Analog Center 06 2006.pdf

(901 KB) Pobierz

W rubryce „Analog Center” prezentujemy skrótowe opisy urządzeń charakteryzujących się interesującymi, często

wręcz odkrywczymi, rozwiązaniami układowymi. Przypominamy także cieszące się największym powodzeniem, proste

opracowania pochodzące z redakcyjnego laboratorium.

Do nadsyłania opisów niebanalnych rozwiązań (także wyszukanych w Internecie) zachęcamy także Czytelników.

Za opracowania oryginalne wypłacamy honorarium w wysokości 300 zł brutto, za opublikowane w EP informacje

o interesujących projektach z Internetu honorarium wynosi 150 zł brutto. Opisy, propozycje i sugestie prosimy przesyłać

na adres: analog @ ep.com.pl.

Buforowe ładowanie akumulatorów żelowych

Liczne urządzenia elektroniczne

przewidziane do pracy ciągłej (np.

centralki telefoniczne, systemy alar-

mowe, oświetlenie awaryjne, itp.)

wymagają rezerwowego zasilania

bateryjnego uruchamianego w razie

zaniku napięcia w sieci energetycz-

nej. Umieszczone w nich akumula-

tory muszą być stale naładowane

pozostając przez długi czas w sta-

nie pełnej dyspozycyjności. W ta-

kich zastosowaniach nieźle spraw-

dzają się kwasowe akumulatory

ołowiowe, a w szczególności ogniwa

żelowe i AGM zwalniające użytkow-

nika z konieczności „mokrej” ob-

sługi. W przeciwieństwie do ogniw

niklowych, ogniwa kwasowe dobrze

tolerują pracę w płytkich cyklach

i długotrwałe doładowywanie utrzy-

mujące je stale w stanie 100% nała-

dowania. W konkurencji z ogniwami

litowo–jonowymi ustępują wpraw-

dzie znacznie pod względem cięża-

ru (co w urządzeniach stacjonarnych

zwykle nie odgrywa zasadniczej

roli), niemniej wciąż wygrywają

ceną, a przy tym nie wymagają aż

tak rygorystycznego przestrzegania

warunków eksploatacji.

Zamierzając efektywnie wykorzy-

stać cały, deklarowany przez produ-

centa czas życia ogniw ołowiowych

należy jednak przestrzegać pewnych

zasad użytkowania. Oprócz ogólnie

znanych zaleceń dotyczących nie-

dopuszczania do głębokiego rozła-

dowania i nie przekraczania dopusz-

czalnego prądu ładowania, w zasto-

sowaniach buforowych szczególnego

znaczenia nabierają jeszcze dwa

dodatkowe, a mianowicie unikanie

podwyższonej temperatury i nawet

niewielkiego, lecz długotrwałego

przeładowywania.

Osiągi akumulatorów ołowio-

wych są silnie zależne od tempe-

ratury. Jej obniżanie zmniejsza po-

jemność ogniwa – np. w temp. 0˚C

do dyspozycji pozostaje tylko 85%

pojemności znamionowej. Z kolei

eksploatacja ogniw w podwyższonej

temperaturze powoduje ich szyb-

Rys. 1. Ładowarka buforowa z korekcją napięcia ładowania – wariant 1

ką degradację. Wzrost temperatu-

ry o każde 8˚C powyżej wartości

znamionowej skraca trwałość aku-

mulatora żelowego o połowę (sic!).

Zatem odsunięcie go od radiatora

w zasilaczu i zapewnienie dobrej

wentylacji w ciasnej obudowie nie

powinno być traktowane jako roz-

rzutność a raczej jako racjonalna in-

westycja w trwałość i niezawodność

urządzenia.

Przypomnijmy pokrótce zasadę

ładowania ogniw ołowiowych meto-

dą CC–CV ( constant current – con-

stant voltage ). Na początku, tzn.

przy mocno rozładowanym akumu-

latorze ładowarka pełni rolę źródła

prądowego ograniczającego maksy-

malny prąd do bezpiecznej warto-

ści (typ. 0,3C). Po osiągnięciu przez

baterię zadanego napięcia końcowe-

go, ładowarka przechodzi do stabi-

lizacji napięcia, jednak ładowanie

trwa nadal przy stopniowo maleją-

cej wartości prądu.

Do ładowania w trybie buforo-

wym przyjmuje się napięcie końco-

we równe ok. 2,30 V/ogniwo. Przy

tej wartości napięcia, prąd ładowa-

nia maleje asymptotycznie do zera

(a ściślej do szczątkowej wartości

pokrywającej straty energii wynika-

jące z samorozładowania), a ogniwo

również asymptotycznie zbliża się

do stanu 100% naładowania, dzięki

czemu może pozostać podłączone

do zasilania na stałe, bez obawy

przeładowania.

Przy ładowaniu w trybie cyklicz-

nym celowo podnosi się napięcie

do poziomu 2,45 V/ogniwo forsu-

jąc tym samym szybszą regenerację

ładunku. Jednak tak przyspieszone

ładowanie wymaga ciągłego nadzo-

ru i przerwania lub obniżenia na-

pięcia do poziomu „buforowego”,

gdy prąd ładowania spadnie samo-

istnie poniżej zadanego progu (typ.

0,02C). Długotrwałe pozostawienie

ogniwa pod wymuszonym, podwyż-

szonym napięciem doprowadziłoby

do przeładowania i nieodwracalnej

utraty wody z elektrolitu na skutek

gazowania.

Stwierdzenie, że końcowe napię-

cie ładowania równe 2,30 V/ogniwo

stanowi wartość całkowicie bez-

pieczną dla akumulato- cd na str. 40

Elektronika Praktyczna 6/2006

39

886944501.321.png

886944501.332.png

886944501.343.png

886944501.354.png

886944501.001.png

886944501.012.png

886944501.023.png

886944501.033.png

886944501.044.png

886944501.055.png

886944501.066.png

886944501.077.png

886944501.088.png

886944501.099.png

886944501.110.png

886944501.121.png

886944501.132.png

886944501.143.png

886944501.154.png

886944501.165.png

886944501.176.png

886944501.187.png

886944501.198.png

886944501.209.png

886944501.220.png

886944501.231.png

886944501.242.png

886944501.253.png

886944501.264.png

886944501.275.png

886944501.286.png

886944501.297.png

886944501.299.png

886944501.300.png

886944501.301.png

886944501.302.png

886944501.303.png

886944501.304.png

ra jest niestety pewnym

uproszczeniem. W rzeczywistości

napięcie to zależy od temperatury

i maleje z nachyleniem –3...–5 mV/

K, zatem ogniwo ładowane do

sztywno ustalonego poziomu będzie

w niskich temperaturach niedołado-

wywane, natomiast w temperaturze

wyższej od pokojowej zostanie na-

rażone na przeładowanie. Zwykle

odchyłki te nie są duże (max. kil-

kadziesiąt mV), więc nie powodują

szybkiego zniszczenia akumulatora.

Jednak gdy ładowanie w podwyższo-

nej temperaturze ciągnie się przez

tysiące godzin, a z czymś takim

możemy mieć do czynienia wła-

śnie przy ciągłym ładowaniu bu-

forowym, to trudno się dziwić, że

akumulator o deklarowanej trwałości

5 letniej odmawia posłuszeństwa

np. już po roku eksploatacji. Płynie

stąd wniosek, że nawet najprostszy

układ ładowania buforowego powi-

nien wprowadzać korekcję napięcia

w funkcji temperatury.

Na rys. 1 przedstawiono prosty

układ ładowarki zaczerpnięty z noty

katalogowej Linear Technologies. Od

typowego układu aplikacyjnego sta-

bilizatora LM317 różni go obecność

dodatkowego wtórnika emiterowego

T1. Działanie sprzężenia zwrotnego

utrzymuje stały spadek napięcia na

rezystorze R2 wynoszący ok. 2,2 V.

Wartość ta jest zależna nie tylko od

napięcia referencyjnego stabilizatora,

ale również od spadku napięcia na

złączu baza–emiter T1 wykazującego

ujemny współczynnik temperaturowy

równy w przybliżeniu –2,2 mV/K. Po-

równując te dwie wartości możemy

stwierdzić, że układ zapewnia (choć

jedynie częściową) korekcję napięcia

ładowania ze współczynnikiem wy-

noszącym w przeliczeniu na jedno

ogniwo ok. –2,3 mV/K.

W drugim układzie ( rys. 2 ) za-

stosowano alternatywną metodę ko-

rekcji temperaturowej pozwalającą

w pewnym zakresie na swobodny

wybór współczynnika korekcyjne-

go. Podobnie jak poprzednio układ

składa się z liniowego stabilizatora

napięcia LM317 lub LM350 (U1)

uzupełnionego ogranicznikiem mak-

symalnego prądu ładowania (R7,

cd ze str. 39

Rys. 2. Ładowarka buforowa z korekcją napięcia ładowania – wariant 2

T1). Za nachylenie charakterystyki

temperaturowej odpowiada układ

monolitycznego źródła prądowego

LM334 (U2).

Nie wdając się w szczegóły kon-

strukcyjne, budowę układu LM334

można opisać jako kombinację źró-

dła napięciowego V set podłączonego

do wyprowadzenia SET i sterowane-

go źródła prądowego powtarzającego

na swoim wyjściu (V+) prąd pobie-

rany ze źródła V set przez zewnętrz-

ny rezystor R set .

Napięcie odniesienia V set jest

bezpośrednio zależne od tempera-

tury struktury w skali bezwzględnej

i wyraża się zależnością:

Vset=T[K]*214[mV/K]

W temperaturze pokojowej

T=298 K (25˚C) jego wartość wy-

nosi V set =64 mV.

Uwzględniając dodatkowo obec-

ność prądu polaryzującego I bias wy-

pływającego z końcówki V– i stano-

wiącego w przybliżeniu stały uła-

mek (k~1/14) prądu I set uzyskuje

się ostateczną zależność pomiędzy

prądem wyjściowym, a wartością re-

zystora R set – w temperaturze poko-

jowej prąd ten ma wartość

I V+ =67,7 mV/R set

i dodatni współczynnik tempera-

turowy wynoszący ok. 0,33%/K.

Przyjmując R set =32,5 V (tak jak

na rys. 2) uzyskamy prąd źródła

I 2 =2,08 mA rosnący ze wzrostem

temperatury o ok. 7 mA/K. Biorąc

pod uwagę stałą wartość prądu

I 1 =5,21 mA płynącego przez R 3 (po-

mijamy prąd polaryzujący I adj układu

U1) i rozpatrując rozpływ prądów

w węźle „A” dojdziemy do wniosku,

że prąd I 3 =3,13 mA decydujący

o końcowym napięciu ładowania, ma

ujemny współczynnik temperaturowy

wynoszący –7 mA/K, czyli –0,22%/K.

Warunki ładowania jakie otrzy-

mamy po przeprowadzeniu pozo-

stałych obliczeń zostały zestawione

w tab. 1 . Uzyskane temperaturowe

współczynniki napięcia końcowego

mieszczą się w typowym przedzia-

le –3...–5 mV/K/ogniwo zalecanym

przez większość producentów.

Szczególną uwagę warto zwrócić

na zapewnienie dobrego kontaktu

termicznego pomiędzy układem U2

(LM334), a akumulatorem. Z jednej

strony chodzi tu oczywiście o po-

miar rzeczywistej temperatury ba-

terii, a z drugiej o uniknięcie samo-

nagrzewania układu scalonego. Moc

tracona w układzie U2 sięga 26

mW, co wystarcza do samoistnego

podniesienia temperatury struktury

w obudowie TO–92 (w nieruchomym

powietrzu) o ok. 10˚C. Z tego wzglę-

du zamiast LM334Z korzystniejsze

będzie zastosowanie układu w obu-

dowie SO–8 (LM334D) i ulokowanie

go np. w bezpośrednim kontakcie

z metalową podstawką akumulatora.

MDz

Tab. 1. Warunki ładowania uzyskane w układzie z rys. 2

wsp. temp. w przeliczeniu na

jedno ogniwo

[mV/K]

U zn

[V]

liczba

ogniw

końcowe napięcie

ładowania [V]

wsp. temperaturowy

napięcia ładowania [mV/K]

6

3

6,9

–12,7

–4,2

12

6

13,8

–28,1

–4,7

40

Elektronika Praktyczna 6/2006

886944501.305.png

886944501.306.png

886944501.307.png

886944501.308.png

886944501.309.png

886944501.310.png

886944501.311.png

886944501.312.png

886944501.313.png

886944501.314.png

886944501.315.png

886944501.316.png

886944501.317.png

886944501.318.png

886944501.319.png

886944501.320.png

886944501.322.png

886944501.323.png

886944501.324.png

886944501.325.png

886944501.326.png

886944501.327.png

886944501.328.png

886944501.329.png

886944501.330.png

886944501.331.png

886944501.333.png

886944501.334.png

886944501.335.png

886944501.336.png

886944501.337.png

886944501.338.png

886944501.339.png

886944501.340.png

886944501.341.png

886944501.342.png

886944501.344.png

886944501.345.png

886944501.346.png

886944501.347.png

886944501.348.png

886944501.349.png

886944501.350.png

886944501.351.png

886944501.352.png

886944501.353.png

886944501.355.png

886944501.356.png

886944501.357.png

886944501.358.png

886944501.359.png

886944501.360.png

886944501.361.png

886944501.362.png

886944501.363.png

886944501.364.png

886944501.002.png

886944501.003.png

886944501.004.png

886944501.005.png

886944501.006.png

886944501.007.png

886944501.008.png

886944501.009.png

886944501.010.png

886944501.011.png

886944501.013.png

886944501.014.png

886944501.015.png

886944501.016.png

886944501.017.png

886944501.018.png

886944501.019.png

886944501.020.png

886944501.021.png

886944501.022.png

886944501.024.png

886944501.025.png

886944501.026.png

886944501.027.png

886944501.028.png

886944501.029.png

886944501.030.png

886944501.031.png

Prze łącz nik zbli że nio wy

Pre zen to wa ne urzą dze nie, wy ko-

na ne na za led wie kil ku ele men tach,

speł nia ro lę pros te go lecz sku tecz-

ne go prze łącz ni ka zbli że nio we go.

Mo że my go wy ko rzys tać do ochro-

ny róż nych przed mio tów, urzą dzeń

i obiek tów przed zbli ża niem się

osób nie po żą da nych. Mo że my rów-

nież wy ko rzys tać do uru cha mia nia

oświet le nia lub in nych urzą dzeń.

Prze łącz ni k skła da się z dwóch częś-

ci: na daj ni ka i od bior ni ka. Blok na-

daj ni ka to pros ty ge ne ra tor w.cz.

wy ko na ny na dwóch bram kach

NOT wcho dzą cych w skład ukła du

Blok od bior ni ka ma za za da nie

ode bra nie syg na łu z częś ci na daw-

czej. Wszel kie zmia ny od bie ra ne go

syg na łu wy wo ła ne prze miesz cza-

niem się oso by mię dzy elek tro da mi

(an te na mi) po wo du ją za dzia ła nie

prze łącz ni ka.

ty pu 74HCT14 ge ne ru je on częs tot-

li wość oko ło 7 MHz. Częs tot li wość

ge ne ra to ra re gu lu je my po ten cjo met-

rem POT3.

Dodatkowe informacje:

Bardziej szczegółowy opis tego projektu można

znaleźć pod nazwą AVT–1348 na stronie:

http://www.sklep.avt.com.pl

Właściwości:

• funkcja prostego, lecz skutecznego prze-

lacznika zblizeniowego

• możliwość wykorzystania do ochrony róż-

nych przedmiotów, urządzeń i obiektów

• możliwość wykorzystania jako włącznik

oświetlenia

Rys. 1. Schemat elektryczny przełącznika

Pros ty wy kry wacz me ta li

Wy kry wa cz me ta li dzia ła ją cy na

za sa dzie roz stra ja nia się jed ne go

z dwóch ge ne ra to rów zbu do wa no na

czte rech bram kach NAND CMOS

wcho dzą cych w skład struk tu ry po-

pu lar ne go ukła du sca lo ne go 4011.

Bramka 1 pra cu je jako ge ne ra tor

w.cz. z ze wnęt r zną cew ką L1. War-

toś ci ele men tów LC zo sta ły tak dob-

ra ne, aby wy jścio wa częs tot-

li wość ge ne ro wa ne go syg na-

łu wy no si ła oko ło 100 kHz.

