БУФЕРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

РАДИОСХЕМЫ



СХЕМЫ И СТАТЬИ


РАДИОБЛОГИ
Транзисторный самодельный усилитель мощности НЧ

Аналоговый стрелочный Омметр

Измерение напряжения и тока по I2C

Гальваническая изоляция и буферизация шины I2C

Удлинитель шины I2C

Датчик заряда батареи электровелосипеда или самоката

Сборник даташитов к деталям на русском языке

Определение углового положения вращения двигателя



БУФЕРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ


Работу некоторых устройств, например роутера или блока управления сигнализацией, следует обязательно поддерживать даже после пропадания напряжения сети 220 В. Для этого можно использовать например гелевый аккумулятор, для чего необходимо контролировать напряжение на его выводах и подзаряжать по мере необходимости. Представленная схема позволяет автоматически решить эту проблему.

Роль буферных блоков питания - бесперебойная подача электроэнергии на конкретную нагрузку. Самый популярный тип такого устройства - источник бесперебойного питания UPS, где энергия накапливается в батареях. Но не всегда нужно использовать такие мощные устройства.

Источники питания типа ИБП по своему выходному напряжению соответствуют тому, что можно найти в электрической розетке, то есть синусоидальной переменной с эффективным значением 220 В. Если необходимо сохранить работоспособность холодильника или компьютера, это необходимо. Но есть большая группа устройств, которым это не нужно. Сюда входит широкий спектр сетевых маршрутизаторов, видеорегистраторов, панелей управления сигнализацией, интеллектуальных систем в зданиях и так далее, которые питаются от постоянного напряжения 12 В. Во многих случаях они могут питаться непосредственно от гелевой батареи и все, что нужно сделать, это автоматически переключаться между источником питания и той батареей, а так же правильно обслуживать сам аккумулятор, в том числе предотвращать чрезмерную разрядку. Все эти задачи выполняет предлагаемая схема.

Принципиальная схема буферного БП

Параметры:

  • выбор одного из двух источников напряжения 12 В: аккумулятор или сетевой адаптер,
  • автоматическая зарядка аккумулятора при наличии сетевого напряжения,
  • сигнализация об окончании зарядки,
  • отключение выхода при пропадании напряжения ниже 11,2 В,
  • зарядный ток около 0,3 А.

На входе обоих источников питания - адаптера переменного тока и аккумуляторной батареи - селектор, который выбирает один из них. Приоритет здесь отдается сети, чтобы как можно меньше использовать энергию, запасенную в АКБ. Выход селектора можно отключить с помощью механического переключателя, что эквивалентно отключению запитанного устройства. Если бы не это, пришлось бы использовать двойной переключатель, с отдельными секциями для батареи и блока питания.

Монитор напряжения проверяет, достаточно ли оно высокое. Если нет, то отсекает выход. Прежде всего это защищает аккумулятор от чрезмерной разрядки. Но его размещение в этом месте на схеме, то есть непосредственно перед выходом, означает, что он также управляет напряжением подаваемым источником питания. Если его значение упадет слишком сильно, например, из-за повреждения, схема с питанием также будет отключена.

Схема отвечающая за зарядку аккумулятора преобразует напряжение от блока питания (при его подключении) в более высокое, а затем заряжает аккумулятор им. Зарядка происходит сначала при постоянном токе, а затем при постоянном напряжении (режим CC / CV). Это наиболее распространенный алгоритм зарядки кислотных аккумуляторов. Зарядный ток составляет примерно 0,3 А, а конечное напряжение 13,8 В. При необходимости параметры можно адаптировать под другое значение, в том числе и для литиевых аккумуляторов.

Светодиод LED1 сигнализирует о том, что аккумулятор заряжен, поскольку напряжение на нем достигло заданного значения. Когда он не горит, зарядка продолжается. Зарядное устройство работает все время и постоянно поддерживает напряжение. Она отключается только тогда, когда пропадает напряжение, идущее от блока питания.

Селектор - обычное электромагнитное реле. Его катушка питается от источника питания. При подаче напряжения на выводы разъема J1 происходит переключение контактов: к выходу подключается блок питания, а к зарядному устройству - аккумулятор. При исчезновении напряжения от источника питания АКБ подключается к выходу через нормально замкнутые контакты. Благодаря этому потребление тока от батареи равно нулю, и около десятка миллиампер для адаптера переменного тока.

Выход схемы через переключатель, подключенный к клеммам разъема J3. Если в этом нет такой необходимости, в эти клеммы можно вкрутить кусок толстого провода, чтобы навсегда их закоротить.

Контроль напряжения, подаваемого батареей или источником питания, осуществляется с помощью простой схемы с компаратором. Чтобы максимально снизить энергопотребление был использован TS391. При напряжении питания 12 В он потребляет около 0,3 мА тока. Это важно, потому что этот ток будет продолжать течь от источника питания, даже если напряжение на нем недостаточно высокое.

Опорное напряжение 2,5 В обеспечивается хорошо известным чипом LM385. В отличие от более дешевого TL431, ему для правильной работы требуется всего 10 мкА тока блокировки. Здесь резистор R3 обеспечивает правильную работу около 90 мкА даже при сильно пониженном напряжении питания. Сравнивая опорное напряжение с напряжением питания, которое снижается с помощью делителя, переключается выходной транзистор. Но к этому переключению нужно добавить небольшой гистерезис. Это делается резисторами R4 и R5.

Включение питаемого устройства возможно после открытия полевого транзистора Т1. Он подключен в общей конфигурации истока, поэтому для его открытия достаточно снизить потенциал затвора до нуля. Это происходит после насыщения транзистора, управляющего выходом компаратора.

