AVT2290 - UPS do systemów cyfrowych.pdf - AVT - gselectro.eu

UPS do systemów cyfrowych

Do czego to służy?

Zasilaczy najróżniejszego rodzaju

opisaliśmy już na łamach EdW bardzo

wiele. Praktyka jednak wykazuje, że za−

potrzebowanie na te układy jest bardzo

duże, ponieważ niemal do każdego

układu elektronicznego można dostoso−

wać zasilacz o zupełnie odmiennych pa−

rametrach.

Jak wielkie znaczenie ma zapewnie−

nie nieustannego dopływy prądu do

niektórych urządzeń elektronicznych,

wie każdy elektronik. Nie tylko zresztą

elektronik, ponieważ nie ma chyba niko−

go, komu nie przydarzyłaby się niemiła

przygoda polegająca na krótkotrwałym

wyłączeniu prądu pod sam koniec kilku−

godzinnej pracy np. w edytorze teksto−

wym. Do systemów komputerowych

produkowane są specjalne zasilacze,

tzw. UPS (Uninterruptible Power Sup−

ply), urządzenia stosunkowo kosztow−

ne. Stosowanie takiego układu ma sens

jedynie przy systemach komputero−

wych wymagających stałego i nieza−

wodnego zasilania oraz przy zasilaniu

bardzo rozbudowanych i pobierających

dużo prądu układów elektronicznych

i elektrycznych.

My zbudujemy sobie coś znacznie

prostszego i tańszego: uniwersalny

zasilacz do systemów cyfrowych.

Układ ten został zaprojektowany i wy−

konany w ściśle określonym celu:

miał on zasilać bez najmniejszej prze−

2290

rwy przez okres dwóch lat zegar. Ze−

gar dość specyficznej budowy, zlicza−

jący sekundy, minuty, godziny i dni ja−

kie nam pozostały do końca XX stule−

cia. Proponowany układ można jednak

zastosować do zasilania dowolnego

urządzenia cyfrowego, lub innego wy−

magającego bezawaryjnego dostar−

czania napięcia +5VDC. Jako awaryj−

ne źródło prądu w układzie modelo−

wym zastosowałem sześć akumulato−

rów NiCd połączonych szeregowo –

typowy pakiet stosowany w modelar−

stwie do zasilania silników samolotów

z napędem elektrycznym. Akumulato−

ry takie cechuje szczególnie wysoka

jakość i odporność na warunki ze−

wnętrzne, co niestety okupione jest

ich dość wysoką ceną. W typowych

zastosowaniach można jednak użyć

zwykłych ogniw NiCd, np. wymiaru

baterii R6, o pojemności do 1000mAh.

Można także rozważyć zastosowanie

akumulatora kwasowego o napięciu

12V. Nie jest to jednak rozwiązanie

najlepsze ze względu na znaczną moc

strat jaka wydzielałby się na stabiliza−

torze napięcia.

Rys.. 1.. Schemat iideowy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

układu i nie jest wart szerszego omó−

wienia. Podobnie ma się sprawa

z układem IC5, którego zadaniem jest

zasilanie całego naszego układu. Pozo−

stańmy natomiast chwilę przy układzie

zbudowanym na tranzystorach T1

...T4. Zadaniem tego bloku funkcjonal−

nego układu zasilacza, pracującego ja−

ko dość stabilne źródło prądowe jest

dostarczanie stałego prądu ładowania

baterii akumulatorów. Prąd ten

określony jest wartością rezystora R8,

na którym dzięki sprzężeniu zwrotne−

mu poprzez tranzystor T3 utrzymuje

się stałe napięcie ok. 0,6V. Wartość te−

go rezystora musi być dostosowana

do pojemności współpracujących

z układem akumulatorów. Bateria za−

stosowana w układzie modelowym

miała pojemność 1000mA i stąd, przy

założeniu ładowania i doładowywania

akumulatorów prądem dziesięciogo−

dzinnym, wartość ta wyniosła 5,6

Wykaz ellementów

Rezystory

PR1 potencjometr montażowy miniaturowy:

200k

Ω

R3, R4, R9: 3k

R5: 200k

R6: 750k

R7: 150k

(patrz tekst)

R11, R10: 5,6k

Ω

R12, R13: 330k

Ω

Kondensatory

C1: 10nF

C2: 470nF

C3: 1000µF/16

C4, C6, C7, C9: 100nF

C5: 470µF/16

C8: 220µF/16

Półłprzewodniikii

BR1 mostek prostowniczy 1A

D1, D2, D3: 1N4001 lub odpowiednik

IC1: 4011

IC2: 4060

IC3: LM385 – 2,5v

IC4: TL081 lub odpowiednik

IC5: 78L09

IC6: 7805

T1: BD911 lub odpowiednik

T2: BC557 lub odpowiednik

T3, T4: BC548 lub odpowiednik

Pozostałłe

CON1, CON2, CON3: ARK2

F1: plastykowa oprawka bezpiecznika + bez−

piecznik 100mA

TR1: transformator sieciowy TS6/40

Uwaga! Akumulatorki nie wchodzą w skład

kitu AVT−2290B.

