conoscere la corrente sulla resistenza dei comparatori per scoprire anche la corrente sulla nostra resistenza incognita, facciamo quindi 0,164V/10k= 0,0165mA e ora conoscendo la corrente e conoscendo la tensione di 1,086V ci ricaviamo la resistenza incognita con la legge di ohm R=V/I cioè 1,086V/0,0165mA= 66k.

Il partitore per ridurre la tensione al pin 5 invece va scelto in modo che non consumi troppa corrente quindi da evitare resistenze basse da 1k o meno, siccome lo strumento dovrà rimanere sempre attaccato alla batteria da misurare e già da solo con tutti i led spenti l’integrato consuma circa 2mA se poi aggiungiamo anche i led in bar mode alla massima luminosità e partitori ci potremmo ritrovare con uno strumento che consuma parecchi milliampere (fino a 300mA), comunque usando la formula del partitore di tensione Vpin5= 1,086V =12(R1/(R1+R2)) e con 13,8V dovrebbe arrivare a fondo scala cioè 1,25V accendendo l’ultimo led, magari si può mettere un trimmer multigiri per tarare bene il tutto aiutati da un tester anche perchè tra tolleranze delle resistenze, tensione interna di riferimento, temperatura e quant’altro alla fine qualche errore rispetto alla teoria ci sarà sempre. Comunque sia i valori escono in rapporto di circa 1/10 contando come R1 la resistenza più piccola tra pin5 e massa, quindi per esempio 10k e 100k possono andar bene oppure 5k e 50k insomma senza scendere troppo come già detto e senza salire troppo per via dei disturbi, un partitore troppo basso da 1k e 0,5k da solo consuma circa 10mA, un partitore coi Mohm potrebbe misurare altro.

Il primo led di solito tende a emettere un filo di luce da solo, probabilmente per indicare che il circuito è alimentato, se usate led a bassa resa luminosa probabilmente non si noterà molto, volendo si potrebbe parallelare al primo led una resistenza da 20 o 10k per nascondere questo effetto.

I led da 3mm ad alta luminosità si presentano trasparenti ma da accesi fanno una bella luce, molto visibile con pochi mA, può capitare di doverli limare leggermente per farli stare uno vicino all’altro o usare direttamente quelli cubici o piatti e magari fare il primo rosso, il secondo e il terzo arancione o giallo e gli altri verde, uno strumento del genere ben realizzato potrebbe essere davvero molto utile se non di vitale importanza in certe applicazioni, si può anche pilotare un carico da un’uscita (basta un pnp e una resistenza) sul data sheet ci sono molti schemi ed esempi, si potrebbero addirittura sostituire i regolatori di carica o caricatori automatici…

Il costo totale è di qualche Euro, anche meno se avete già qualcosa di recuperato come i led, inoltre evitate di invertire la polarità di alimentazione altrimenti l’integrato si distrugge all’istante, come faccio a saperlo?… beh lasciamo stare, al massimo mettete un diodo tra V+ di alimentazione dell’integrato e led, subito dopo al partitore così sarete tranquilli e non falserete la misura con la temperatura, alla fine dovrebbe presentarsi più o meno così: scusate le foto ma ai tempi sono state fatte col portatile in mano, non avendo altro.

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Altra versione più compatta per celle ai polimeri di litio dai 3,6V a 4,2V circa, un saluto e alla prossima.

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