Я уже изготовил и установил новый, более усовершенствованный аварийный блок питания (далее — АБП) в «Музыкальные часы с термометрами на PIC16F873A» (фото 1). Планировал всего лишь добавить схему, плату и прошивку к первой статье.
Но интерес радиолюбителей к моей статье и вопросы по ней напомнили мне, что в интернете и радиолюбительской литературе я ничего подобного не нашел. И кроме того я не учел, что радиолюбители (и не лишь опытные) будут «примерять» мой блок к своим конструкциям с другими напряжениями и с другими токами. В этой статье я постараюсь поделится своим опытом создания блока и, возможно, это подскажет пути решения Вашей конкретной задачи. Более полугода выходные дни и все свободное время было потрачено на создание недорогого, но надежного и годами работающего без какого-либо вмешательства АБП. Все нюансы, которые остались в памяти, постараюсь изложить.
Кто интересуется лишь новой конструкцией может сразу перейти к 3-му разделу.
1. НАЗНАЧЕНИЕ.
Аварийный блок питания предназначен для устройств, питающихся от сети и которые, в случае отключения сети: потеряют или не зарегистрируют необходимые данные, не включат или не выключат какое-либо исполнительное устройство, и т.п. Насколько необходим этот блок решать конструктору. Радиолюбитель Panther26 конструирует дозиметр, но с его вопросов не ясно: это регистрирующий в течение длительного срока (дни-месяца-годы) прибор, или это автономный прибор — измерил и положил в ящик. К первому случаю необходим АБП, а во втором случае сделать питание прибора можно использовав аккумулятор и одну из ниже приведенных схем преобразователей рис. 4,5. Зарядное же устройство сделать отдельное, схем в интернете тысячи.
В большинстве случаев АБП требуется микроконтроллерным устройствам.
Первым делом нужно определиться, какие элементы схемы должны и далее получать питание при отключении сети, а которые временно можно обесточить. Ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Чем большая мощность нужна на выходе, тем большей емкости должен быть аккумулятор. На рис.1 блок-схема подключения АБП к любому микроконтроллерному устройству.
Рис. 1
А теперь на примере «Музыкальных часов…» разберемся конкретно с подключением. На рис.2 фрагмент схемы этих часов с уже подключенным АБП.
Рис. 2
Из прежней схемы удаляются стабилизатор напряжения, аккумуляторы и их обвязка. От АБП при отключении сети будут питаться +а 5v: микроконтроллер п20, MCLR — п1, кнопки — п5 и п6. Если на 5 и 6 пины не подать +, то МК «подумает», что кнопки нажаты, и следовательно будет накручивать часы и минуты. На коллекторы транзисторов питание подаваться не будет, следовательно индикаторы светиться не будут. Мелодий не будет, потому что УНЧ очень «прожорлив». Термодатчики без всяких проблем запустятся при появлении сети. Следовательно микроконтроллер будет исправно выполнять свои задачи и, при появлении сети, всё устройство перейдет в нормальный режим без будь-какого вмешательства извне.
Посчитать точно мощность нагрузки сложно. Я исходил из того, что практически все PICи среднего семейства с отключенной периферией потребляют ток 0,6 — 4 мА при 5 В. В часах МК остался практически «голый», а в АБП работает в поте лица: измеряет, преобразовывает, переключает.
Конечно, к часам не обязательно изготавливать АБП. Можно использовать специализированную микросхему часов реального времени DS1307 с двумя батарейками.
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.
Самое простейшее решение аварийного питания было в этих часах рис.3. Здесь зарядное устройство — это последовательно соединенные диод и резистор.
Рис. 3
Я называю это «ползучей подзарядкой». Почти 2 года проработали часы исправно, выдерживали отсутствие сети до 5 часов, но при установке нового АБП замерил напряжения на аккумуляторах: 1,29 — 1,21 — 1,24 — 1,27 вольт. Это уже ненормально.
Если же использовать батарейки, то не потребуется зарядное устройство, но требуется контрольно-сигнальное устройство, чтобы своевременно заменить элементы или почистить контакты. Вывод: АБП нужно делать на аккумуляторах с хорошим зарядным устройством. Но какое бы зарядное Вы не выбрали, в батарее из 4 аккумуляторов со временем проявится «слабое звено», которое подведет в самый неподходящий момент. Надежный АБП нужно делать на одном аккумуляторе.
На рис.4 представлены схемы преобразователей (в равной степени их можно назвать: инверторы, генераторы, автогенераторы, DC-DC преобразователи и т.д.).
