基于λ二极管的镍镉低电池电量监控电路

这种用于镍镉电池的λ二极管低电池电量指示器的主要特点是，电路本身消耗的电流几乎为零，直到达到设定的低阈值电平并且指示灯LED亮起。

此功能使该电路非常适合许多低压电池供电系统，如收音机、手表、定时器、警报器、遥控器等。

镍镉电池过早损坏的主要原因是由于电池在运行时放电太深而导致的内部短路。

因此，任何使用镍镉电池的电子产品都必须包括一个低电池电量指示器，该指示器可以在电池达到“临界”电压之前触发并提醒用户充电。

虽然您会发现许多类型的充电监视器可以集成到电池供电产品中，但本文中介绍的λ二极管监视器可能比任何其他可用的电池监视器都更复杂。

优于其他低电量指示器系统

大多数低电量指示灯与 BJT 配合使用，以打开 LED 驱动电流或用于仪表显示。这种设计的缺点是，即使LED处于关断状态，电路也会不断耗尽电池电量。

在低功耗电路中，这种电池消耗会极大地影响和减少电池的备份时间。

解决这个问题的最佳补救措施是使用绝对不消耗电池电流的电路，只要电源电压高于电池的临界电位即可。

这正是基于λ二极管的低电池电量监视器所执行的。

它还具有在 8 至 20 V 电压范围内可调触发阈值，并且可以相当便宜地构建。

镍镉充电/放电特性

所有电池的端电压根据其充电状态而变化。这种关系的这种特性对于不同的电池可能不同。

例如，对于铅酸电池，我们发现当电池放电时，它们的输出电压实际上会非常线性地下降。对于干细胞，这种行为通常也是相同的。

但是，对于镍镉电池，放电时的压降不是很线性。完全充电的镍镉电池的输出电压可能约为 1.25 伏。

这个水平保持相当恒定，直到它被漂亮地完全放电。此时，电池电压迅速下降到大约 1.0 至 1.1 伏或 1.05 伏。

调整为在此“临界”电压电平下激活的精确电压监控电路对于识别镍镉电池的充电水平非常有帮助。

例如，八芯镍镉电池组的完全充电输出电位可达10.0伏。当它几乎完全放电时，电池的输出可能为 8.4 伏。

氧二极管低电量指示灯的工作原理

如下图所示的λ二极管低电池电量监控电路被调整为在8.4伏时激活，这使我们能够为镍镉电池实现有效的充电状态（SoC）监控系统。

虚线框内的λ二极管是使用一对n沟道和p沟道FET构建的。

请记住，市场上没有现成的“λ”二极管。

实际上，λ二极管是通过互连两个低功耗FET来构建的，并且仅使用两个端子工作，标记为“阳极”（A）和“阴极”（K）。

当该λ二极管的偏置处于截止模式时，晶体管Q3也会关断，从而使LED1保持关断状态。

当电池电压开始下降时，它达到λ二极管突然偏置并导通的点。

这种情况会立即使Q3偏置为导通，从而打开LED电源，提醒用户电池电量不足的情况。（λ二极管的工作特性如下所述）。

将λ二极管偏置为导通的电位电平可通过电位计R1完全调节。

电阻R2的接线方式类似于限流器，用于保护LED1。该限流电阻的值可以使用欧姆定律（R2 = E/I，其中R2以欧姆为单位，E表示LED1刚亮的镍镉电池电位阈值，I应替换为LED的最大安全电流值。

施工细节

上面解释的λ二极管电池充电监视器非常紧凑，可以容纳到使用镍镉电池组作为电源的齿轮中。

此外，它可以作为低电池指示器设备在外部构造和应用，并封装在一个小盒子中。在这两种情况下， PCB可以如下所示使用。

用于构建λ二极管的JFET类型实际上并不重要。几乎所有涉及n沟道和p沟道FET的配置以及器件列表中指定的配置都应该表现良好。

如果需要，您可以考虑用低功率继电器替换 LED1，以便在电压电平降至临界低阈值以下时立即断开镍镉电池组与负载的连接。这种特殊的布置将自动保护电池组在放电时免受极性反转的影响。

零件清单

LED1 - 任何 5mm 20 mA LED

Q1 - P 沟道 JFET（2N4360 或类似产品）Q2 - N 沟道 JFET（2N3819 或类似产品）

Q3 - NPN BJT 2N2222A 或类似产品

R1 -10 k，预设

R2 - 限流电阻（见文字）可以是 150 欧姆 1/2 瓦