Najistotniejszą zaletą proponowane−

go zasilacza jest to, że doładowuje on

baterię akumulatorów nie stałym prą−

dem, lecz impulsowo, w określonych

odstępach czasu. Jest to bardzo ważna

cecha, ponieważ jak wiadomo, akumula−

tory NiCd wyjątkowo „nie lubią” dołado−

wywania ich stałym prądem, co naj−

częściej ma miejsce w konstrukcjach

awaryjnego zasilania.

Wartość rezystora R8 dla innych po−

jemności akumulatorów łatwo obliczyć

korzystając z wzoru: R = U/I gdzie

U = 0,6V, a I = 1/10 pojemności bate−

rii akumulatorów.

Należy zauważyć, że bateria aku−

mulatorów będzie ładowana tylko

wtedy, kiedy tranzystor T2 będzie po−

zostawał włączony, czyli wtedy kiedy

baza tranzystora T4 będzie spolaryzo−

wana, co wykorzystywane jest przez

układ sterujący ładowaniem i dołado−

wywaniem baterii.

A więc dobrze, zbudowaliśmy już

nasz zasilacz i dołączyliśmy do niego

baterię akumulatorów, chyba nałado−

waną do wymaganego poziomu. Na

wszelki wypadek naciskamy więc przy−

cisk „LOAD” powodując włączenie

przerzutnika R−S zbudowanego na

bramkach NAND IC1A i IC1B. Konsek−

wencją tego faktu będzie spolaryzowa−

nie bazy T4, rozpoczęcie ładowania

akumulatora i powolne narastanie na−

pięcia na jej zaciskach.

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowanego

układu zasilacza został pokazany na ry−

sunku 1. Jak widać, układ jest bardzo

prosty i jego omówienie nie zajmie nam

z pewnością wiele czasu.

Napięcie zasilające wszystkie elemen−

ty układu dostarczane jest z transforma−

tora sieciowego TR1, prostowane

w prostowniku pełnookresowym BR1

i wygładzane za pomocą kondensatora

C3. Następnie kierowane jest do trzech

podstawowych bloków układu, które ko−

lejno omówimy.

Fragment urządzenia zbudowany

z wykorzystaniem scalonego stabiliza−

tora napięcia typu 7805 – IC6 jest ty−

powo skonstruowanym zasilaczem do−

starczającym napięcia do zasilanego

Wzmacniacz operacyjny IC4 pracuje

w naszym układzie jako komparator,

porównując napięcia z wysokostabilne−

go wzorca zbudowanego z wykorzysta−

niem układu IC3 z napięciem na aku−

mulatorze, a właściwie z proporcjonal−

nym do niego napięciem uzyskiwanym

z dzielnika R6, PR1, R5. Ładowanie

akumulatorów trwa aż do momentu,

kiedy napięcie na wejściu 2 IC4 stanie

się wyższe od napięcia wzorca, czyli

od 2,5V. Krótki impuls ujemny z wyjś−

cia komparatora napięcia zostaje

w tym momencie przekazany na wejś−

cie zerujące przerzutnika R−S po−

wodując jego natychmiastowe

wyłączenie, a także odłączenie

prądu ładowania akumulatorów.

Zauważmy teraz, że podczas

ładowania akumulatorów licznik

binarny zawarty w strukturze

układu scalonego IC2 nie praco−

wał, zablokowany stanem wyso−

kim panującym na jego wejściu

zerującym. Obecnie rozpoczyna

on pracę zliczając impulsy, któ−

rych częstotliwość zależna jest od

wartości rezystancji R12 i R13

oraz pojemności C7.

c.d. na str. 62

Rys.. 2.. Schemat montażowy

PostScript Picture

2290

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

Ω

R1, R2: 56k

R8: 5,6

R14: 10M

Jeżeli blaszka czy przewód będą połą−

czone z dwoma wejściami układu, to

na płytce należy przeciąć ścieżkę

w miejscu oznaczonym X. Jednak

z przeprowadzonych testów wynika, iż

lepsze efekty uzyskano gdy oba we−

jścia były połączone na płytce, nato−

miast czujnik był dołączony do jedne−

go z wejść S1 lub S2.

, co

radykalnie zwiększyło czułość układu.

Zgodnie ze wskazówkami podanymi

w tym numerze w Szkole Konstrukto−

rów dla dodatkowego filtrowania syg−

nału z czujnika, równolegle do diod

D3, D4 można włączyć kondensatory

o pojemności 220...330pF. Układ mo−

że pracować także przy zwarciu kon−

densatorów C1 i C2.

Uwaga! Układ może nie działać po−

prawnie, jeśli będzie zasilany z baterii,

a nie z zasilacza sieciowego. Przy zasi−

laniu bateryjnym masę układu należy

połączyć z ziemią bezpośrednio lub

przez rezystancję do 1M

do 10M

Wykaz ellementów

Rezystory

R1,R2,R5: 510k

R3,R4: 10 M

Ω

Kondensatory

C1,C2: 2,2nF

C3: 330nF

C4: 100nF (ceramiczny)

C5: 100µF

Półłprzewodniikii

U1: 4093

U2: 4027

D1 – D6: 1N4148

T1: BC548 (dowolny npn)

Pozostałłe

ARK3: 1 szt.