Рис. 4
Все эти схемы я собирал, экспериментировал с ними. Каждая из них имеет свои недостатки и достоинства, но больше всего мне подошла схема (рис.5) на германиевом транзисторе. Можно попробовать приспособить вместо генератора какую нибудь специализированную микросхему из серии МАХ или NCP.
Рис. 5
Дело в том, что преобразователь должен включаться лишь тогда, когда исчезнет сетевое напряжение. Значит нужен ключ. Конечно на транзисторе. Но полевые надежно работают при напряжении 2 вольта и выше. Может и есть такие, но из моих с р-каналом (штук 30 разных типов) лишь один попался IRF9Z34N из 8, который включался при напряжении 1 вольт. С n-каналом многие полевики работали даже при 0,8 вольтах, но это требовало усложнения конструкции. Потому ключ я сделал на КТ3107. На переходе э-к будет падать до 0,2В. Следовательно при разряде аккумулятора от 1,32 до 1 вольта на преобразователе будет 1,12 — 0,8 вольт. Инвертор на германиевом транзисторе нормально работал при напряжении на эмиттере всего 0,6 вольт.
С преобразователем и ключем определились, переходим к зарядному устройству. На рис.6 фрагмент схемы АБП, в котором зарядное устройство выполнено на операционном усилителе.
Рис. 6
Ещё я делал на LM311. Схема рабочая. Один АБП я изготовил и установил. Но полного удовлетворения не получил. Много времени уходит на настройку петли включения — выключения заряда и на узел контроля наличия сети. Получилось. Но все это с каким-то малым запасом устойчивости. Призвал на помощь микроконтроллер, тогда появился первый вариант АБП.
3. УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ВАРИАНТ АВАРИЙНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ.
На рис.7 схема несколько улучшенного, по сравнению с /me/pitanie/5-280.php АБП. А фото в начале статьи.
Рис. 7
То, что я объяснял в предыдущей статье, повторять не буду.
Изменения:
- узел включения — выключения заряда аккумулятора выполнен на полевом транзисторе. Подойдет любой с р-каналом. Когда на затвор подается 1 — транзистор закрыт, а когда порт RC0 включен на вход (Z) — транзистор открыт.
- пришлось пожертвовать одним портом для ввода стабильного опорного напряжения (от VR2). В прежней схеме опорным напряжением для всех измерений служило напряжение питания микроконтроллера. Но в случае питания устройства от преобразователя, напряжение питания меняется в рамках 5 — 4 вольта. Это приходилось учитывать в программе. Теперь стабильно 2,495 вольта.
- узел включения генератора немного изменен, но принцип работы остался тот-же (рис.8).
Рис. 8
В момент исчезновения сети t0 микроконтроллер мгновенно выставляет 0 на порту С1, что приводит к полному отпиранию транзистора VT1 и запуску генератора. Превышение напряжения будет гасится стабилитроном VD4. После переходных процессов 0,025 сек МК занимается лишь измерением выходного напряжения и перебором ступеней RC1 — RC4 включения транзистора. Сначала увеличив сопротивление в базовой цепи до максимума, если аккумулятор в этот момент полностью заряжен, а потом уменьшая его при снижении выходного напряжения до 4,1 вольта. Когда дойдет опять до С1, то каждые две минуты будет подаваться кратковременный звуковой сигнал. Для привлечения внимания.
Все это время проводится мониторинг наличия сетевого напряжения, которое может появится в любой момент. Но выключение преобразователя произойдет с задержкой 0,5 сек. Это сделано для защиты от сетевых помех и провалов напряжения.
Назначение резистора R9: для надежного определения микроконтроллером отсутствия или внутреннего обрыва аккумулятора.
Емкость конденсатора С9 влияет на готовность генератора к повторному запуску. Чем больше емкость, тем дольше генератор не сможет запустится.
VD2 любой выпрямительный.
Печатная плата 70х60мм из одностороннего фольгированного текстолита выглядит так:
К миниатюризации я не стремился.
Печатка и прошивка прилагается.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рисунок 4. Преобразователь напряжения вариант №1.
Биполярный транзисторКТ3107А1
Биполярный транзисторКТ3102А1
Диод Шоттки1N58191
Конденсатор0.01 мкФ1
Конденсатор0.022 мкФ1
Электролитический конденсатор22 мкФ 16 В2
Резистор10 кОм1
Резистор100 кОм1
Tr
Трансформатор1
Bat
Аккумуляторная батарея1.2 В1
Рисунок 4. Преобразователь напряжения вариант №2.VT, VT
Биполярный транзисторКТ602А2
Выпрямительный диод1N40072
Электролитический конденсатор22 мкФ 16 В1
Электролитический конденсатор100 мкФ1
Трансформатор1
Bat
Аккумуляторная батарея1.2 В1
Рисунок 4. Преобразователь напряжения вариант №3.VT
Биполярный транзисторКТ3107А1
VT
Биполярный транзисторКТ3102А1
Диод Шоттки1N58191
Электролитический конденсатор470 мкФ 16 В1
Резистор1 кОм1
Резистор100 кОм1
Резистор200 кОм1
Дроссель100 мкГн1
Bat
Аккумуляторная батарея1.2 В1
Рисунок 5. Преобразователь напряжения.
Биполярный транзисторГТ403А1
Диод Шоттки1N58191
Конденсатор0.1 мкФ1
Электролитический конденсатор10 мкФ 6.3 В1
Электролитический конденсатор10 мкФ 16 В1
Tr2
Трансформатор1
Аккумуляторная батарея1.2 В1
Рисунок 6. Зарядное устройство на операционном усилителе.
Операционный усилительLM3581
VT5
Биполярный транзисторКТ3107А1
VT6
Биполярный транзисторКТ31021
VT7
Биполярный транзисторКТ502А1
VT8
Полевой транзисторКП103К1
OC2
ОптопараPC1201
VD4
СтабилитронКС139А1
VD5
Выпрямительный диод1N41481
С8
Электролитический конденсатор10 мкФ 6.3 В1
С9
Конденсатор0.1 мкФ1
С10
Электролитический конденсатор10 мкФ 16 В1
С11
Конденсатор0.01 мкФ1
С12
Электролитический конденсатор330 мкФ 16 В1
R15
Резистор68 кОм1
R16
Резистор10 кОм1
R17, R18
Резистор100 Ом2
R19
Резистор1.2 кОм1
R20
Подстроечный резистор22 кОм1
R21
Резистор100 кОм1
R22
Подстроечный резистор2.2 кОм1
R23
Резистор330 Ом1
R24
Резистор1 кОм1
R25
Резистор51 Ом1
0.5 ВтR26
Резистор5.6 кОм1
R27
Резистор7.5 кОм1
HL2
Светодиод1
Akk2
Аккумуляторная батарея1.32 В1
Рисунок 7. Зарядное устройство на микроконтроллере.
МК PIC 8-битPIC16F6761
DC/DC импульсный конвертерLM25751
VR2
ИС источника опорного напряженияTL4311
VT1
Биполярный транзисторКТ3107А1
VT2
Биполярный транзисторГТ403А1
T1
MOSFET-транзисторIRFD90241
VDS
Диодный мост1
VD1, VD3
Диод Шоттки1N58192
VD2
Выпрямительный диодBYV26C1
VD4
СтабилитронКС156Г1
VD5
Выпрямительный диод1N41481
С1, С3, С5, С8, С11
Конденсатор0.1 мкФ5
С2
Электролитический конденсатор100 мкФ 35 В1
С4
Электролитический конденсатор330 мкФ1
С6
Конденсатор0.022 мкФ1
С7
Электролитический конденсатор10 мкФ 6.3 В1
С9
Электролитический конденсатор10 мкФ 16 В1
С10
Электролитический конденсатор330 мкФ 10 В1
R1
Резистор6.8 кОм1
R2
Резистор2.7 кОм1
R3
Резистор2.2 кОм1
R4
Резистор7.5 кОм1
R5, R6
Резистор330 Ом2
R7, R9
Резистор100 кОм2
R8, R18, R19
Резистор2 кОм3
R10
Резистор180 Ом1
R11
Резистор51 Ом1
1 ВтR12
Резистор10 кОм1
R13
Резистор1.2 кОм1
R14
Резистор270 Ом1
R15
Резистор1 кОм1
R16
Резистор470 Ом1
R17
Резистор680 Ом1
HL1
СветодиодЖелтый1
HL2
СветодиодЗеленый1
HL3
СветодиодБелый1
Бузер1
L1
Катушка индуктивности330 мкГн1
Tr1
Трансформатор1
Akk1
Аккумуляторная батарея1.2 В1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- 5-283_AVBP4.HEX (2 Кб)
- 5-283_Av-bp4.lay (60 Кб)