Почему не использовалась более простая схема монитора напряжения со схемой TL431 в качестве компаратора со встроенным источником опорного напряжения? Причина очень проста: пороги переключения слишком сильно зависят от тока, потребляемого полевым МОП-транзистором. Чем он выше, тем выше должно быть напряжение затвор-исток, чтобы такой транзистор мог проводить. Это влияет на ширину петли гистерезиса.

Поскольку в данной схеме неизвестна сила тока, потребляемого нагрузкой, пришлось реализовать систему нечувствительную к этому параметру. Использование внешнего компаратора делает изменение его выходного потенциала независимым от напряжения затвор-исток транзистора T1.

В качестве зарядного устройства для кислотного аккумулятора задействован преобразователь повышающий напряжение + схема линейного стабилизатора, понижающая его.

MC34063A используется в качестве повышающего преобразователя в типовом включении. Выходное напряжение составляет 20 В, поскольку оно должно учитывать падение напряжения на элементе управления при почти полностью заряженной батарее.

Источником тока в цепи LM317 является элемент, ограничивающий силу тока на первой фазе зарядки. Последовательно включенные резисторы R12 и R13 определяют зарядный ток. У них напряжение 1,25 В, для самого LM317 требуется падение напряжения примерно 3 В. Напряжение на выводах заряжаемого аккумулятора постоянно контролируется микросхемой TL431. Когда оно становится достаточно высоким, через катод начинает течь ток. Его источником будет узел, содержащий вход ADJ микросхемы LM317. Резистор R14 ограничивает ток светодиода и, следовательно, катода микросхемы TL431.

Работу этой схемы легко объяснить: при низком напряжении светодиод не горит, потому что из вышеупомянутого узла не поступает ток. Падение напряжения на R14 практически равно нулю. Если напряжение поднимается выше порога активации TL431, ток начинает поступать с резистора R14, который «обманывает» LM317, поскольку он должен настроить свой регулирующий элемент так, чтобы меньше тока проходило через R12 и R13. Сумма падений напряжения на R12, R13 и R14 должна составлять 1,25 В, так как это связано с принципом работы микросхемы LM317.

В экстремальной ситуации микросхема TL431 будет потреблять ток около 12 мА. Это произойдет когда почти все 1,25 В будут поданы на R14 и почти такой же ток будет течь через R12 и R13. Тогда аккумулятор не будет заряжаться, потому что весь ток с выхода LM317 будет забираться TL431. Искусственно увеличивая напряжение на R14, ограничиваем выходной ток. Затем происходит переход ко второму этапу зарядки - поддержанию постоянного напряжения.

Значения токов и напряжений на элементах приведены на рисунке. В его левой части показана ситуация зарядки аккумулятора постоянным током (CC), а в правой части - постоянным напряжением. Предполагается, что вход ADJ LM317 принимает ток, близкий к нулю, что верно для остальных токов в этом узле.

Сборка платы буферного БП

Схема собрана на небольшой двусторонней печатной плате размером 65 х 40 мм. На расстоянии 3 мм от края платы расположены монтажные отверстия диаметром 3,2 мм.

Сборку следует начинать с элементов поверхностной пайки (SMD). Они расположены только на верхней стороне платы. Затем можно припаять элементы THT по мере увеличения их высоты. Если схема собрана правильно, то она не потребует каких-либо регулировок или других действий по вводу в эксплуатацию.

  • Напряжение отключения выхода составляет около 11,2 В, а включения - 11,8 В - это значения, измеренные в опытном образце. Значит адаптер переменного тока должен выдавать напряжение выше 11,8 В (в том числе под нагрузкой), для правильной работы модуля.
  • Напряжение до которого заряжается аккумулятор, теоретически должно составлять 13,8 В. Такие условия не позволяют аккумулировать газ при комнатной температуре или близкой к ней.

Ток, потребляемый от источника питания 12 В, зависит от уровня заряда аккумулятора. На первом этапе зарядки потребление тока должно быть близко к 0,6 А. С другой стороны, при полной зарядке, потребление тока падает до 60 мА. Естественно не учитывая ток, потребляемый питаемым устройством.

О полном заряде аккумулятора будет говорить свечение LED1. Может оказаться что при зарядке аккумулятора повышенным током утечки он не будет светиться на полную яркость. Но разница между током и целевым напряжением составит несколько милливольт, что связано с конечным усилением микросхемы TL431. Это можно рассматривать как полную зарядку аккумулятора.

Рекомендации по использованию гелевых батарей требуют начала зарядки в течение примерно 10 часов с момента разрядки до порогового значения, установленного в этой схеме. В противном случае может произойти сульфатирование свинцовых пластин, что отрицательно скажется на емкости.

Ширина дорожек и параметры используемых элементов позволяют подключить сюда устройства, потребляющие ток до 5 А.

   Форум по БП

   Форум по обсуждению материала БУФЕРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ



ОХЛАЖДЕНИЕ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБКАМИ

Пассивное охлаждение в радиоэлектронике - устройство и принцип работы тепловой трубки.


ГИБРИДНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ LIC (LICAP)

Описание технологии и зарядное устройство для суперконденсаторов LiCAP.


СВЕРХ-МАЛОШУМЯЩИЙ УНЧ ДЛЯ НАУШНИКОВ

Принципиальная схема усилителя наушников с микросхемой MAX4410 и искажениями всего 0,003%.


LM2596 КАК СТАБИЛИЗАТОР ТОКА

Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.



   Радиосхемы » Схемы источников питания



© 2010-2022 "Радиосхемы". All Rights Reserved  Почта  PDA