Odpojovač akumulátoru

Meteostanice na chalupě funguje. Většinou. Vyrobil jsem novou revizi desky, o ní někdy příště. Mimo jiné podporuje spínání několika výstupů na základě dálkově nastavitelných parametrů, jako je napětí akumulátoru, teploty rosného bodu apod.

Nedávno jsem ale musel vyrazit na fyzickou opravu. Stejně jako při experimentech se zřejmě ve výjimečných případech kousne MCU, když GSM modul začne vysílat. Nejspíš kombinace špatného přizpůsobení antény a zvýšení výkonu při určitých podmínkách šíření. Watchdog samozřejmě používám, ale nezareagoval. Takže výsledkem byl VRLA olověný akumulátor vybitý na necelé 3V.

Řešení? Odpojovač akumulátoru při poklesu napětí. Čínských modulů je k dispozici několik, doslova za pár korun. Jejich nevýhodou je ovšem značná vlastní spotřeba - používají běžné 12V relé a obvykle také operační zesilovač se značným odběrem. Takže jsem se rozhodl pro návrh vlastního řešení.

Odpojovač je postaven na obvodu MCP121. Tento obvod je původně určený jako napěťový supervizor a resetovací obvod pro mikrokontroléry. Vzhledem k extrémně nízkému vlastnímu odběru (pod 2uA) lze však s výhodou použít i pro navrhovanou aplikaci. Zvolená varianta MCP121T-300E/TT generuje aktivní reset (log. 0) při napětí pod cca 3V, má minimální hysterezi a výstup s otevřeným kolektorem. Pro posunutí rozhodovací úrovně k napětí vhodnému pro olověné akumulátory je obvod napájený z děliče R3/R4, čímž je vypínací napětí nastaveno na cca 9,5V. Pull-up pro gate tranzistoru Q2 zároveň zvyšuje hysterezi a posouvá zapínací napětí na cca 11,0V.

Tranzistor Q2 spíná výkonový P-MOSFET tranzistor Q1, který připojuje zátěž. Dioda LED1 indikuje aktivní výstup, s výhodou je použita modrá LED, která již při proudu řádově 100uA spolehlivě svítí. Celková spotřeba zařízení se pohybuje kolem 40uA při odpojeném akumulátoru a do 200uA při připojeném vč. proudu pro LED indikaci.

Při experimentech se mi podařilo "nakopnout" tranzistor Q1. Fungoval, spínal, ale při napětí na gate (Vgs) nad cca 11V začal prudce stoupat proud. Podle datasheetu by přitom tranzistor měl bezpečně zvládnout 20V. Na druhém kusu vše v pořádku, udělal jsem tedy destruktivní test - napětí jsem zvyšoval až k cca 16V, kdy tranzistor odešel do křemíkového nebe a zůstal sepnutý navždy. Po výměně za nový vše OK.

Vodotěsnost jsem vzhledem k přítomnosti modré LED a nedostatku průhledných smršťovaček vyřešil zalitím pomocí chrchlometu (lepící pistole) s průhlednými náboji. Na stole se vše chová perfektně - tak uvidíme po instalaci v provozu. Schéma a DPS pro Eagle jsou dostupné na mém Githubu.