Elektronica voor beginners

Proloog

De probleemstelling werd overwogen voor de ontwikkeling van een noodstroombron met laag vermogen met een vermogen van 60 W en een sinusuitgang voor de circulatiepomp van het verwarmingssysteem. Er werd gekozen voor het implementatieconcept van dit apparaat. In dit artikel wordt de ontwikkeling van een elektrisch circuit voor het apparaat besproken noodzakelijke berekeningen om de classificaties van de componenten in het apparaat te selecteren.

Gewapend met CAD en schoolboeken, schetsen, een potlood en GOOGLE, gaan we beginnen met ontwerpen. Laten we beginnen met iets eenvoudigs: het voedingssysteem van het apparaat.

Horeca

Om de circuitelementen van stroom te voorzien, hebben we drie soorten bussen nodig Gelijkstroomspanning bij 12, 5 en 3,3 Volt.

De twaalfvoltbus is de belangrijkste. Het levert stroom aan de brug die stroom in de laagspanningswikkeling van de lineaire netwerktransformator pompt. Van daaruit voeden we de drivers van de transistors in de brug. Netwerkschakelrelais worden ook via deze bus gevoed.

Er is een bus van vijf volt nodig om de ACS712-stroommicroschakeling, de logica-chip, het karakter-LCD, enz. van stroom te voorzien.

De drievoltbus zal de ‘hersenen’ van het apparaat voeden: de STM32F100C8T6B MK.

Lyrische uitweiding

Voor de duidelijkheid zijn delen van het diagram getekend in Proteuse v 7.7. De bibliotheken bevatten niet alle gebruikte componenten, dus sommige componenten zijn vervangen door analogen. Het uiteindelijke, volledige diagram zal in Dip Trace CAD-formaat zijn. Met alle goedgekeurde componenten. Maar dat staat in het volgende artikel.

Het volgende schema was geboren:

De afbeelding is klikbaar.

De buschauffeurs van 5 en 3,3 Volt zijn georganiseerd op 1% LDO-stabilisatoren van het type NCP1117STxx. De analoge voeding van de ADC-module wordt via inductie-, afvlak- en blokkeercondensatoren uit de 3,3 Volt-bus gehaald. Analoog land zou ook de moeite waard zijn om te verdelen. Maar dit is niet het geval in dit circuit, omdat de metingen niet kritisch zijn en een fout van een paar cijfers niet zal leiden tot een "stoornis" van het apparaat. Laten we een softwarefilter toepassen - een voortschrijdend gemiddelde - en misschien zelfs een fout van één cijfer bereiken.

Stroommeting en overbelastingsbeveiliging

De ACS712ELCTR-05B-T stroomsensor is een geïntegreerd circuit. Stroomdetectie vindt plaats met behulp van het Hall-effect. Deze sensor Hiermee kan de MK zowel voorwaartse als tegenstroom meten. De rest van de kenmerken zijn te vinden in de pdf. De sensoruitgang is analoog. Middelpunt dat overeenkomt met nulstroom = 2,5 V. Versterking 185 mV per 1 Ampere. Hoewel de sensor grote stromen detecteert, wordt alleen de lineariteit verstoord en bij een bepaalde stroom verzadigt deze. Om de sensoruitgang te matchen met de MK, zullen we dus een spanningsdeler installeren. En laten we de schaal in twee delen. De capaciteit van de MK ADC is voldoende voor een acceptabele nauwkeurigheid.

Voor snelwerkende overbelastingsbeveiliging of kortsluiting installeer een stroomshunt in de laagspanningswikkeling van de lineaire transformator. We zullen het signaal van de shunt versterken met behulp van een op-amp en met behulp van een comparator zullen we een vergelijkingscircuit met een grendel samenstellen. We zullen overbelastingsgegevens in de MK invoeren en deze ook sluiten op basis van dit signaal. ALLE brug sleutels.

Hieronder vindt u een korte video die de werking van de stroombeveiliging simuleert.

Vermogensgedeelte

Het vermogensgedeelte van de RIP wordt weergegeven in de figuur.

De afbeelding is klikbaar.

De transistorbrug “vertrouwt” op de stroomshunt om snelwerkende bescherming te bieden. De bruguitgang via een LC-filter, ontworpen voor een afsnijfrequentie van ~ 1 kHz, wordt naar de laagspanningswikkeling van de transformator gevoerd. Het is de moeite waard om meer in detail over het filter en de transformator te praten.

De filterberekening is uitgevoerd in het programma “RL Calculator” met een koppeling naar het zogenaamde off. Ik kan de site niet meer vinden. Daarom heb ik het archief met de rekenmachine hier geplaatst. Hier is een screenshot van de berekening.

De resulterende inductie van 10 millihenry is behoorlijk indrukwekkend. Maar de capaciteit bleek behoorlijk te zijn. Omdat we dan een verandering hebben aan de uitgang van het filter polaire condensator je komt er niet doorheen. Ik heb twee keramische condensatoren parallel in het circuit geplaatst - 4,7 µF, X7R, 25V (1206).

De gasklep werd berekend op basis van de ontvangen gegevens met behulp van het Coil32-programma. Hier is een link naar het archief met het programma. Voor zo'n choke heb ik gekozen voor een ferrietring de volgende parameters: Ring N87 R25x15x10. Hier is een screenshot van de berekening in het programma.

Het bleken 70 draadwindingen met een diameter van 1 mm te zijn die voor de vereiste inductie zorgden. Zeer acceptabel voor handmatig opwinden.

