Indikátor napětí autobaterie LM393: schéma zapojení a praktické využití

Komparátor LM393 je jedním z nejpoužívanějších komparátorů. Než se dozvíte přesnou definici LM393 a údajů pro toto zařízení, stojí za to zjistit, co je to komparátor. Jedná se o zařízení, které patří do skupiny kombinačních obvodů, tj. obvodů, u nichž hodnoty na výstupu závisí pouze na aktuálním stavu vstupů. Tím se liší od sekvenčních systémů, kde jsou důležité i předchozí vstupní hodnoty. Různá řešení tohoto typu mohou plnit různé funkce - v případě komparátoru jde o porovnávání dvou hodnot.

Co je LM393 a proč je oblíbený?

LM393 je dvojitý diferenciální komparátor s 8 vývody. Stojí za povšimnutí, že jeho konstrukce se ve skutečnosti skládá ze dvou propojených analogových komparátorů, z nichž každý má dva vstupy (invertující a neinvertující) a jeden výstup (označené jako “Output 1” a “Output 2”). Jedná se o jeden z nejoblíbenějších komparátorů na trhu, který často používají nadšenci do elektroniky a robotiky. Standardní komparátor LM393 je výrobek s počtem kanálů - 2; formát pouzdra - DIP-8; napájecí napětí - 2 V až 36 V (DC).

Varianty a srovnání LM393 a LM339

Referenční napětí se během měření nastavuje potenciometrem. Jednotlivé produkty se mohou lišit také výkonem a technickými detaily. Za symbolem rozložení mohou následovat další písmena, která pomáhají identifikovat konkrétní varianty - např. LM339. Oba systémy plní podobné funkce, ale je důležité si uvědomit zásadní rozdíl v jejich konstrukci. Modul LM339 má dvakrát více vstupů a výstupů - v praxi si jej lze představit jako dva čipy LM393 spojené dohromady. Takové zařízení může sloužit jako čtyřnásobný operační zesilovač.

Schéma zapojení a provedení LM393

Schémata LM393 mohou zobrazovat samotné zařízení nebo obvod připojený k jinému zařízení. Pokud se však zaměříme na samotný LM393, je k dispozici 8 pinů: vlevo - výstup 1, vstup 1 (kladný a záporný pin) a zem; vpravo - pin Vcc (napájení), výstup 2, vstup 2 (kladný a záporný pin). Vnitřní část obvodu se skládá z propojených operačních zesilovačů. Komparátor LM393 je relativně jednoduchý, malý obvod, který je k dispozici za velmi nízkou cenu.

Za zařízení tohoto typu obvykle zaplatíme několik korun. LM393 je k dispozici v několika variantách, které se liší rozsahem porovnávaného napětí. Referenční napětí se nastavuje potenciometrem. Jednotlivé produkty se mohou lišit také výkonem a technickými detaily. Obecně lze říci, že LM393 se používá jako základní dvojitý komparátor pro porovnávání napětí.

Praktické zapojení indikátoru napětí autobaterie na LM393

Základ zapojení tvoří obvod LM393, který měří napětí přes trimry a postupně rozsvěcí LED diody. Základem indikátoru je dvojitý OZ s otevřeným kolektorem typu LM393. Ten měří napájecí napětí přes trimry a s rostoucím napětím postupně rozsvěcí další LED. Pokud svítí více LED, jsou zapojeny v sérii a neberou tedy větší proud. Přepínač JP1 slouží k volbě zobrazovaného režimu. Celé zařízení je umístěno na jednom PCB. Toto zapojení nemusí být použito pouze jako indikátor napětí autobaterie; lze s ním měřit téměř libovolné napětí v definovaném rozsahu.

Zapojení LM3914, LM3915 a LM3916 je diskutováno, avšak pro LM393 se používá schéma s 8 piny, kde na vstupu máte referenční napětí a dělič napětí. Referenční napětí je tvořeno Zenerovou diodou a rezistory, zatímco invertující vstup bývá přiveden na napěťový dělič. Vypínací a zapínací stavy vycházejí z porovnání napětí na vhodných vstupech s referencí. Pro volbu zobrazovaného režimu slouží JP1 a celá konstrukce je určena pro indikaci stavu autobaterie.

Praktické parametry a provedení

• Počet kanálů: 2; formát pouzdra: DIP-8; napájecí napětí: 2 V až 36 V (DC).
• Vstupní napětí na invertujícím a neinvertujícím vstupu lze nastavit děliči; referenční napětí zajišťuje Zenerova dioda a odpory.
• Napájecí napětí se běžně pohybuje kolem 12 V v automobilové aplikaci; rozsah napájení lze rozšířit úpravou referenčního obvodu.
• Indikace napětí může být prováděna 2 LED diodami současně, nebo po jednotlivých úrovních s různou citlivostí, v závislosti na nastavení trimrů a odporů v děličích obvodech.

Schéma a praktické poznámky popisují, že při určitém napětí se rozsvítí první LED, při vyšším napětí další a tak dále až k poslední LED. Referenční napětí zajišťuje zenerova dioda a propojení s děličem zajišťuje správné hranice pro jednotlivé LED, které indikuji stav baterie: vybitá, dobrá, přebíjení. Schéma umožňuje nastavit prahové hodnoty přes trimry P1 a P2 a případně zapojit mezipropojku JP1 pro volbu módu indikace.

Další užití LM393 a podobné obvody

Obvod LM3914, LM3915 a LM3916 umožňují rozšíření indikace napětí až po desítku LED v různých režimech, nicméně pro LM393 se většinou používají dva identické komparátory v jednom IO čipu. Indikátor napětí autobaterie může být využit i pro Li-Ion články, kdy s úpravou děliče a referenční diody lze indikovat pokles napětí jednotlivých článků do určitého rozsahu (např. do 34 V).

V praxi bývá použití LM393 jednoduché a levné: obvod s minimem součástek, s nastavitelným prahovým napětím, s jednoduchým řízením jasu LED a s možností volby zapojení buď jako bodový nebo spojitý mód indikace. Pro zajištění stability a ochrany bývá doporučeno doplnit referenční diody a filtraci napájení. Před samotným návrhem je vhodné zkontrolovat zapojení a parametry napájení.

Konkrétní příklady zapojení a související poznámky

Indikátor IVB 01 má pro indikaci stavu autobaterie tři stupně (vybitá, dobrá, přebíjení) a je vhodný pro 12V i po úpravě pro 24V sítě. Základem je LM393 s otevřeným kolektorem. Při vyšším napětí rozsvítí se více LED, pokud svítí více LED, jsou zapojeny v sérii. Prahové hodnoty jsou nastaveny trimry P1 a P2; referenční napětí zajišťuje Zenerova dioda. Pro volbu režimu a konfiguraci obvodu slouží JP1. LED diody volíme s vhodnou svítivostí a obdobnou charakteristikou proudu, aby nedošlo k nerovnoměrnému svitu.

V popisu je uvedeno, že při použití napěťového děliče s trimmrem 20K a odpory volby lze nastavit požadované napětí na děliči, aby odpovídalo prahovým hodnotám pro rozsvícení LED. Další část popisu uvádí příklad výpočtu, jak určit odpor R1 a R2 pro správné referenční napětí, zohledněné v zapojení s LM393. Varianta LM393 s jedním čipem a dvěma kanály umožňuje porovnávat napětí na dvou větvích, přičemž výstupy se používají pro ovládání LED nebo jiných akčních prvků.

Praktické poznámky k zabezpečení zahrnují ochranu polarity diodou D1, použití stabilizovaného napájení, a případně doplnění filtračního kondenzátoru C1. Popsané konfigurace ukazují, že i s jednoduchým obvodem lze dosáhnout spolehlivého indikátoru napětí pro 12V autobaterii a s menšími úpravami i pro 24V systémy.

Možnosti rozšíření a poznámky k analýze výkonu

Je vhodné pečlivě prozkoumat dostupné varianty LM393, protože i malé odchylky od požadovaných hodnot mohou výrazně ovlivnit fungování celého systému. Pro Li‑Ion články je možné upravit napěťový dělič a referenční diodu tak, aby indikátor reagoval na úbytky napětí na jednotlivých článcích. Uvedené příklady ukazují, že zapojení je flexibilní a lze jej upravit podle konkrétního napájecího systému a požadované úrovně indikace.

V závěru lze říci, že LM393 poskytuje cenově dostupné a univerzální řešení pro indikaci napětí autobaterií a dalších systémů. Díky možnosti nastavit prahové hodnoty a jednoduchému zapojení je vhodný i pro začínající nadšence do elektroniky a robotiky.

tags: #indikator #napeti #autobaterie #s #lm393