|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre | |
|
Postat la - 28 februarie 2018
Acest modul a fost conceput pentru a fi utilizat cu un transformator de 16Vac, având unele funcții gestionate de un microcontroler (MCU). Este un modul analogic simplu care oferă alimentare neîntreruptibilă pentru alte echipamente cu consum redus, folosind un acumulator cu plumb ca rezervă.
Obiective:
În primul rând, transformatorul este evaluat la 16VRMS, deci valoarea de vârf va fi VRMS * √2, aproximativ 22.6Vpeak în acest caz. Ținând cont de căderea de tensiune pe diodele de redresare, există șanse ca vârfurile Vcc să atingă 30Vcc. Având în vedere acest lucru, știu că MCU-ul va folosi 2.56V ca tensiune de referință, cu o impedanță optimă de intrare de aprox. 10KOhmi, deci a fost calculat un divizor rezistiv de 10% pentru a monitoriza Vcc principal, 25.6 * 10% = 2.56V (imaginea de mai sus, colțul stânga sus).
Apoi calculul circuitului de încărcare al acumulatorului în colțul dreapta sus. Doi tranzistori care funcționează în regim de saturație și un rezistor de putere ca tampon. Diodele Schottky au fost folosite datorită căderii mici de tensiune, SR550 are 0.1V pentru curenți mici și aproximativ 0.4V pentru 1A.
În imaginea de mai sus am făcut câteva calcule pentru utilizarea unui divizor rezistiv pentru activarea acumulatorului de rezervă, dar nu m-a convins complet. De asemenea, curba de descărcare a condensatorilor întârzie declanșarea MOSFET-ului. Așadar, ar trebui folosit ceva de tip schmitt trigger.
Am încercat să păstrez lucrurile cât mai simple, așa că după ce am desenat schmitt trigger-ul, m-am întrebat dacă pot proiecta ceva și mai simplu. Așa că am folosit acel declanșator zener desenat în partea de jos a paginii.
Luând în considerare blocurile funcționale, mai întâi, blocul de redresare este compus din D1-D4; C1-C2; urmat de divizorul rezistiv format din R2-RV2 care pregătește tensiunea principală pentru a fi monitorizată de MCU. D5 blochează curentul de la acumulator atunci când alimentarea principală este oprită. Urmează regulatorul LM317 cu componentele sale adiacente, RV3 este folosit pentru a regla tensiunea de ieșire principală (13V în acest caz).
Circuitul de încărcare este activat de o tensiune pozitivă (+5V) venită de la un pin GPIO al MCU în CHRG CMD. D8 oferă un fel de protecție pentru MCU permițând curentului să circule doar dinspre MCU, dar poate fi omis deoarece R7 oferă suficientă rezistență pentru a limita curentul. R7 este calculat pentru a aduce Q2 în regim de saturație, ceea ce este dictat de R4 și căderea de tensiune a joncțiunii Q1. R6 menține baza lui Q2 la masă când CHRG CMD este în gol. Q1 este un tip PNP care acționează ca un amplificator de tensiune, conectând bateria la Vcc prin rezistorul de putere R3. Așadar, Q1 funcționează în regim de saturație, limitat de tensiunea bateriei și R3, deci disiparea de putere prin Q1 este neglijabilă, nefiind necesar un radiator. Tensiunile de încărcare și descărcare ale acumulatorului vor fi monitorizate de MCU prin divizorul R1-RV1. De asemenea, cele două diode zener D12, D14 și R12-R13 vor limita tensiunea folosită de ADC-ul MCU-ului, acționând ca protecție. După cum s-a menționat, MCU va folosi 2.56V ca referință.
Acum urmează circuitul de comutare neîntreruptibilă. Acesta este compus din declanșatorul zener Q3, D9, R8-R10 și partea de comutare R11, D10-D11, Q4, D13. LM317 are nevoie de o marjă de +3V peste tensiunea sa de ieșire, deci 13 + 3V = 16V. Prin urmare, declanșatorul zener trebuie dezactivat la o tensiune mai mică de 16V. Folosind o diodă zener de 15V și adăugând căderea de tensiune internă a tranzistorului de 0.7V, pragul va fi în jur de 15.7V, ceea ce este perfect. Această etapă va bloca comutatorul Q4 într-o stare deschisă prin aplicarea unei tensiuni pozitive la poartă. Notă: Q4 este un MOSFET de tip P, deci va conduce doar când poarta față de sursă devine negativă, adică -5V.
Să recapitulăm procesul de comutare!
Cazul unu:
Vcc principal >15.7V, Q3 închis - colector pozitiv, Q4 deschis - poartă pozitivă, bateria este izolată.
Cazul doi:
Vcc principal <15.7V, Q3 deschis - colector flotant, Q4 închis de acumulator prin R11 - poartă negativă, bateria alimentează restul.
Se mai întâmplă alte lucruri la poarta lui Q4 care sunt importante. Când Q3 este închis, Vgs al lui Q4 este polarizat invers la aproximativ +8V. Asta pentru că Vcc - Vbatt = Vgs, adică 22V - 14V = 8V, folosind KVL putem determina asta. Dar dacă nu există baterie și MCU pornește accidental procesul de încărcare, Vgs va fi egal cu Vcc, ceea ce este prea mult (+22V). În fișa tehnică IRF5305 este specificat un Vgs maxim de +/- 20V. Așadar, ca protecție au fost folosite două diode zener D10-D11 în configurație cu catod comun, prevenind variațiile mai mari de +/-15.7V. Acum, dacă Q3 este deschis, fără Vcc, Vgs va fi negativul bateriei, adică -14V, deci Q4 va conduce complet. Rdson va fi atât de mic încât disiparea de putere este neglijabilă, nu necesită radiator. R10 este un fel de protecție împotriva curenților mari în cazul defectării lui Q4 sau Q3.
Cu RV3 setat la 13.4V, consum de curent de 0.2A, după 5 minute, radiatorul LM317 se încălzește de la 20°C la 55°C.
La un consum de 1A, puterea disipată de LM317 este de aproximativ 7W, prea mult pentru un radiator atât de mic, deci după 4 minute radiatorul ajunge la 127°C pornind de la 20°C, iar LM317 se oprește activând protecția termică.
Testarea procesului de încărcare, folosind o baterie cu plumb de 12V 7Ah cu tensiune inițială de 12.7V, R3 disipează aproximativ 1W, temperatura ajunge la 133°C în 5 minute.
Câteva greșeli pe care le-am făcut în proiectarea acestei plăci:
|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre |