Для аварийного питания применяются батареи аккумуляторов или элементов питания. При длительной непрерывной эксплуатации эта батарея становится самым ненадежным узлом.
С элементами питания проще: раз в полгода выбрасывать старые батарейки и вставлять новые. Хотя это накладно и не гарантирует надежность.
Для батареи аккумуляторов нужно предусмотреть качественное автоматическое зарядное устройство с проверкой состояния и сигнализацией. Вероятность отказа батареи растет в геометрической прогрессии от количества аккумуляторов.
Можно использовать один литиевый (3,6 вольт) аккумулятор. Сделать к нему умное зарядное. По необходимости добавить преобразователь 3,6/5 вольт на МАХ-се. Получится дорогое и, может быть, качественное устройство.
Основная задача состояла в изготовлении надежного и недорогого аварийного блока питания на одном никель-кадмиевом или никель-металлогидридном аккумуляторе.
За полгода было изготовлено десяток конструкций с различными преобразователями и различными зарядными. Микросхем DC/DC, надежно работающих от 1 вольта я не нашел. Из 5-ти преобразователей различного принципа действия лишь генератор на «древнем» германиевом транзисторе удовлетворил меня по надежности и КПД. На монтажной плате я испытал все ГТ402 и ГТ403, которые нашлись в моем радиохламе. Их оказалось более десятка с разными буквами и разными коэффициентами усиления, но они все отлично работали.
Контролирующе-зарядное устройство хотел сделать попроще: на полевых транзисторах, потом на операционных усилителях, потом на компараторах. Плюс стабилитроны и оптроны и тчательная и долгая настройка. Только с применением микроконтроллера пришло удовлетворение. Пусть МК все проверяет и настраивает. Вот результат на фото.
Его технические характеристики:
- Отсутствует или неисправен – звуковой и световой сигнал каждые 2 минуты.
- Напряжение ниже 1,28 вольт – зарядить.
- Заряжать импульсным током: 80мА в течение 1 сек, пауза 25мкс, измерение напряжения. И так повторять до 1,42В. Из множества методов заряда аккумуляторов я выбрал именно такой.
- После 10 циклов заряда (может через месяц, а может и через пару лет) – 1 принудительный разряд током 40 – 60мА до 1 В.
Схема состоит из экономичного стабилизатора напряжения VR1, ключа включения-выключения зарядки аккумулятора VT1, ключа включения-регулировки-выключения преобразователя напряжения 0,8/5 вольт VT2, генератора на германиевом транзисторе VT3 и трансформаторе Tr1. Микроконтроллер PIC16F676 всем этим управляет и сигнализирует светодиодами о своих действиях.
Наличие сетевого напряжения контролируется сразу после диодного моста делителем напряжения R1 – R2. Если применить другой источник питания (стабилизатор может работать от 7 до 40 вольт) нужно подобрать резисторы так, чтобы на делителе было 4,5 – 4,8 вольт. И это надо проверить ещё до установки микроконтроллера в панельку.
HL2 свидетельствует о наличии сети и о нормальной работе стабилизатора напряжения 5v.
О включении заряда сигнализирует белый светодиод HL4. Зарядный ток можно изменить в зависимости от применяемого аккумулятора и мощности сетевого трансформатора подбором резистора R10 и VT2.
Печатная плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Отсек для аккумулятора отрезал от 3-хэлементного батарейного отсека.
Самым капризным узлом, при повторении схемы, является автогенератор. Но следуя моей методике, основанной на многочисленных экспериментах с разными генераторами и разными комплектующими, у Вас настройка генератора займет десяток минут. На печатную плату сначала установить лишь те детали, которые указаны на рисунке.
Временно подключить нагрузку (резистор 560 Ом + светодиод) и переменный резистор 5 кОм для установки и поддержания на коллекторе VT2 напряжения 0,8 вольт. При намотке трансформатора предусмотреть возможность смотать витков 5 и оставить «хвосты», чтобы можно было домотать витков по 5. Подключить аккумулятор, именно аккумулятор, а не какой-либо блок питания. Вместо диодов VD4-5 для наглядности я временно поставил светодиод. Получится вот так:
На выходе должно быть 3-7 вольт. Если напряжение меньше 1,5В нужно поменять у одной из обмоток начало с концом. Выставить 0,8 вольт на коллекторе VT2 (проверять и регулировать при каждом изменении витков). Добавляя или отматывая по 1 витку первичной обмотки остановится в районе 5 вольт. Теперь, меняя количество витков вторичной обмотки, остановиться на 4,8 вольт. Обмотки я мотал по всему кольцу.
Назначение остальных элементов схемы: VD2 и VD3 – диоды Шоттки из за малого падения 0,2В напряжения — делят питание по +, R12-R15 – ступени регулировки напряжения на выходе VT2, VD4-5 работают как стабилитрон 0,6+0,6=1,2 вольта.
Защита от сетевых помех выполнена программно. Назначение портов микроконтроллера ясно со схемы.
Транзистор VT3 ГТ402 – ГТ403 с любым индексом, с любым коэффициентом усиления. Выбор остальных деталей некритичен.
Стабилизатор напряжения 5В можно собрать на КРЕН-ке вместо LM2575..
Напоминаю, что микроконтроллер PIC16F676 имеет одну особенность: в последнюю ячейку памяти завод-изготовитель записывает поправочный коэффициент частоты. Потому программировать нужно в следующем порядке:
- Вставить мк в программатор и нажать кнопку «читать»
- По адресу 03FF прочесть и запомнить число. К примеру: 34АВ.
- Открыть файл НЕХ программы, которую Вы хотите записать.
- Найдите и измените значение ячейки по адресу 03FF. Там было 3FFF. Запишите 34АВ.
- Программируйте.
- В ICProg появляется сообщение: «Не … … … Вы настаиваете … … использовать ячейку 3FFF (34AB)? Отвечайте: « Да».
- В WinPic ничего не спрашивает, записывает нормально.
Два таких блока уже установлены в часы, работают нормально. Но следующий будет с изменением узла контроля выходного напряжения и узла включения заряда и …
Кстати, этот аварийный блок питания неплохо реанимирует аккумуляторы. При наладке для ускорения процесса вставил совсем «дохлый» аккумулятор NiМН-1600 (за 2 секунды он заряжался от 0,5 до 1,42 вольт и саморазряжался до 1 вольта секунды за 3). Проверил все режимы, в том числе и принудительный разряд через 10 циклов заряда. Для проверки теплового режима оставил на ночь. Тепловой режим в порядке, а аккумулятор ещё до обеда непрерывно заряжался и набрал емкость процентов 80. При проверке следующего блока для ускоренной проверки этот аккумулятор уже не годился, пришлось взять ЦНК-0,45.
Схема, печатка и НЕХ файл прилагаются.
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- 5-280_avbp2.rar (14 Кб)