Dru gi ge ne ra tor (po moc ni-

czy) pra cu je w ukła dzie mul ti-

wib ra to ra RC na dwóch bram-

kach 3 i 4. Za kres re gu la cji

częs tot li woś ci po ten cjo met rem

R2 wy no si od oko ło 50 kHz do

oko ło 150 kHz, przy czym za

dol ną war tość od po wie dzial ny jest

re zys tor R1, a za częs tot li wość gór-

ną – kon den sa tor C4. Syg na ły z ge-

ne ra to rów są skie ro wa ne na we jścia

bram ki 2 pra cu ją cej ja ko mie szacz

(de tek tor). Syg na ły wy jścio we, bę dą-

ce róż ni cą

częs tot li woś ci

do pro wa dzo nych syg-

na łów, są skie ro wa ne po przez

kon den sa tor se pa ru ją cy C3 bez po-

śred nio do słu chaw ki.

Właściwości:

• lokalizacja ukrytego przedmiotu metalowego

• zasięg uzależniony od wielkości poszukiwa-

nego przedmiotu wynosi około 10 cm

• zasilanie z baterii 9 V

Dodatkowe informacje:

Bardziej szczegółowy opis tego projektu można

znaleźć pod nazwą AVT–2116 na stronie:

http://www.sklep.avt.com.pl

Rys. 1. Schemat elektryczny wykry-

wacza

Elektronika Praktyczna 6/2006

41

886944501.032.png

886944501.034.png

886944501.035.png

886944501.036.png

886944501.037.png

886944501.038.png

886944501.039.png

886944501.040.png

886944501.041.png

886944501.042.png

886944501.043.png

886944501.045.png

886944501.046.png

886944501.047.png

886944501.048.png

886944501.049.png

886944501.050.png

886944501.051.png

886944501.052.png

886944501.053.png

886944501.054.png

886944501.056.png

886944501.057.png

886944501.058.png

886944501.059.png

886944501.060.png

886944501.061.png

886944501.062.png

886944501.063.png

886944501.064.png

886944501.065.png

886944501.067.png

886944501.068.png

886944501.069.png

886944501.070.png

886944501.071.png

886944501.072.png

886944501.073.png

886944501.074.png

886944501.075.png

886944501.076.png

886944501.078.png

886944501.079.png

886944501.080.png

886944501.081.png

886944501.082.png

886944501.083.png

886944501.084.png

886944501.085.png

886944501.086.png

886944501.087.png

886944501.089.png

886944501.090.png

886944501.091.png

886944501.092.png

886944501.093.png

886944501.094.png

886944501.095.png

886944501.096.png

886944501.097.png

886944501.098.png

886944501.100.png

886944501.101.png

886944501.102.png

886944501.103.png

886944501.104.png

886944501.105.png

886944501.106.png

886944501.107.png

886944501.108.png

886944501.109.png

886944501.111.png

886944501.112.png

886944501.113.png

886944501.114.png

886944501.115.png

886944501.116.png

886944501.117.png

886944501.118.png

886944501.119.png

886944501.120.png

886944501.122.png

886944501.123.png

886944501.124.png

886944501.125.png

886944501.126.png

886944501.127.png

886944501.128.png

886944501.129.png

886944501.130.png

886944501.131.png

886944501.133.png

886944501.134.png

886944501.135.png

886944501.136.png

Przełącznik zmierzchowy

Elementem wykonawczym za-

palającym żarówkę jest triak T1.

Triak jest sterowany za pośrednic-

twem optotriaka U1. Proponowany

optotriak typu MOC3040 ma wbu-

dowane obwody gwarantujące włą-

czanie triaka tuż po przejściu na-

pięcia sieci zasilającej przez zero.

Dzięki temu układ nie wprowadza

zakłóceń i nie wymaga stosowania

ﬁltrów przeciwzakłóceniowych za-

wierających dławiki i kondensatory.

