Indicador de nivel de carga de una batería

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Gracias a este sencillo circuito podemos construir un indicador de 4 leds que nos permitirá saber en forma gráfica el nivel de carga de una batería de plomo y ácido de 12v que se utiliza en los vehículos. Práctico, fácil de armar y por menos de U$S 2 dólares.

El corazón del circuito es el integrado LM339 que consta de cuatro comparadores de tensión encapsulados en un DIP de 14 patillas. Cada comparador posee una entrada (+) y (-), y una salida. La tensión a la salida es igual a la tensión de la fuente de alimentación mientras la tensión en la entrada (+) supera a la tensión en la entrada (-). Cuando esta condición se invierte, la tensión de salida es igual a 0v.

En el circuito propuesto, las entradas (+) de todos los comparadores se conectan a un valor de tensión fijo de 5v. Este valor está provisto por la referencia de tensión LM336. La patilla 1 de la referencia es de ajuste, se utiliza cuando se desea obtener una tensión distinta a la de 5v, en este circuito queda sin conectar.

Indicador de nivel de carga de una batería

Se puede observar una red resistiva de 5 resistencias (R1-R5) y un preset (RV1) conectada entre los bordes de la batería. La misma es un divisor de tensión al cual se conectan las entradas (-) de los comparadores según se puede ver en el esquema. Este divisor gracias a los valores de resistencias elegidos hace que la tensión en las entradas (-) sea próxima los 5v.

Una batería de plomo y ácido de 12v, como es sabido, en estado cargado tiene una tensión de salida de 12,7v en vació (es decir, sin conectar la carga). A medida que se usa la batería y se va descargando esta tensión disminuye hasta alcanzar unos 11,7v cuando la batería está totalmente descargada.

En el estado cargado se aplican 12,7v sobre el divisor tensión y la tensión presente en la entrada (-) de los cuatro comparadores es mayor a 5v. Esto significa que la tensión en (-) supera a la tensión en (+) que está fijada a los 5v de referencia. Por tal motivo, la salida de los cuatro comparadores es de 0v. Entonces, las ramas LED-resistor conectas en las salidas de los comparadores quedan sometidos a la tensión de la batería, esto hace circular una corriente de aproximadamente 10mA por cada led y estos se iluminan.

A medida que la carga de la batería va disminuyendo, también disminuye su tensión de salida. Debido a esto la tensión en cada entrada (-) de los comparadores también irá disminuyendo. Pero, debido a la distribución de los comparadores, la tensión en la entrada (-) de cada comparador difiere con la tensión de los demás. Si los ordenamos de menor a mayor, la tensión en la entrada (-) del comparador D será menor a las correspondientes tensiones en los comparadores C, B y A, la tensión en la entrada (-) del comparador C será mayor que en B y A, etc. En definitiva, la menor tensión en la (-) de los cuatro comparadores la tiene el D. El voltaje de la batería irá disminuyendo y llegara un momento cuando la tensión en esta entrada pasara a ser menor a 5v. En este momento la tensión de salida del comparador D se iguala a la tensión de la batería, la diferencia de potencial en la rama LED – resistor conectado en la salida del comparador D pasa a ser nula y la el led D5 se apaga.

Mediante un análisis similar, podemos concluir que a medida que la tensión de la batería va disminuyendo, disminuye la tensión en las entradas (-) y cuando esta pasa a ser menor a los 5v de referencia el led conectado al comparador se apaga. Los leds se irán apagando en este orden: D5, D4, D3, D2. Pero una imagen vale más que mil palabras, esta es una simulación realizada en el magnífico Excel del funcionamiento del circuito:

Simulación leds indicador nivel de carga bateria auto

Cada columna representa el estado de los leds según el nivel de tensión en la batería (verde encendido, rojo – apagado).

Ya hemos explicado en detalle el funcionamiento del circuito. Ahora veremos su implementación.
El circuito se diseñó de tal forma que cada led indica aproximadamente un 25% de carga de la batería, según se indica en la siguiente figura:

leds indicadores nivel carga batería auto

Entonces una vez armado el circuito debemos ajustarlo. Como sabemos los componentes electrónicos tienen una cierta dispersión, por ejemplo los resistores. Como el valor real de cada resistor puede diferir del valor indicado, nace la necesidad de ajuste del circuito. El ajuste se realiza con el preset RV1 según el procedimiento de a continuación:

1) Girar el preset totalmente hasta un extremo para que su valor sea cero (R5 quedaría conectado con el extremo negativo de la batería)

2) Asegurarse de que la batería está completamente cargada. Conectarla únicamente al circuito respetando la polaridad (es decir, no debe estar conectada a ningún otro dispositivo que no sea el circuito indicador).

3) Girar el preset hasta que se encienden todos los leds y fijarlo en esa posición.
Ahora, armado y ajustado, el circuito está listo para ser usado.

Listado de componentes
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1 R1 12k
3 R2-R4 220
1 R5 7,5K
1 R6 470
4 R7-R10 1k
1 U1 LM339
1 D1 LM336-5V0
4 D2-D5 LED
1 RV1 Preset 2K
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Por ultimo veamos los diagramas de distribución de pines del integrado DIP y TO92 utilizados:

lm139 diagrama pines lm336 diagrama pines patillas pinout

Como comentario final, si invertimos los terminales (+) y (-) de todos los comparadores lo que obtenemos es un indicador de descarga! Es decir, los led se irán encendiendo a medida que disminuye la carga de la batería, quedando encendido los cuatro leds cuando la batería está descargada. Esto mismo se puede lograr invirtiendo los cuatro leds y conectándolos al extremo negativo de la batería.

 

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