De keuze voor een transformator viel op ringkerntransformator type TTP-60, met een secundaire spanning van 9 Volt. De berekening is eenvoudig. AC-spanning bij 9 Volt geeft een amplitude van 12,7 Volt. De spanning van een opgeladen accu bedraagt ​​ongeveer 13 Volt. We kunnen dus min of meer 220 volt aan de uitgang krijgen. Het is natuurlijk niet genoeg om de batterij op te laden. Daarom is er een voorstel om de secundaire met 5-6 beurten te winden. Dat wil zeggen, het bleek een laagspanningswikkeling met een kraan te zijn. We verwijderen de verhoogde spanning van de buitenste aansluitingen van de wikkeling om de batterij op te laden terwijl deze via het netwerk werkt. En we leveren spanning van de brug naar de buitenste en middelste aansluitingen als we vanaf de batterij werken. Aan de hand van de spanning die wordt afgenomen van de uiterste aansluitingen van de wikkeling, beoordelen we de spanning in de hoogspanningswikkeling tijdens bedrijf vanaf de batterij, Feedback voor aanpassing.

De brugtransistoren worden bestuurd vanuit de MK via IRS2101S halve-brugdrivers. Controle bovenste toetsen uitgevoerd met behulp van een bootstrap-schema. De P-kanaallaadtransistor wordt bestuurd door een conventionele bipolaire schakelaar. De afvlakkingslaadsmoorspoel heeft dezelfde afmetingen en berekende waarden, als de choke in het LC-filter na de brug.

Detectie en omschakeling van netwerkaanwezigheid

Voor netwerkdetectie zullen ze worden gebruikt condensator circuit voeding. De spanning wordt aan de optocoupler geleverd. We sturen de uitgang van de optocoupler naar de MK om de aanwezigheid van het netwerk te controleren. Het diagram wordt hieronder weergegeven.

De afbeelding is klikbaar.

De netspanning wordt aan de optocoupler-LED geleverd via een dempingscondensator, diodes, zenerdiode, afvlakcondensatoren en een stroombegrenzende weerstand. De uitgang gaat naar MK.

De relais die het netwerk naar de belasting schakelen, worden bestuurd vanuit de MK.

Er is stroombeveiliging geïmplementeerd op de op-amp en de comparator. De uitgang van de comparator is gesplitst in twee transistors. Eén voor het invoeren van een signaal in de MK, de tweede voor het sluiten iedereen brugtransistoren.

De onderstaande afbeelding toont de driver-aansluitschema's voor de brug.

De afbeelding is klikbaar.

Alles is standaard, volgens de datasheet van de IRS2101S-driver.

Brugpulsgeneratiecircuit

Om de MK niet met nutteloos werk te belasten, wordt het genereren van brugpulssignalen samengesteld met behulp van I-logica. Er zijn drie signalen nodig van de MK. Eén sinusoïdale PWM per periode, evenals twee discreet signaal, de eerste halve golf en de tweede. De implementatie van deze aanpak wordt weergegeven in de figuur.

De afbeelding is klikbaar.

Overstroom wordt in de MK geïntroduceerd en gedupliceerd door de LED. De opladende P-kanaaltransistor wordt bestuurd door een bipolaire NPN-transistor.

De logica van de brug zal als volgt zijn. 20 kHz PWM wordt gemoduleerd door een sinustabel van 400 waarden. De overdracht van waarden naar het PWM-register zal via de DMA worden georganiseerd. Na het laden van de helft van de buffer, dat wil zeggen 200 waarden, gedurende een halve cyclus, zal de DMA een interrupt activeren, waarbij de MCU_P_1- en MCU_P_2-signalen wederzijds zullen worden geïnverteerd. Na het laden van de gehele buffer zullen de MCU_P_1- en MCU_P_2-signalen omgekeerd worden geïnverteerd in de DMA-interrupt. En dan in een cyclische modus. Een constant halfgolfniveau wordt geleverd aan de bovenste transistor van de arm, en een sinusoïdale PWM aan de onderste schakelaar van de tegenoverliggende arm. De volgende halve cyclus is nog een paar transistors.

Tijdens overstroom zal de NPN-transistor Q7 de logische ingang laag sturen, wat op zijn beurt zal veroorzaken laag niveau bij de uitgangslogica en als gevolg daarvan ALLE transistors van de brug blokkeren.

Hardware-platform

De drie-volt-bus zal de ‘hersenen’ van het apparaat – de STM32F100C8T6B MK – van stroom voorzien.

Zoals hierboven vermeld zal de MK uit de ST-familie van STM32 komen. Wat bepaalt deze keuze?

• MK heeft goedkoop. Analogen in termen van mogelijkheden van ATMEL of PIC hebben zelfs nog meer hoge prijzen, met een breedte van 8 bits.
• Beschikbaarheid van een 12-bits ADC-, DAC- en DMA-controller aan boord.
• 32 bit kernelcapaciteit.
• Verhoogde programma- en datageheugencapaciteit.

Kortom, het wint in veel opzichten.

Om de werking van het apparaat aan te geven en de benodigde gegevens uit te voeren, maakt het circuit gebruik van een karaktersynthetiserend LCD-scherm met een KS0066 (HD44780)-besturingscontroller. Er zijn tal van bibliotheken voor het werken met een dergelijk display op RuNet.

Het aansluitschema tussen het display en de controller is als volgt.

De afbeelding is klikbaar.

De verbinding is direct. De MK-poorten zijn rechtstreeks op het display aangesloten. De 3 V- en 5 V-logica waren niet gekoppeld. Hier kunnen zich problemen voordoen en u zult de MK-uitgangen moeten configureren als open-collectoruitgangen, de lijnen naar 5 volt moeten trekken en de MK-uitgangen zelf moeten gebruiken die tolerant zijn voor 5 volt. Zoals ze zeggen, het leven zal het leren, maar bij het ontwikkelen van een printplaat is het noodzakelijk om deze “update” op te nemen.

Er zijn aangepaste knoppen nodig om door de menu's en opties te navigeren die op het display worden weergegeven.

Aanvullende berekeningen

Om de bootstrap-condensator te berekenen, zullen we de in dit artikel voorgestelde methode gebruiken. Aan het einde van de beschrijving staat een voorbeeld van het berekenen van de vereiste capaciteit van een bootstrap-condensator. Laten we het als basis nemen en het herberekenen voor onze realiteit.

Laten we beslissen over de parameters van het schema:

• V IN,MAX = 15V maximale ingangsspanning,
• V DRV = 12V voedingsspanning van de driver en amplitude van het stuursignaal,
• dV BST = 0,5V spanningsrimpel op condensator C BST in stabiele toestand,
• dV BST,MAX = 3V maximale spanningsval over C BST voordat het owordt geactiveerd of de amplitude van het stuursignaal onvoldoende wordt,
• f DRV = 100 Hz conversiefrequentie, aangezien onze condensator werkt in een interval van 10 ms,
• D MAX = 1 maximale inschakelduur bij minimale ingangsspanning.

Kenmerken van de gebruikte componenten:

• Q G = 24 nC totale schakellading IRLZ44ZS bij V DRV = 5V en V DS = 44V,
• R GS = 10K-waarde van weerstand R GS,
• I R = 10uA lekstroom van diode D BST bij maximale ingangsspanning en zijn junctietemperatuur TJ = 80°C,
• V F = 0,6V spanningsval over diode D BST bij stroom 0,1A en junctietemperatuur TJ = 80°C,
• I LK = 0,13 mA lekstroom van het niveauverschuivingscircuit bij maximale ingangsspanning en kristaltemperatuur TJ = 100 °C,
• I QBS = 1 mA stroom verbruikt door de driver op het hoogste niveau.

De berekende waarde selecteren wij uit de standaardreeks. Laten we een condensator van het tantaaltype nemen om de lekstroom van de condensator zelf te verminderen. Het totaal is 47 µF x 25 V, type D.

Laten we de laadstroom van de condensator berekenen en daarbij een diode selecteren.

Dus een diode ontworpen voor een voorwaartse stroom van 1 A zal deze taak aankunnen.

Conclusie

In dit artikel hebben we ontwikkeld elektrisch schema RUST IN VREDE. Laten we nu alle delen van het circuit samenvoegen. En op basis van het reeds goedgekeurde diagram zullen we een printplaattopologie ontwikkelen. In het volgende artikel zal ik de lay-out van de printplaat en een algemeen elektrisch schema met specificaties voor componenten presenteren.

Software-implementatie De functionaliteit van het apparaat zal ik in een apart artikel beschrijven. Er is een idee om veel dingen in het programma te implementeren interessante oplossingen bijvoorbeeld PID-regeling van de uitgangsspanning bij werking op een batterij.

Epiloog

Met dit artikel wilde ik schematische oplossingen presenteren aan het publiek en aan ervaren radioamateurs en niet-amateurs. Misschien dat de oplettende lezer er een paar zal vinden kritische fouten in circuitontwerp of zal een correcter ontwerp voorstellen individuele knooppunten. Zoek een eenvoudiger oplossing voor de componenten, of voeg extra circuitoplossingen toe om de betrouwbaarheid te vergroten.

Schematisch diagram van het apparaat automatisch schakelen, hier afgebeeld, is gebouwd op het LTC4412 geïntegreerde circuit van Linear Technologies. Dit circuit kan worden gebruikt om automatisch de belasting tussen de batterij en de AC-adapter (voeding) te schakelen. De LTC4412 stuurt een externe P-kanaal MOSFET aan om een ​​type Schottky-diode te creëren die functioneert als een aan/uit-schakelaar voor het delen van de belasting. Dit maakt de LT4412 een ideale vervanger in voedingen. Een breed scala aan MOSFET's kan worden bestuurd met behulp van geïntegreerde schakeling, en dit geeft een grotere flexibiliteit in termen van belastingstroomselectie.

Schakelschema van de stroomschakelaar

LT4412 heeft ook heap goede eigenschappen, zoals batterijbescherming tegen overspanning, handmatige bediening, poortbescherming in de transistor en andere. Het eigen stroomverbruik van de schakeling bedraagt ​​slechts 11 μA. Diode D1 verhindert dat er stroom terugstroomt netwerkadapter wanneer er geen stroomvoorziening is. Condensator C1 is de uitgangsfiltercondensator. Pin 4 van het IC wordt de statuspin genoemd. Sommige functies van de microschakeling worden niet in het diagram weergegeven.

Het wordt niet aanbevolen om de FDN306P-transistor te hanteren wanneer deze met de hand wordt gebruikt; veldeffecttransistoren falen juist om deze reden vaak statische spanning, die zich op het lichaam van elke persoon bevindt. Als u het op een printplaat soldeert, is het een goed idee om uzelf te aarden met een speciale armband en de soldeerbout zelf. soldeerstation, het is niet nodig om dit te doen. Belangrijkste instellingen veldeffecttransistor Dit zijn (uit de datasheet):

• 1) Maximale stroom op lange termijn is 2,6A;
• 2) Maximale spanning VDSS 12V;
• 3) Hoge snelheid schakelen;
• 4) Hoge performantie technologieën;

De bedrijfstemperatuur van de transistor ligt tussen -55 en +150 graden Celsius. Bedrijfstemperatuur microschakelingen van -40 tot +80, soldeertemperatuur is 300 graden, gedurende niet meer dan 10 seconden. De pin-out is te zien in de datasheet op de bovenstaande link of op de afbeelding.

• 1) Monteer het circuit printplaat Hoge kwaliteit;
• 2) De ingangsspanning van de adapter kan van 3 tot 28V zijn;
• 3) De accuspanning kan variëren van 2,5 V tot 28 V;
• 4) Sluit geen belasting aan die meer dan 2A verbruikt;
• 5) D1 (1N5819) - Schottky-diode, nominaal 1A;
• 6) Q1 (FDN306P) – P-kanaal MOSFET-transistor.

Toepassing van deze regeling - verschillende bronnen noodstroom, waar efficiëntie en stabiliteit nodig zijn.

Het kon alleen werken als de spanning van de hoofdbron verdween; het kon de belasting niet beschermen tegen een afname of toename van de spanning. Deze tekortkomingen zijn gecorrigeerd in de nieuwe versie van het apparaat, namelijk:

1. Het apparaat schakelt de belasting niet over naar de back-upstroombron, zelfs als de spanning van de hoofdbron laag is.

Het apparaat kan niet werken op een spanning van minder dan 6 volt.

Het apparaat beschermt de belasting niet als de spanning boven de toegestane waarde komt.

De nieuwe versie van het apparaat heeft aanzienlijk verbeterde kenmerken.

Kan werken met een ingangsspanning van de hoofdbron van 6 tot 15 V.

Belastingsbescherming tegen onder- of overspanning. Er worden twee comparatoren gebruikt om de spanning van de hoofdbron te regelen. Wanneer de hoofdspanningsbron is uitgeschakeld, is de werking van het apparaat vergelijkbaar met de vorige versie.

De stroom die door de belasting wordt verbruikt, wordt alleen beperkt door de maximale stroom die de contacten van het gebruikte elektromagnetische relais kunnen weerstaan.

Het apparaat wordt gevoed door een back-upvoeding van 12 V en verbruikt een stroom van ongeveer 100 mA. Als de spanning van de hoofdbron minder dan 12 volt bedraagt, moet u een stabilisator gebruiken en deze aansluiten op de opening die in het diagram wordt weergegeven. en stel ook de beveiligingsdrempels in met behulp van constructieweerstanden.

Bediening van het apparaat

De hoofdbronspanning wordt geleverd aan de weerstanden R6 en R12, van waaruit de spanning wordt toegevoerd aan de ingangen van de comparatoren, waar deze wordt vergeleken met de spanning afkomstig van de stabilisator VR1. Er wordt een aparte stabilisator VR1 gebruikt, zodat wanneer de spanning van de back-upvoeding verandert, de beveiligingsdrempels niet veranderen. Ik zal kort beschrijven waarvoor deze trimweerstanden bedoeld zijn. Weerstand R12 is verantwoordelijk voor het activeren van de beveiliging wanneer de spanning onder de minimumdrempel daalt die door deze weerstand is ingesteld. In mijn geval is deze drempel 10,5 volt en om deze in te stellen, met een ingangsspanning van 10,5 volt, stelt u met behulp van deze weerstand de spanning op pin 7 van de comparator in op 1,3 V, wat lager is dan de bedrijfsdrempel van de comparator, aangezien de spanning op de 6e poot van de microschakeling 1,65 volt is, zal de beveiliging onmiddellijk werken. Weerstand R6 is verantwoordelijk voor het uitschakelen van de beveiliging in het geval van een kritische toename van de spanning van de hoofdbron. In mijn geval de waarde maximale spanning ingesteld op 13 volt. Bij deze spanning moet weerstand R6 worden ingesteld op 4 volt op de vijfde poot van de microschakeling, waardoor de beveiliging wordt geactiveerd en de belasting naar de back-upbron wordt geschakeld. Dankzij deze weerstanden wordt de beveiliging geactiveerd wanneer de spanning daalt naar 10,5 volt of stijgt naar 13.

Het meest interessante deel van het circuit is het geheel dat op de DD1- en DD2-microcircuits is gemonteerd. Het is eigenlijk een beveiligingscircuit. De twee ingangen van dit knooppunt zijn verbonden met comparators, maar om een ​​logisch niveau van 1 te laten verschijnen op pin 8 van de DD1-microschakeling en de beveiliging te laten werken, moeten bepaalde voorwaarden worden geschapen. Dit knooppunt is ook interessant omdat er een logische één aan uitgang 8 van DD1.1 zal verschijnen als er identieke logische toestanden zijn aan de ingangen, ofwel twee nullen of twee enen. Als er een 1 is aan de ene ingang en een 0 aan de andere. de bescherming zal niet werken.

Het beveiligingscircuit werkt als volgt. Bij een normale ingangsspanning van de hoofdbron werkt alleen de DA1.2-comparator, aangezien de spanning boven de minimale uitschakeldrempel ligt en daarom de open uitgangstransistor van de DA1.2-comparator pennen 4 en 5 van het DD2.4-element sluit naar aarde, wat vergelijkbaar is met de logische 0-status, en aan de ingangen 1 en 2 hebben de elementen van DD2.3 een spanning van ongeveer 4,5 - 5 volt, wat vergelijkbaar is met de status van logische 1, aangezien de spanning niet bereikt 13 volt en de comparator DA1.1 werkt niet. Onder deze omstandigheden zal de bescherming niet werken. Wanneer de spanning van de hoofdbron stijgt tot 13 volt, begint de comparator DA1.1 te werken, de uitgangstransistor gaat open en door de ingangen 1 en 2 van DD2.3 met aarde te kortsluiten, wordt met geweld een logisch niveau van 0 gecreëerd, waardoor er verschijnt een logisch niveau 0 op beide ingangen en de beveiliging wordt geactiveerd. Als de spanning onder de minimumdrempel daalt, daalt de spanning die aan de 7e poot van de comparator wordt geleverd naar een niveau onder 1,65 volt, de uitgangstransistor sluit en stopt met het verbinden van ingangen 4 en 5 van het DD2.4-element met aarde, wat zal leiden tot een spanningsinstelling op ingangen 4 en 5 van 4,5 - 5 volt (niveau 1). Omdat DA1.1 niet meer werkt en DA1.2 is gestopt, ontstaat er een voorwaarde waaronder een logisch één-niveau verschijnt aan beide ingangen van de beveiligingseenheid en deze werkt. De werking van het knooppunt wordt in meer detail weergegeven in de tabel. De tabel toont de logische toestanden op alle pinnen van de microschakelingen.

Tabel met logische statussen van knooppuntelementen.

Het apparaat instellen

Rechts gemonteerd apparaat vereist minimale aanpassing, namelijk het instellen van beveiligingsdrempels. Om dit te doen, moet u in plaats van de hoofdspanningsbron een gereguleerde voeding op het apparaat aansluiten en trimweerstanden gebruiken om de beveiligingsdrempels in te stellen.

Uiterlijk van het apparaat

Locatie van onderdelen op het apparaatbord.

Lijst met radio-elementen

Aanduiding	Type	Denominatie	Hoeveelheid	Opmerking	Winkel	Mijn notitieblok
DD1, DD2	Logica IC	K155LA3	2			Naar notitieblok
DA1	Comparator	LM339-N	1			Naar notitieblok
VR1, VR2	Lineaire regelaar	LM7805	2			Naar notitieblok
VT1	Bipolaire transistor	KT819A	1			Naar notitieblok
Relatie 1	Relais	RTE24012	1			Naar notitieblok
R1	Weerstand	3,3 kOhm	1			Naar notitieblok
R2, R3	Weerstand	1 kOhm	2

Aandacht! De volgorde waarin u tags toevoegt, is belangrijk! Begin met toevoegen met de belangrijkste. Gebruik waar mogelijk bestaande tags

En zo begon onze onderneming (een zeer arm bedrijf: zoals de meeste TEPLOENERGO in Oekraïne) op een of andere manier, beetje bij beetje, te mislukken, d.w.z. burn-out “aan de hete kant” van schakelende voedingen die later werden vervangen.
Ik moest het uitzoeken, d.w.z. maak 6 stuks. voedingen voor het voeden van sommige apparaten (gerelateerd aan metrologie, instrumentatie en automatisering).
De vereisten daarvoor waren:
1) gestabiliseerde sensorvoeding - 20:28V/0,1A
2) gestabiliseerde voeding van het apparaat zelf - 10:14V/0,2A
3) galvanische isolatie tussen stroomkanalen
4) back-upstroomvoorziening voor het apparaat (er is geen sensor) vanuit een 12V-batterij (ik zal niet verder opsommen)
Ik besloot het wiel niet opnieuw uit te vinden, maar gebruik te maken van reeds ontwikkelde circuitoplossingen, vooral omdat het nodig was om het goedkoop en van hoge kwaliteit te maken. En op de een of andere manier maakte ik me niet zoveel zorgen over de keuze van het circuitontwerp - voorbeelden van de implementatie van de voeding doemden in mijn hoofd op.
Nou, dat is het hele verhaal en nu – to the point.
Apparaatschema:

Zoals uit het diagram blijkt, bestaat de voeding uit twee onafhankelijke kanalen 24V en 12V, gebouwd op "cranks". Er is een VD5-diode geïnstalleerd op 12 V over de LM7812, die de spanning verhoogt naar 12,7 V om de spanningsval over VD12 te compenseren. Over stabilisatoren valt niets meer te zeggen, aangezien dit een bekend circuitontwerp is en in elk naslagwerk wordt beschreven, en dit alles staat natuurlijk in de "Tutorial".
Voorzien ononderbroken stroomvoorziening gebruikt accu batterij(in mijn geval is het "GEMBIRD 12V4.5A").
Het circuit dat in de afbeelding wordt weergegeven, voorkomt schade aan de batterijen doordat ze te veel worden opgeladen. Het schakelt het laadproces automatisch uit wanneer de spanning op de elementen boven de toegestane waarde stijgt en bestaat uit een stroomstabilisator op transistor VT3, versterker VT2, spanningsniveaudetector op VT1.
De indicator van het laadproces is de gloed van de VD4-LED, die uitgaat als het laadproces is voltooid.
We beginnen het apparaat in te stellen met een stroomstabilisator. Om dit te doen, sluiten we tijdelijk de basisuitgang van transistor VT3 met de gemeenschappelijke draad, en in plaats van batterijen verbinden we een equivalente belasting met een milliampèremeter van 0...500 mA. Door het apparaat te gebruiken om de stroom in de belasting te regelen, stelt u door weerstand R3 te selecteren de nominale laadstroom in specifiek soort batterijen.
De tweede fase van de installatie is het instellen van het uitgangsspanningslimietniveau met behulp van trimweerstand R4. Om dit te doen, verhogen we door de spanning op de belasting te regelen de belastingsweerstand tot het maximum toegestane spanning(13,8 V voor 12V/4,5A-batterij). Met behulp van weerstand R5 schakelen we de stroom in de belasting uit (de LED gaat uit).
Transformator Iedereen zal het doen klein formaat met een spanning op de secundaire wikkelingen van 15...18 V; voor het 24V-kanaal - 25..28V.
Transistor VT3 is bevestigd aan de warmteafvoerplaat. Voor een gemakkelijke installatie is het raadzaam om een ​​meervoudige weerstand van het type SP5-2 of vergelijkbaar met R4 te gebruiken; de overige weerstanden zijn geschikt voor elk type.
Om 12V back-upstroom uit de batterij te leveren, worden circuitcircuits gebruikt op de elementen VD7, VT4, VT5 en een relais (geïmporteerd 12V) met één groep schakelcontacten. Als er netspanning is en dus +U op condensatoren C4, C5, is transistor VT4 open en is het relais uitgeschakeld, via gesloten contacten De batterij wordt opgeladen. Wanneer de spanning in het netwerk uitvalt, sluit transistor VT4 - VT5 opent en wordt het relais geactiveerd - waarbij zijn contacten de "+" batterij via VD11 verbinden met de belasting.
Nu iets over de gebruikte onderdelen:
- diodes - alle... op basis van stromen en spanningen gebruikte ik de goedkoopste geïmporteerde 1N4007;
- transistors VT1, VT2, VT4 - KT3102, misschien KT315 of geïmporteerde analogen.
- transistor VT3 kan KT814 of KT816 worden gebruikt - hangt af van de capaciteit van de batterij en de stroom waarmee deze wordt opgeladen;

Nu een beetje op foto's - het productieproces:

Printplaat. Ik soldeerde de connector erin - toen herinnerde ik me dat ik een foto moest maken voor het verhaal. Ik heb de paden niet vertind, omdat... de textoliet zelf bleek dat te zijn Slechte kwaliteit- de sporen lieten zelfs bij min. soldeerbout temperatuur. Na het solderen heb ik het hele bord met vernis bedekt.

Gebruik om stroom te reserveren voor kritische energieverbruikers parallelle verbinding verschillende energiebronnen, terwijl de wederzijdse invloed van de ene bron op de andere wordt geëlimineerd.
Als een van de verschillende voedingsapparaten beschadigd of losgekoppeld is, wordt de belasting automatisch en zonder het stroomcircuit te onderbreken, aangesloten op de stroombron waarvan de spanning hoger is dan de andere. Meestal in ketens Gelijkstroom gebruikt om stroomcircuits te scheiden halfgeleiderdiodes. Deze diodes voorkomen dat de ene voeding de andere beïnvloedt. Tegelijkertijd verspillen deze diodes een deel van de voedingsenergie. In dit opzicht is het in redundantiecircuits de moeite waard om diodes te gebruiken met een minimale spanningsval over de kruising. Meestal zijn dit germaniumdiodes.
Allereerst wordt er stroom aan de belasting geleverd vanuit de hoofdbron, die meestal een hogere spanning heeft (om de zelfschakelfunctie naar back-upstroom te implementeren). Als dergelijke bron wordt meestal netspanning (via een voeding) gebruikt. Als back-upstroombron wordt meestal een batterij of accu gebruikt, die een spanning heeft die duidelijk lager is dan die van de hoofdstroombron.
De eenvoudigste en meest voor de hand liggende redundantieschema's voor DC-bronnen worden getoond in Fig. 10.1 en 10.2. Op een soortgelijke manier U kunt een onbeperkt aantal stroombronnen aansluiten op kritische elektronische apparatuur.
Het redundantieschema van de voeding (Fig. 10.2) verschilt doordat de rol van diodes die de voedingen scheiden, wordt uitgevoerd door LED's. De LED gaat branden om de actieve voeding aan te geven (meestal hogere spanning). Het nadeel hiervan circuit ontwerp is dat maximale stroom, verbruikt door de belasting, is klein en overschrijdt de maximaal toegestane voorwaartse stroom door de LED niet.

Rijst. 10.1. Basisredundantieschema voor de voeding

Rijst. 10.2. Redundantieschema voor de voeding met behulp van LED's

Rijst. 10.3. Redundantiecircuit voor voeding van beveiligingsapparaat

Bovendien daalt de LED ongeveer twee volt die nodig is voor zijn werking. Licht indicatie onstabiel als het voedingsspanningsverschil onbeduidend is.
Het diagram van automatische redundantie van de stroombron voor kritieke apparatuur - een beveiligingsapparaat - wordt getoond in Fig. 10.3. Het diagram toont conventioneel de belangrijkste: de netvoeding. Aan de uitgang - belasting RH en condensator C2 - wordt een stabiele spanning van 12 6 of meer gevormd! De reservebatterij GB1 is verbonden met de belastingsweerstand via een keten van diodes VD1 en VD2. Omdat het spanningsverschil over deze diodes minimaal is, vloeit er geen stroom door de diodes naar de belasting. Het is echter de moeite waard om de hoofdstroom uit te schakelen
naar de voedingsspanningsbron, terwijl de diodes openen. Er wordt dus zonder onderbreking stroom aan de belasting geleverd.
LED HL1 geeft de bruikbare status van de back-upstroombron aan, en diode VD2 staat niet toe dat de LED wordt gevoed vanuit de hoofdstroombron.
Het circuit kan zo worden gewijzigd dat twee LED's onafhankelijk van elkaar knipperen werk omstandigheden beide energiebronnen. Om dit te doen, volstaat het om het circuit (Fig. 10.3) aan te vullen met indicatie-elementen.
Een apparaat voor het automatisch inschakelen van een reservebatterij wordt beschreven in DDR-octrooi nr. 271600, en het circuit wordt getoond in Fig. 10.4.

Rijst. 10.4. Apparaatschema voor het automatisch inschakelen van de back-upbatterij

In de initiële (standaard) modus stroomt de stroom van de hoofdstroombron Ea via de belastingsstroom-LED-indicator naar de belasting. Transistor VT1 is open, transistor VT2 is gesloten, reservebatterij Eb is losgekoppeld. Zodra de hoofdstroombron wordt uitgeschakeld, gaat de HL1-LED uit, sluit de VT1-transistor en dienovereenkomstig gaat de VT2-transistor open. Batterij Eb wordt op de belasting aangesloten.
Het nadeel van het apparaat is dat de maximale stroom door de belasting het maximum niet kan overschrijden toegestane stroom via LED. Bovendien gaat er tot 2 V verloren op de LED zelf. Als u de indicatiefunctie opoffert en de LED vervangt door een germaniumdiode die is ontworpen voor verhoogde stroom, wordt deze beperking opgeheven.
Voor normale operatie telefoon automatische nummerherkenning (Caller ID) een noodzakelijke voorwaarde is
gebruik van een reservestroombron. Het diagram van een van hen wordt getoond in Fig. 10.5.
Wanneer de stroombron wordt ingeschakeld, wordt relais K1 geactiveerd, dat tevens een ontladingssensor is voor batterij GB1. Stroomt door weerstand R2 laadstroom 5...10mA. Wanneer de verbinding is verbroken netspanning Het apparaat wordt gevoed door batterij GB1, maar als de batterijspanning onder de 6,5 V daalt, wordt het relais uitgeschakeld. De relaiscontacten openen het stroomcircuit en beschermen zo de batterij tegen verdere ontlading.

Rijst. 10.5. Schema voor het automatisch inschakelen van een back-upvoeding voor nummerherkenning

De batterij bestaat uit zes D-0,55-cellen. De middelen zijn daarvoor toereikend batterijduur telefoon binnen een uur.
Het circuit maakt gebruik van een RES-64A RS4.569.724-relais.
Het apparaat wordt ingesteld door weerstand R1 te selecteren, die de vrijgavespanning van relais K1 instelt. Door R2 te selecteren wordt de waarde van de laadstroom bepaald. Om overladen van de batterij te voorkomen, wordt aanbevolen de laadstroom te verlagen tot 0,2 mA.
Automatische vertaling Door de belasting, bijvoorbeeld een radio, van stroom te voorzien naar een batterijback-up wanneer de netvoeding is uitgeschakeld, kunt u het apparaat implementeren volgens het diagram in Fig. 10.6. De bedrijfsmodus van het apparaat wordt aangegeven door de LED-verlichting: groene kleur-- werk in normale modus; rood - in noodmodus (op batterijen).
Een speciaal kenmerk van de indicator is dat bij werking op een batterij de ontlading ervan via de aangesloten hoofdvoeding wordt geëlimineerd door het gebruik van een diode in het poortcircuit van de veldeffecttransistor.
Om te voorkomen dat de belasting door de batterij wordt gevoed terwijl het apparaat op de voeding werkt, uitgangsspanning De voeding moet 0,7...0,8 V hoger zijn dan de accuspanning.

Rijst. 10.6. Schema van automatische belastingomschakeling naar back-upstroom met indicatie

Rijst. 10.7. Automatisch stroomschakelaarcircuit

Verdere ontwikkeling vorig apparaat is een automatische stroomschakelaar (Fig. 10.7). Het apparaat is bedoeld voor installatie in alle draagbare en draagbare apparaten (ontvangers, spelers, bandrecorders) die dat wel hebben interne bronnen voeding. Met de automatische aan/uit-schakelaar kunt u automatisch overschakelen van intern naar externe voeding en terug.
IN originele staat Wanneer de externe voedingsbron wordt uitgeschakeld, wordt relais K1 uitgeschakeld en wordt via de normaal gesloten contacten spanning geleverd vanaf batterij GB1 om RH te laden en via diode VD1 naar de onderste (rode) diode HL1 in het circuit. Wanneer aangesloten externe bron voedingsrelais K1 wordt geactiveerd, de contacten K1.1 worden volgens het diagram in de laagste positie gezet en de belasting wordt van stroom voorzien via een externe bron. Omdat de anode van de bovenste diode HL1 (groen) wordt voorzien van een spanning die 2 V hoger is dan de anode van de onderste diode HL1 (rood), licht de tweekleurige twee-anode-LED HL1 op groente, wat de netvoeding aangeeft. Wanneer de netspanning uitvalt, wordt de wikkeling van relais K1 uitgeschakeld en schakelt de belasting automatisch over op werking vanaf batterij GB1. Dit wordt gesignaleerd door de HL1-indicator, die de kleur van de gloed verandert van groen in rood. Diode VD1 moet van het type KD503, KD521 of KD510 zijn. De spanningsval erover moet bij directe aansluiting minimaal 0,7 b bedragen. - Als de groene LED brandt, gaat de rode niet branden.
Weerstand R2 stelt de stroom door HL1 gelijk aan 20 mA. Relais K1 type RES-15 (paspoort RS4.591.005) of een ander met een bedrijfsspanning van niet meer dan 5 V. Normaal gesproken werkt het relais op een spanning die 30...40% lager is dan de bedrijfsspanning.
Bij het instellen van het apparaat wordt weerstand R1 zo gekozen dat relais K1 betrouwbaar werkt bij een spanning van 4 V. Bij gebruik van relais K1 van andere typen met een bedrijfsspanning dichtbij 4,5 V, kan weerstand R1 worden geëlimineerd.
Bij netvoeding Elektronisch-mechanische klokken hebben een onaangenaam effect: wanneer de netspanning wordt uitgeschakeld, stopt de klok met lopen.
Betrouwbaarder en handiger in gebruik zijn gecombineerde voedingen - netvoedingen in combinatie met nikkel-cadmiumbatterijen D-0.1 of D-0.125 (Fig. 10.8).
Hier vervullen condensatoren C1 en C2 de functie van reactieve ballastelementen die overtollige netwerkspanning dempen. Weerstand R2 dient om de condensatoren Cl en C2 te ontladen wanneer het apparaat is losgekoppeld van het netwerk.
Als de contacten van schakelaar SA1 gesloten zijn, zal bij een negatieve halve golf van de netspanning op de bovenste (volgens het diagram) draad de diode VD2 openen en zullen de condensatoren C1 en C2 er doorheen worden opgeladen. Bij positieve halve golven beginnen de condensatoren op te laden, de stroom zal allereerst door de open diode VD3 vloeien en de batterij GB1 en condensator S3 zullen beginnen op te laden. De spanning op een volledig opgeladen batterij zal minimaal 1,35 V zijn, op de HL1 LED - ongeveer 2 V. Daarom zal de LED beginnen te openen en daardoor de laadstroom van de batterij beperken. Daarom zal de batterij altijd in opgeladen toestand zijn.

Rijst. 10.8. Gecombineerde voeding voor elektronisch-mechanische horloges

Als er spanning in het netwerk staat, wordt de klok hierdoor gevoed tijdens positieve halve cycli, en tijdens negatieve halve cycli door de energie die is opgeslagen in de batterij GB1 en de condensator SZ. Wanneer de netspanning uitvalt, wordt de accu de stroombron.
Door het openen van de contacten van schakelaar SA1 wordt de wijzerplaatverlichting ingeschakeld. In dit geval stroomt de laad- en ontlaadstroom van de condensatoren Cl en C2 door de gloeidraden van de lampen EL1 en EL2, en beginnen ze te gloeien. En de voorheen gesloten zenerdiode met twee anodes VD1 vervult nu twee functies: hij beperkt de spanning op de lampen tot een waarde waarbij ze gloeien met een lichte onderspanning, en als de gloeidraad van een van de lampen doorbrandt, geeft hij de lading door. -ontlaadstroom van de condensatoren door zichzelf, wat verstoring van de werking van de voeding in het algemeen voorkomt.
De zenerdiode met twee knooppunten VD1 type KS213B kan worden vervangen door twee tegenseries zenerdiodes D814D, KS213Zh, KS512A. LED HL1 - AL341 met een gelijkspanningsval bij een stroomsterkte van 10 mA - 1,9...2,1 V. Gloeilampen EL1 en EL2 type SMN6.3-20 (voor spanning 6,3 V en stroom en m/h; of vergelijkbaar, de De behuizing van de switch SA1 moet op betrouwbare wijze worden geïsoleerd van het netwerk.
In de voeding voor een elektronische klok (Fig. 10.9) wordt overtollige netspanning onderdrukt door weerstanden R1 en R2. Dit is niet de meest economische oplossing voor het probleem, maar bij een laag stroomverbruik is het volkomen gerechtvaardigd. Als de uitgang van de gelijkrichter per ongeluk wordt aangeraakt, zal de maximale stroom door het menselijk lichaam bovendien geen gevaarlijke waarden bereiken (niet meer dan 4 mA), omdat de waarde van de stroombegrenzende weerstanden vrij groot is.

Rijst. 10.9. Redundant voedingscircuit voor elektronische klokken

Vanaf de uitgang van de stabilisator (een analoog van een zenerdiode en tegelijkertijd een inschakelindicator - LED HL1), wordt de voedingsspanning geleverd aan de Digitaal horloge. Bij stroomuitval wordt het horloge gevoed door batterij GB1; als er netspanning aanwezig is, laadt de gelijkrichterstroom de batterij op. Het circuit maakt geen gebruik van een filtercondensator. De rol van de filtercondensator grote capaciteit uitgevoerd door de batterij zelf.
Elektronisch-mechanische horloges worden gewoonlijk aangedreven door een enkele galvanische cel met een spanning van 1,5 V. De voorgestelde ononderbroken stroomvoorziening (Fig. 10.10) voor een elektronisch-mechanisch kwartshorloge produceert een spanning van 1,4 V met een gemiddelde belastingsstroom van 1 mA . De spanning verwijderd van de capacitieve deler C1 en C2 gelijkricht het knooppunt op de elementen VD1, VD2, SZ. Zonder belasting bedraagt ​​de spanning op de condensator SZ niet meer dan 12 V.
Eerder beoordeelde apparaten automatische overgang Voor back-upstroom bij een hoofdbronstoring werd een gelijkstroombron als basis(hoofd)bron gebruikt. Minder bekend zijn redundantieschema's voor apparaten die op wisselstroom werken. Een diagram van een van hen, die zowel in DC- als DC-circuits kan werken. wisselstroom vindt u hieronder.

Rijst. 10.10. Ononderbroken laagspanningsvoedingscircuit

Rijst. 10.11. Schakelschema voor het aansluiten van een back-upstroombron met galvanische scheiding

Het circuit voor het inschakelen van een back-upstroombron met galvanische isolatie (IR/7) wordt gevoed door een stuursignaalbron (Fig. 10.11), terwijl het een minimale stroom verbruikt (fracties van mA). Het stuursignaal wordt toegevoerd aan de weerstandsdeler R1, R2. Zenerdiode VD6 en diodes VD1 - VD5 beschermen de apparaatingang tegen overspanning en onjuiste aansluiting polariteit. IR/7 wordt uitgeschakeld door relaiscontacten K1.1. De spanning die wordt verwijderd van weerstand R2 en zenerdiode VD6 wordt via diode VD5 toegevoerd elektrolytische condensator C1 grote capaciteit. Wanneer het apparaat voor het eerst wordt ingeschakeld, wordt deze condensator in 2... 3 minuten opgeladen tot 9... 10 V, waarna de schakeling bedrijfsklaar is. De laadsnelheid en het stroomverbruik van het apparaat worden bepaald door weerstand R1. Transistor VT1 wordt gesloten door de spanningsval over VD5.

Via diode VD7 en weerstand R4 wordt het apparaat aangesloten op IR/7.
Wanneer de stuurspanning wordt uitgeschakeld, vindt er een transitie plaats tussen emitter en basis ingangstransistor Het apparaat wordt niet langer omzeild. Transistoren VT1 en VT2 openen. Condensator C1 wordt ontladen via relais K1 en transistor VT2. Contacten K1.1 van het relais sluiten, inclusief de IRP. De stroom naar het circuit komt van de IRP. Tegelijkertijd kunnen relaiscontacten K1.2 een andere belasting aansturen. Als de stuurspanning weer op de apparaatingang verschijnt, wordt transistor VT1 uitgeschakeld. Dienovereenkomstig is transistor VT2 ook vergrendeld. Het relais K1 is spanningsloos, waardoor K1.1 IRP met zijn contacten wordt uitgeschakeld. De spanning op condensator C1 blijft 9...10 B en de schakeling gaat in de standby-modus.