Układ elektroniczny jest zasilany

z zasilacza beztransformatorowe-

go, zawierającego elementy R1...R3,

C1...C3, D1...D5. Sam układ prze-

łącznika zmierzchowego zrealizowa-

no w oparciu o kostkę CMOS 4093

zawierającą cztery dwuwejściowe

bramki NAND z wejściem Schmit-

ta (z histerezą na wejściu). Układ

przełącznika zawiera dwa genera-

tory wykonane na bramkach U2A

i U2C.

przełączania tej bramki. W układzie

można także wykorzystywać tylko

jeden generator, na przykład do

sterowania lampą ostrzegawczą.

W spoczynku napięcie na nóżce

1 bramki U2A jest niższe od progu

przełączania, generatory nie pracują,

i na wyjściu bramki U1D utrzymuje

się stan niski. Tym samym opto-

triak i triak są wyłączone – żarów-

ka jest wygaszona. Oba generatory

zaczynają pracować w chwili, gdy

napięcie na nóżce 1 bramki U2A

wzrośnie powyżej górnego progu

Dodatkowe informacje:

Bardziej szczegółowy opis tego projektu można

znaleźć pod nazwą AVT–2177 na stronie:

http://www.sklep.avt.com.pl

Właściwości:

• przełącznik reagujący na światło

• do sterowania reklamy świetlnej

• do sterownania oświetleniem domu, sklepu,

a także innych tego typu zastosowań

Rys. 1. Schemat elektryczny przełącznika

sklep.avt.pl

42

Elektronika Praktyczna 6/2006

886944501.137.png

886944501.138.png

886944501.139.png

886944501.140.png

886944501.141.png

886944501.142.png

886944501.144.png

886944501.145.png

886944501.146.png

886944501.147.png

886944501.148.png

886944501.149.png

886944501.150.png

886944501.151.png

886944501.152.png

886944501.153.png

886944501.155.png

886944501.156.png

886944501.157.png

886944501.158.png

886944501.159.png

886944501.160.png

886944501.161.png

886944501.162.png

886944501.163.png

886944501.164.png

886944501.166.png

886944501.167.png

886944501.168.png

886944501.169.png

886944501.170.png

886944501.171.png

886944501.172.png

886944501.173.png

886944501.174.png

886944501.175.png

886944501.177.png

886944501.178.png

886944501.179.png

886944501.180.png

886944501.181.png

886944501.182.png

886944501.183.png

886944501.184.png

886944501.185.png

886944501.186.png

886944501.188.png

886944501.189.png

886944501.190.png

886944501.191.png

886944501.192.png

886944501.193.png

886944501.194.png

886944501.195.png

886944501.196.png

886944501.197.png

886944501.199.png

886944501.200.png

886944501.201.png

886944501.202.png

886944501.203.png

886944501.204.png

886944501.205.png

886944501.206.png

886944501.207.png

886944501.208.png

886944501.210.png

886944501.211.png

886944501.212.png

886944501.213.png

886944501.214.png

886944501.215.png

886944501.216.png

886944501.217.png

886944501.218.png

886944501.219.png

886944501.221.png

886944501.222.png

886944501.223.png

886944501.224.png

886944501.225.png

886944501.226.png

886944501.227.png

886944501.228.png

886944501.229.png

886944501.230.png

886944501.232.png

886944501.233.png

886944501.234.png

886944501.235.png

886944501.236.png

886944501.237.png

886944501.238.png

886944501.239.png

886944501.240.png

886944501.241.png

886944501.243.png

886944501.244.png

886944501.245.png

886944501.246.png

886944501.247.png

886944501.248.png

886944501.249.png

886944501.250.png

886944501.251.png

886944501.252.png

886944501.254.png

886944501.255.png

886944501.256.png

886944501.257.png

886944501.258.png

886944501.259.png

886944501.260.png

886944501.261.png

886944501.262.png

886944501.263.png

886944501.265.png

886944501.266.png

886944501.267.png

886944501.268.png

886944501.269.png

886944501.270.png

886944501.271.png

886944501.272.png

886944501.273.png

886944501.274.png

886944501.276.png

886944501.277.png

886944501.278.png

886944501.279.png

886944501.280.png

886944501.281.png

886944501.282.png

886944501.283.png

886944501.284.png

886944501.285.png

886944501.287.png

886944501.288.png

886944501.289.png

886944501.290.png

886944501.291.png

886944501.292.png

886944501.293.png

886944501.294.png

886944501.295.png

886944501.296.png

886944501.298.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin