基于λ二極管的鎳鎘低電池電量監控電路

這種用于鎳鎘電池的λ二極管低電池電量指示器的主要特點是，電路本身消耗的電流幾乎為零，直到達到設定的低閾值電平并且指示燈LED亮起。

此功能使該電路非常適合許多低壓電池供電系統，如收音機、手表、定時器、警報器、遙控器等。

鎳鎘電池過早損壞的主要原因是由于電池在運行時放電太深而導致的內部短路。

因此，任何使用鎳鎘電池的電子產品都必須包括一個低電池電量指示器，該指示器可以在電池達到“臨界”電壓之前觸發并提醒用戶充電。

雖然您會發現許多類型的充電監視器可以集成到電池供電產品中，但本文中介紹的λ二極管監視器可能比任何其他可用的電池監視器都更復雜。

優于其他低電量指示器系統

大多數低電量指示燈與 BJT 配合使用，以打開 LED 驅動電流或用于儀表顯示。這種設計的缺點是，即使LED處于關斷狀態，電路也會不斷耗盡電池電量。

在低功耗電路中，這種電池消耗會極大地影響和減少電池的備份時間。

解決這個問題的最佳補救措施是使用絕對不消耗電池電流的電路，只要電源電壓高于電池的臨界電位即可。

這正是基于λ二極管的低電池電量監視器所執行的。

它還具有在 8 至 20 V 電壓范圍內可調觸發閾值，并且可以相當便宜地構建。

鎳鎘充電/放電特性

所有電池的端電壓根據其充電狀態而變化。這種關系的這種特性對于不同的電池可能不同。

例如，對于鉛酸電池，我們發現當電池放電時，它們的輸出電壓實際上會非常線性地下降。對于干細胞，這種行為通常也是相同的。

但是，對于鎳鎘電池，放電時的壓降不是很線性。完全充電的鎳鎘電池的輸出電壓可能約為 1.25 伏。

這個水平保持相當恒定，直到它被漂亮地完全放電。此時，電池電壓迅速下降到大約 1.0 至 1.1 伏或 1.05 伏。

調整為在此“臨界”電壓電平下激活的精確電壓監控電路對于識別鎳鎘電池的充電水平非常有幫助。

例如，八芯鎳鎘電池組的完全充電輸出電位可達10.0伏。當它幾乎完全放電時，電池的輸出可能為 8.4 伏。

氧二極管低電量指示燈的工作原理

如下圖所示的λ二極管低電池電量監控電路被調整為在8.4伏時激活，這使我們能夠為鎳鎘電池實現有效的充電狀態（SoC）監控系統。

虛線框內的λ二極管是使用一對n溝道和p溝道FET構建的。

請記住，市場上沒有現成的“λ”二極管。

實際上，λ二極管是通過互連兩個低功耗FET來構建的，并且僅使用兩個端子工作，標記為“陽極”（A）和“陰極”（K）。

當該λ二極管的偏置處于截止模式時，晶體管Q3也會關斷，從而使LED1保持關斷狀態。

當電池電壓開始下降時，它達到λ二極管突然偏置并導通的點。

這種情況會立即使Q3偏置為導通，從而打開LED電源，提醒用戶電池電量不足的情況。（λ二極管的工作特性如下所述）。

將λ二極管偏置為導通的電位電平可通過電位計R1完全調節。

電阻R2的接線方式類似于限流器，用于保護LED1。該限流電阻的值可以使用歐姆定律（R2 = E/I，其中R2以歐姆為單位，E表示LED1剛亮的鎳鎘電池電位閾值，I應替換為LED的最大安全電流值。

施工細節

上面解釋的λ二極管電池充電監視器非常緊湊，可以容納到使用鎳鎘電池組作為電源的齒輪中。

此外，它可以作為低電池指示器設備在外部構造和應用，并封裝在一個小盒子中。在這兩種情況下， PCB可以如下所示使用。

用于構建λ二極管的JFET類型實際上并不重要。幾乎所有涉及n溝道和p溝道FET的配置以及器件列表中指定的配置都應該表現良好。

如果需要，您可以考慮用低功率繼電器替換 LED1，以便在電壓電平降至臨界低閾值以下時立即斷開鎳鎘電池組與負載的連接。這種特殊的布置將自動保護電池組在放電時免受極性反轉的影響。

零件清單

LED1 - 任何 5mm 20 mA LED

Q1 - P 溝道 JFET（2N4360 或類似產品）Q2 - N 溝道 JFET（2N3819 或類似產品）

Q3 - NPN BJT 2N2222A 或類似產品

R1 -10 k，預設

R2 - 限流電阻（見文字）可以是 150 歐姆 1/2 瓦