國外開源-低功率LED電壓表

這個電路在家庭電源雜志＃69中被推出

（C）1998，G. Forrest Cook

介紹

這是一種低功率電壓表電路，可用于運行在12和24伏特電池上的替代能源系統(tǒng)。電壓表是擴展型，表示12伏特電池的10至16伏特范圍內(nèi)的小電壓階躍以及24伏特電池的22至32伏特范圍。從24V操作時，從12V和160mw操作時，功耗可以低至14mw。

可以將電表設(shè)置為跨越各種上下電壓讀取相等的步長。該儀表通過在低功耗周期閃爍模式下工作，通過在LED指示燈亮起并在重復(fù)的2秒周期內(nèi)短暫地消耗電力來節(jié)省功率。電路可以切換到高功率模式，其中有源LED始終保持開啟狀態(tài)。

電壓指示器可以使用不同顏色的LED，這樣可以在黑暗中讀取電池狀態(tài)。使用藍色LED，可以使用紅色，琥珀色，黃色，綠色和藍色LED中的兩種來獲得漂亮的彩虹色。該電路還可以使用廉價和常見的紅色LED。如果電路要在陽光下使用，應(yīng)該使用超亮LED。

典型用途包括監(jiān)控便攜式電池操作系統(tǒng)和室內(nèi)壁掛式家庭電源系統(tǒng)充電指示器。該電路可以建在20美元以下，所有的零件都是通用的。

該電路可以用CMOS ICM7555定時器或更常用的雙極555定時器構(gòu)建。7555定時器將提供更高效的操作，并應(yīng)用于具有小電池的系統(tǒng)。

產(chǎn)品規(guī)格

                 7555timer（12V）555timer（12V）7555timer（24V）555timer（24V）

空閑電流：0.34ma 6.1ma 6.3ma 24ma

LED開啟電流：18ma 22ma 12ma 28ma

平均電流：1.2ma 6.9ma 6.6ma 24ma

平均功率：14mw 83mw 160mw 580mw

工作周期：約5％

閃爍頻率：約0.5hz

工作電壓：10V - 20V（12V型）20V-35V（24V型）

理論為12伏操作

電路的核心是LM3914N點式電壓表IC，U2。該芯片以擴展模式運行，使得電路在10-16V范圍內(nèi)響應(yīng)。

U2從內(nèi)部參考電壓輸出引腳7上的穩(wěn)定電壓。這通過分壓器VR2和R5饋送到內(nèi)部參考輸入引腳，以設(shè)置儀表敏感的范圍。測量電壓通過由R4和VR1組成的分壓器饋入引腳5。該分頻器將輸入電壓降至對IC有用的范圍。

基本擴展的12伏規(guī)LM3914電壓表電路發(fā)表在“Nuts＆Volts”雜志（1）中，類似的電路顯示在Home Power＃10（2）中。

U2正電源連接到標稱為12V的引腳3。U2負電源通過晶體管Q1瞬時接通，這種開關(guān)動作是使電路效率高的原因，因為U1（ICM7555）消耗僅為0.34ma，而U2消耗大約18ma，其中一個LED亮起。ICM7555定時器U1連接在一個具有窄脈沖寬方波輸出的非穩(wěn)態(tài)（自由運行）模式下運行。

U1的占空比由R1和R2的比例控制。如果需要更快的閃爍，R2可以調(diào)整到更小的值，如果需要速率調(diào)整，則可以用電位計代替R2。如果需要較長的接通時間，則R1可能會增加。R1和R2的變化將影響電路消耗的平均電流。振蕩頻率由C1，R1和R2決定。C1可以是電解電容或多晶硅電容器，如果使用電解部件，請確保將正極端子連接到U1引腳6和2，將負極端子接地。

定時器IC的輸出通過限流電阻R3饋入晶體管Q1，其將功率控制到U2。電容器C2濾除對U1的控制電壓輸入，電容C3為整個電路提供直流濾波。當電容器C1兩端的鎖定開關(guān)閉合時，定時器的輸出保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而使U2電路和電流消耗增加到18ma。開關(guān)不是簡單地連接在晶體管上的原因是為了保持U2的負電源與電路脈沖時相同。這兩種模式下的LED都保持相同的校準，因為晶體管的電壓降始終是電路的一部分。

最后但并非最不重要的是，如果電路短路，保險絲F1可以防止火災(zāi)的可能性。平均電流通過將U1所需的恒定電流與U2乘以占空比的電流相加來計算，詳見規(guī)范。為了在12V模式下操作電路，將電路接線以使跳線J2和J5短路，則可能會丟失部件U3，C4，R6和R7。

理論為24伏操作

當連接24伏電壓時，儀表在20-32V范圍內(nèi)響應(yīng)。R6連接到24V電源而不是R4，R6的較大值將較高的輸入電壓調(diào)整到對U2有用的范圍。具有串聯(lián)電阻R7的電壓調(diào)節(jié)器U3將24V降至12V調(diào)節(jié)，為IC提供正確的工作電壓。電阻R7確保調(diào)節(jié)器的輸入電壓保持在IC絕對最大規(guī)格的35V以下。由于電壓調(diào)節(jié)器和R7所消耗的額外功耗，在24V模式下的工作效率比12V模式低。為了在24V模式下操作電路，將電路接線，以使跳線J1，J3和J4短路。R4可能在24V模式中被遺漏。

施工

我在2“x3”鍍銅PC板上建立了電路的原型，芯片安裝在電路板的一側(cè)粘接在電線套管中。零件焊接到繞線插座針的背面。作為地面飛機，將所有地面連接件直接焊接在板上。將LED以陣列的形式排列在單獨的穿孔電路板上，并使用繞線將電線連接回U2。如果焊接到LED，在焊接之前，請確保將散熱片夾連接到LED針腳上，否則LED容易被多余的熱量破壞。穿孔的LED板使用墊片和機械螺絲安裝在主電路板上。7555定時器和藍色LED是靜電敏感的，避免了這些或任何其他半導(dǎo)體部件與靜電的切換。

初學(xué)者應(yīng)該使用較大的電路板開始，因為接線非常緊。在連接零件之前，請先鉆上電路板上的任何安裝孔。使用薄型電子焊料，應(yīng)使用30瓦品種的電子烙鐵。電壓讀數(shù)可以打印或繪制在一張紙上并放置在LED的旁邊。

對準

必須有一個可調(diào)節(jié)的直流電源和一個精確的電壓表進行對準。按照12V版本的電路的這些說明。

關(guān)閉開關(guān)S1，使LED保持開啟狀態(tài)。對準的第一步包括設(shè)置U2的參考電壓。將外部電壓表連接到U2引腳6和4上，并調(diào)整VR2讀數(shù)為1.2伏。居中設(shè)置VR1和VR3。在這個階段，你應(yīng)該決定你希望儀器讀取什么尺度。我可以將電路調(diào)整為10.5V至15V之間的0.5V步長以及10.5V至13.2V之間的0.3V步長。對于這個例子，電路將被設(shè)置為使用10.5到15V刻度。終點之間的距離為4.5V。

將電源從9V調(diào)整到15V，并看到儀器正在讀取的位置，直到電位器接近正確的范圍，才可能讀取，否則將電源設(shè)置為12V，并調(diào)整VR3直到其中一個中心LED燈。調(diào)整電源，直到第一個LED亮起，測量該電壓。調(diào)整電源直到最后一個LED亮起，測量該電壓并減去第一個電壓，這是跨度。調(diào)整VR1并重復(fù)上一次調(diào)整，直到跨度為4.5V?，F(xiàn)在將電壓設(shè)置為10.5V并調(diào)整VR3直到最低的LED亮起。VR1和VR3相互作用，因此可能需要進行幾次調(diào)整才能使其完美。

為了對準24伏電路，必須有一個可以調(diào)節(jié)到30V左右的可變電源。實現(xiàn)更高電壓可調(diào)電源的良好方法是將帶電的12V電池與較低電壓的可變電源串聯(lián)。和往常一樣，當處理諸如電池的大電流源時，請在布線中使用保險絲并絕緣暴露的連接。

使用

在12或24伏電池上連接適當?shù)碾妷罕黼娐?，并觀察閃爍的LED指示燈，以顯示電池電壓指示。激活開關(guān)S1顯示常數(shù)。如果電壓高于上一步，則最高的LED將保持亮起。如果電壓低于底部電平，則所有LED將熄滅。該電路的原型版本已連續(xù)使用7年以上，設(shè)計已通過時間考驗。

元器件清單

U1：ICM7555 CMOS定時器IC（Harris / Intersil）

U2：LM3914N LED電壓表（美國國家半導(dǎo)體）

U3：7812 12伏穩(wěn)壓器（美國國家半導(dǎo)體）

Q1：2N3904 NPN硅晶體管

D1：1N4148硅開關(guān)二極管

LED1-LED10：紅，黃，琥珀，綠，藍LED

C1：1.0uF電容器，可以使用電解質(zhì)。

C2：0.001uF陶瓷電容

C3：10uF電解電容

C4：0.1uF陶瓷電容

R1：47K 1 / 4W電阻

R2：2M 1 / 4W電阻

R3：22K 1 / 4W電阻

R4：4.7K 1 / 4W電阻

R5：1.2K 1 / 4W電阻

R6：15K 1 / 4W電阻

R7：330歐姆1 / 2W電阻

VR1，VR3：5K微調(diào)電位器，10轉(zhuǎn)風格

VR2：200歐姆微調(diào)電位器，10轉(zhuǎn)風格

F1：1/2安培直流快熔保險絲

S1：微型開關(guān)或按鈕開關(guān)