アマチュア向けの超低消費電流の電圧低下検出回路

電動アシスト自転車のNi-MHバッテリーを放置してダメにしてしまったため。防止回路を自作しようと思います。
常につなぎっぱなしでの検知を想定しているので、バッテリーの自己放電率と比較して無視できる程度の低消費電流が理想です。
試算では自己放電率が3.5Ah*0.01(1%)/24h
ですので、電流換算で約1.5mAと見積もっています。
その1割の150uA未満が非検出時の理想です。

要件的には下記になります。
・個人で入手可能な部品だけで構成可能。
・18V未満の電圧になったことを検知する。
・非検知時の消費電流は極力少なく。
・電源は被測定対象の電池自身を使用。
・30V以上の耐圧

当方ツェナーとコンパレータを使ったような古典的な電圧検知回路は設計できますが、これは、消費電流の要件を満たしません事を予めお断りします。初歩のラジオやラジオの製作の時代の知識で止まっております。

そのような目的に適したICや参考回路があればポインターを示して頂きたく思います。

質問者からの補足コメント

• 電池をダメにするの意味ですが、ただ単に空にするのでなく、過放電で使用不能にするの意味です。自転車を複数持ってる関係で乗らない時はうっかり何ヶ月も乗らない事が想定される為、その防止策となります。

    補足日時：2015/11/11 21:11

No.3 ベストアンサー 回答者： inara 回答日時： 2015/11/12 18:21

shouga4さんが紹介された質問

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/8845467.html
の回答者です。その回答の回路で使っている三端子レギュレータの耐圧は20Vなので、そのままでは今回の用途（電源電圧は最大25Vくらいになる）には使えません。

レールスプリッタという、電源電圧を半分に落とすICがあります（耐圧は40V）。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06868/
これを使ってバッテリー電圧を半分にすれば最大13V程度になるので上の三端子レギュレータが使えます。しかし、レールスプリッタ自身の消費電流が200μAくらいあるので、150μA未満という仕様を満たしません。

消費電力が少なくて耐圧の大きな（36V）オペアンプがあります。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08272/
2回路入りで消費電流は120μA（電源電圧が25Vのとき）です。1個のオペアンプをコンパレータ（電圧比較器）として使い、もう1つをパルス発振器（1秒おきにLEDがピカッ・ピカッと光らせるための信号を作る）として使えます。

shouga4さんが紹介された質問で使った三端子レギュレータの耐圧の問題は、入力電圧を抵抗分圧すれば耐圧の問題は回避できます（三端子レギュレータの負荷電流は小さいので抵抗分圧でも大丈夫のはず）。

回路を考えて実際に組んで実験してみますので少々お待ちください。18V以下になったときの告知方法はLEDの点滅でいいでしょうか。

電動アシスト用だとモータに流れる電流（起動時の最大電流）はどれくらいあるのでしょうか。数A程度の電流なら、パワーMOS-FETを使って、バッテリーとモータを自動的に切り離すようにもできます。

上で紹介した部品は秋月電商で扱っているものですが入手可能でしょうか。

この回答へのお礼

inaraさん

素晴らしい情報と回答ありがとうございます。３端子レギュレータが耐圧にかかる事は、一番目の回答者さんへの返信でも書いた通り、気付いていましたので、代替候補を探してるところでした。
下記の３端子レギュレータシリーズの内、HVという型番が付くものであれば満たしそうなので、RSかデジキーで取り寄せようかと思ってました。
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm2936.pdf
ただ教えていただいたように、わざわざ電圧をドロップさせないでそのまま使えるオペアンプがあるなら、その方が気分的にもいいです。NJU7014またはNJU7094に関しても千石のリンクから消えてるので、入手性について気になってました。

あと、組み込みは、使わない時はバッテリーを外している&想定してる期間のスケールが月単位の関係上、自転車を改造する事はあまり考えておらず、クレードルを自作するか、充電器を改造する事を考えてます。この為切り替え機構を作るなら無極性である必要があり、半導体で作ると面倒になると考えてます。

お礼日時：2015/11/12 18:51

No.2 回答者： isoworld 回答日時： 2015/11/11 20:36

半分は答えが見つかっているように思います。

最近のＩＣは消費電流が一頃よりも大幅に少ないものがありますので、それほど悩むことなく部品選びと設計ができることでしょう。
むしろ問題は警告LEDの消費電流のほうで、高輝度ＬＥＤを使っても１ｍＡはいるでしょうし、昼間だと周りの明るさで点灯が分かりません。そこで…LM3909N（LEDフラッシャーIC）の活用を考えてみてください（バッテリーが長持ちします）。LM3909NはネットでSpec情報が得られます。

この回答へのお礼

isoworldさん

ありがとうございます
３端子レギュレータも検索したところ条件に合致するものはいくつかあり、あとは入手性と価格、扱い易さ（チップ部品は老眼には辛い）から選ぶ事になりそうです。
LM3909は知ってますよ。
初歩のラジオやラジオの製作が現行だった頃からありますので。
今の所、自転車に組み付けるのではなく、長期間乗らない時はバッテリーを外す想定ですので、専用の台に組み込むが、第一の選択、充電台を改造する（電源オフ時のみつながるよう連動スイッチかリレーで切り替えて、電池を計測）が第二の選択として検討してます。
自転車に組み付けるのも一考なのでその際はアドバイスのよう効率の良い点滅回路を検討したいと思います。

お礼日時：2015/11/11 21:05

No.1 回答者： shouga4 回答日時： 2015/11/11 05:52

あんまりよく読解してませんが

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/8845467.html
が大いに参考になりそうです。

＞設定電圧の調整範囲 10～20V
＞LEDが消灯してる時の消費電流 40uA

ところで
＞常につなぎっぱなしでの検知を想定
との事ですが、「常に人が見ている」わけではないと思いますが
電圧低下を検知したあとはどうやって人に知らせて対応するのでしょう？
検知して何らかの警告を発すればそれによる消費が発生するので、
悪いケースを想像すると
「人が離れた直後に低下を検知し翌朝まで警告が出っぱなし」だと１日中無駄な警告と消費をし、
更に電池を消耗します。
電池容量に比べれて大した消費でないから目をつぶる？

この回答へのお礼

shouga4さん

かなり、求めている回路に近いです。少しモディファイすればいけそうです。ありがとうございます。

３端子レギュレータの消費電流が気になり、スペックを調べてみましたが、10uAとのことで、凄い時代になったと思いました。ただこのICの耐圧が問題で20Vまででした。代わりになるICを探すか、少し工夫が要ります。

なお、警告はLEDの連続点灯もしくは点滅を考えてます。普段点灯していないランプが点灯すると、案外すぐに気づくものです。また1mA程度で高輝度LEDなら十分明るく、この程度なら自己放電と同程度で、2,3日点灯しても問題なく、点滅ならさらに平均消費を抑えられると考えています。

お礼日時：2015/11/11 09:13