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Pubblicato su CQ Elettronica - Maggio 2003

VOLTMETRO A LED PER BATTERIA

Questo semplice circuito consente di monitorare lo stato di carica di una batteria al piombo o ad elettrolita solido (sigigillata) da 12 Volt nominali.

Su molte riviste sono stati già presentati circuiti simili; la particolarità di questo è nel fatto che si accende un solo diodo LED alla volta e questo è stato previsto per limitare il più possibile l'assorbimento di corrente, da parte del circuito, dalla batteria in esame.

Spesso infatti ci si dimentica che per il funzionamento dell'indicatore del livello della batteria l'energia viene prelevata da quest'ultima e non può essere troppo grande, altrimenti corriamo il rischio di scaricare la batteria inutilmente, solo per vedere se è carica o meno.

Facciamo un esempio: utilizzando un circuito, che ho trovato in un'altra rivista, che consuma ben 180 mA collegato ad una batteria da 6,5 Ah, dopo circa 36 ore la batteria è scarica. Certo, con una batteria da auto da 45-60 Ah le cose vanno un po’ meglio (ci vogliono circa 20-30 giorni) ma in ogni caso si corre il rischio di "restare a secco" per colpa dell'indicatore.

Per questo motivo ho preferito: utilizzare un circuito integrato a basso consumo, accendere un solo diodo LED alla volta, ridurre la corrente del diodo LED accettando una luminosità ridotta, utilizzare un riferimento di tensione (diodo Zener D7) che non lavora al massimo della stabilità.

DESCRIZIONE DEL CIRCUITO
Lo schema è molto semplice ed utilizza un solo circuito integrato LM324, sostituibile con un TL084 o similari.Sono sostanzialmente quattro comparatori che confrontano la tensione della batteria con un livello di riferimento e di conseguenza permettono l'accensione di uno solo di cinque LED di colore diverso.Si avranno quindi le seguenti indicazioni:
LED D1 acceso - Giallo - Batteria troppo carica (oltre 14,2 V)
LED D2 acceso - Verde - Batteria carica (tra 13 V ed 14,2 V)
LED D3 acceso - Verde - Batteria normale (tra 11,8 V ed 13 V)
LED D4 acceso - Verde - Batteria scarica (tra 10,5 V ed 11,8 V)
LED D5 acceso - Rosso - Batteria molto scarica (meno di 10,5 V)

I colori dei diodi LED sono stati da me arbitrariamente scelti, nulla impedisce di utilizzarne altri a seconda delle preferenze personali. Il diodo D6 protegge il circuito da inversioni di polarità, il diodo D7 e la resistenza R6 creano il riferimento di tensione per il diodo LED D1, come già detto.

Le resistenze da R7 a R10 creano un partitore di tensione che fa da riferimento per gli altri diodi LED.Queste tensioni di riferimento sono applicate agli ingressi non invertenti degli amplificatori operazionali. Agli ingressi invertenti è invece applicata la tensione della batteria ridotta dal partitore formato da R11 ed R12.

Quando il livello della tensione presente sull'ingresso invertente è più basso di quello sull'ingresso non invertente, l'uscita dell'operazionale è a livello alto (circa 11 V). Viceversa l'uscita è a livello basso (circa 0 V).

Essendo i catodi dei diodi LED collegati non a massa bensì all'uscita di un operazionale la sua accensione è condizionata dal livello alto sull'uscita connessa verso l'anodo e dal livello basso sull'uscita connessa verso il catodo. In questo modo solo un diodo LED alla volta potrà accendersi.

COSTRUZIONE
Il montaggio del circuito può essere effettuato su una basetta millefori o più comodamente su di un circuito stampato. Il disegno delle piste di quest’ultimo è riportato in figura n° 2 ed è visto dal lato rame, mentre in figura n° 3 trovate la disposizione dei componenti.

Attenzione al ponticello tra i piedini 6 e 9 dell’integrato che va realizzato con un pezzetto di filo isolato saldato sotto la basetta oppure, con un filo non isolato da 0,2 – 0,3 mm inserito da sopra, prima di inserire lo zoccolo dell’integrato. Controllare il verso dei due diodi (D1 e D2).

I diodi LED possono essere anche di colore diverso da quelli da me indicati e possono essere inseriti completamente a filo della basetta o lasciati più alti come si vede nella foto n° 1.

L’integrato LM324 va inserito per ultimo nello zoccolo ed il collaudo può essere effettuato, oltre che collegando il circuito ad una batteria di cui si conosce lo stato, simulando con un alimentatore regolabile una batteria più o meno carica variando la tensione che esce dall’alimentatore.

I livelli di accensione dei LED sono indicativi e possono variare un po’ a causa della tolleranza delle resistenze e dei diodi, in particolare dello Zener. Se le differenze sono eccessive oppure se si preferiscono altri valori di accensione si può giocare cambiando un poco il valore delle resistenze del partitore R11-R12 oppure da R7 a R10.

Le resistenze da R1 a R5 limitano la corrente dei LED e sono di valore piuttosto alto per diminuire il consumo, come già detto. Se si vuole aumentare la luminosità si può diminuirne il valore a 680 - 470 Ohm considerando però che il circuito scaricherà prima la batteria.

 

Disposizione componenti

Circuito stampato (scala 2 : 1)

 

 

 

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