L1,L2: 220...330µH

Marciin Wiiązaniia

Od Redakcjjii.. Jest to jeden z dwóch

projektów nadesłanych przez Autora

w ramach rozwiązania zadania nr 27

w Szkole Konstruktorów. W stosunku

do oryginalnej propozycji Autora

wprowadzono tylko jedną drobną po−

lub pojem−

ność nie mniejszą niż 10nF.

UPS do systemów cyfrowych (c.d. ze str. 60)

Po upływie pewnego czasu (z war−

tościami elementów takimi jak na

schemacie ok. 1godz) opadające zbo−

cze sygnału z najstarszego wyjścia licz−

nika – Q14 spowoduje powtórne włą−

czenie przerzutnika R−S i ponowne roz−

poczęcie ładowania akumulatorów.

Przy sprawnych akumulatorach

czas ten będzie już jednak bar−

dzo krótki. Tak więc osiągnę−

liśmy to, co chcieliśmy:

bateria jest naładowa−

na i okresowo doła−

dowywana krótki−

mi impulsami prą−

du, co jak wiemy aku−

mulatory NiCd „lubią”.

Rozpatrzmy teraz spo−

sób zasilania dołączonego do

naszego urządzenia odbiornika

energii, np. układu cyfrowego. Je−

żeli w sieci energetycznej jest napię−

cie, to odbiornik energii zasilany jest

za pośrednictwem diody D2 i stabili−

zatora IC6. Z akumulatora żaden prąd

nie płynie, ponieważ napięcie na

wejściu stabilizatora 7805 jest w tym

momencie znacznie wyższe niż na za−

ciskach baterii. W momencie prze−

rwania dopływu energii z sieci napię−

cie na wejściu IC6 spada powodując

przepływ prądu przez diodę D3. Zasi−

lany układ pobiera teraz energię

z akumulatora, a nam pozostaje jedy−

nie mieć nadzieję, że elektrownia

przywróci dopływ prądu przed jego

rozładowaniem.

woltomierza, najlepiej cyfrowego. Do

naszego dołączamy napięcie z zasila−

cza pomocniczego lub (mniej zaleca−

ne) dołączamy napięcie sieci do złą−

cza CON3. Do wyjścia CON2 przyłą−

czamy baterię złożoną z 6 akumula−

torków NiCd, a suwak potencjometru

montażowego PR1 ustawiamy w po−

łożeniu najbliżej masy. Następnie do−

łączamy woltomierz ustawiony na od−

powiedni zakres do zacisków akumu−

latora i naciskamy przycisk LOAD.

Napięcie na zaciskach akumulatora

zacznie powoli narastać i w zależ−

ności od stanu ich rozładowania

osiągnie po pewnym (maksymalnie

po 10 godz.) czasie 8,28V. Będzie to

sygnałem, że akumulatory są już

w pełni naładowane. Teraz delikatnie

i powoli przekręcając potencjometr

montażowy doprowadzamy do poja−

wienia się stanu wysokiego na wyjś−

ciu 4 bramki IC1B, co będzie świad−

czyć o odłączeniu prądu ładowania.

Od tego momentu możemy uwa−

żać zbudowany układ za gotowy do

pracy.

Uwaga!

W urządzeniu

występują napięcia

mogące stanowić śmiertel−

ne zagrożenie dla życia! Osoby

niepełnoletnie mogą wykonać i uru−

chomić opisany układ tylko

pod opieką wykwalifi−

kowanych osób

dorosłych.

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 2 przedstawiona została

mozaika ścieżek i rozmieszczenie ele−

mentów na płytce obwodu drukowa−

nego zaprojektowanego na lamina−

cie jednostronnym.

Niestety, nie udało mi się

uniknąć konieczności za−

stosowania jednej

zwory i od niej

właśnie rozpocz−

niemy montaż

układu. Kolejno lutu−

jemy w płytkę rezystory,

diody, podstawki pod ukła−

dy scalone i elementy o naj−

większych gabarytach. Początku−

jącym konstruktorom radzę nie

montować na razie transformatora sie−

ciowego i do regulacji układu użyć ze−

wnętrznego zasilacza dostarczającego

prądu stałego lub przemiennego

o właściwym napięciu. Pozwoli to na

uniknięcie konieczności dokonywania

regulacji na płytce, której część znajdu−

je się pod niebezpiecznym dla życia na−

pięciem sieci energetycznej.

Zmontowany z dobrych elemen−

tów układ zasilacza nie wymaga ja−

kiegokolwiek uruchamiania, ale jedy−

nie prostej regulacji, do której wyko−

nania będziemy potrzebować jedynie

Zbiigniiew Raabe

Kompllet podzespołłów z płłytką jjest

dostępny w siiecii handllowejj AVT jjako

„kiit szkollny” AVT−2290..

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 9/98

prawkę polegającą na zwiększeniu re−

zystancji R3, R4 z 1M

R6: 22k

AVT2290 - UPS do systemów cyfrowych.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: