لتوفير الطاقة لمستهلكي الطاقة المهمين، يتم استخدام التوصيل المتوازي لعدة مصادر طاقة، مع إزالة التأثير المتبادل لمصدر واحد على الآخر.
في حالة تلف أو فصل أحد أجهزة إمداد الطاقة المتعددة، سيتم توصيل الحمل تلقائيًا ودون انقطاع في دائرة الطاقة بمصدر الطاقة الذي يكون جهده أعلى من الأجهزة الأخرى. عادة، في دوائر التيار المستمر، يتم استخدام الثنائيات شبه الموصلة لفصل دوائر الإمداد. تمنع هذه الثنائيات مصدر طاقة من التأثير على مصدر آخر. وفي الوقت نفسه، تهدر هذه الثنائيات بعضًا من طاقة إمداد الطاقة. في هذا الصدد، في دوائر التكرار، من المفيد استخدام الثنائيات مع انخفاض الجهد الأدنى عبر التقاطع. عادة ما تكون هذه الثنائيات الجرمانيوم.
بادئ ذي بدء، يتم توفير الطاقة للحمل من المصدر الرئيسي، والذي عادة ما يكون له جهد أعلى (لتنفيذ وظيفة التبديل الذاتي إلى الطاقة الاحتياطية). غالبًا ما يستخدم جهد التيار الكهربائي (عبر مصدر الطاقة) كمصدر كهذا. كمصدر للطاقة الاحتياطية، عادة ما يتم استخدام بطارية أو مركم، والتي لديها جهد أقل بشكل واضح من مصدر الطاقة الرئيسي.
يوضح الشكل أبسط وأكثر مخططات التكرار وضوحًا لمصادر التيار المستمر. 10.1 و 10.2. وبهذه الطريقة، يمكنك توصيل عدد غير محدود من مصادر الطاقة بالمعدات الإلكترونية المهمة.
تختلف دائرة تكرار مصدر الطاقة (الشكل 10.2) من حيث أن دور الثنائيات التي تفصل مصادر الطاقة يتم تنفيذه بواسطة مصابيح LED. يضيء مؤشر LED للإشارة إلى مصدر الطاقة النشط (عادةً الجهد العالي). عيب حل الدائرة هذا هو أن الحد الأقصى للتيار الذي يستهلكه الحمل صغير ولا يتجاوز الحد الأقصى المسموح به للتيار الأمامي من خلال LED.

أرز. 10.1. مخطط تكرار إمدادات الطاقة الأساسية

أرز. 10.2. مخطط تكرار إمدادات الطاقة باستخدام المصابيح

أرز. 10.3. دائرة إمداد الطاقة لجهاز الأمن

بالإضافة إلى ذلك، ينخفض ​​مؤشر LED حوالي 2 فولت اللازم لتشغيله. يكون مؤشر الضوء غير مستقر عندما يكون فرق جهد الإمداد ضئيلًا.
يظهر الرسم التخطيطي للتكرار التلقائي لمصدر الطاقة للمعدات الحيوية - جهاز الأمان - في الشكل. 10.3. يُظهر الرسم البياني بشكل تقليدي المخطط الرئيسي - مصدر الطاقة الرئيسي. عند خرجه - تحميل RH والمكثف C2 - يتم تشكيل جهد ثابت قدره 12 6 أو أكثر! يتم توصيل البطارية الاحتياطية GB1 بمقاومة الحمل من خلال سلسلة من الثنائيات VD1 و VD2. نظرًا لأن فرق الجهد عبر هذه الثنائيات ضئيل، فلا يتدفق أي تيار عبر الثنائيات إلى الحمل. ومع ذلك، فإنه يستحق إيقاف تشغيل الرئيسي
إلى مصدر جهد الإمداد، عند فتح الثنائيات. وبالتالي يتم توفير الطاقة للحمل دون انقطاع.
يشير LED HL1 إلى الحالة الصالحة للخدمة لمصدر الطاقة الاحتياطية، ولا يسمح الصمام الثنائي VD2 بتشغيل LED من مصدر الطاقة الرئيسي.
يمكن تعديل الدائرة بحيث يشير مؤشرا LED بشكل مستقل إلى حالة تشغيل كلا مصدري الطاقة. للقيام بذلك، يكفي استكمال الدائرة (الشكل 10.3) بعناصر الإشارة.
تم وصف جهاز لتشغيل البطارية الاحتياطية تلقائيًا في براءة اختراع GDR رقم 271600، وتظهر دائرته في الشكل. 10.4.

أرز. 10.4. مخطط الجهاز لتشغيل البطارية الاحتياطية تلقائيًا

في الوضع الأولي (القياسي)، يتدفق التيار من مصدر الطاقة الرئيسي Ea إلى الحمل من خلال مؤشر LED الحالي للحمل. الترانزستور VT1 مفتوح، والترانزستور VT2 مغلق، والبطارية الاحتياطية Eb مفصولة. بمجرد إيقاف تشغيل مصدر الطاقة الرئيسي، سينطفئ مصباح LED HL1، وسيغلق الترانزستور VT1، وبالتالي سيتم فتح الترانزستور VT2. سيتم توصيل بطارية Eb بالحمل.
عيب الجهاز هو أن الحد الأقصى للتيار من خلال الحمل لا يمكن أن يتجاوز الحد الأقصى للتيار المسموح به من خلال مؤشر LED. بالإضافة إلى ذلك، يتم فقدان ما يصل إلى 2 فولت على مؤشر LED نفسه، إذا ضحيت بوظيفة الإشارة واستبدلت مؤشر LED بصمام ثنائي الجرمانيوم المصمم لزيادة التيار، فسيتم إزالة هذا القيد.
للتشغيل العادي لمعرفات المتصل التلقائي للهاتف (ANIs)، يعد ذلك شرطًا ضروريًا
استخدام مصدر الطاقة الاحتياطية. يظهر الرسم التخطيطي لأحدهم في الشكل. 10.5.
عند تشغيل مصدر الطاقة، يتم تنشيط المرحل K1، وهو أيضًا مستشعر تفريغ للبطارية GB1. يتدفق تيار شحن قدره 5...10 مللي أمبير عبر المقاوم R2. عندما يتم إيقاف تشغيل جهد التيار الكهربائي، يتلقى الجهاز الطاقة من البطارية GB1، ومع ذلك، إذا انخفض جهد البطارية إلى أقل من 6.5 فولت، فسيتم إيقاف تشغيل المرحل. ستعمل جهات اتصال التتابع على فتح دائرة الطاقة وبالتالي حماية البطارية من المزيد من التفريغ.

أرز. 10.5. مخطط للتبديل تلقائيًا إلى مصدر طاقة احتياطي لمعرف المتصل

تتكون البطارية من ست خلايا D-0.55. موارده كافية حتى يعمل الهاتف بشكل مستقل لمدة ساعة.
تستخدم الدائرة مرحل RES-64A RS4.569.724.
تم إعداد الجهاز عن طريق اختيار المقاوم R1، الذي يحدد جهد تحرير المرحل K1. ومن خلال اختيار R2، يتم تحديد قيمة تيار الشحن. لتجنب الشحن الزائد للبطارية، يوصى بتقليل تيار الشحن إلى 0.2 مللي أمبير.
يسمح النقل التلقائي لمصدر طاقة الحمل، على سبيل المثال، جهاز استقبال الراديو، إلى طاقة البطارية الاحتياطية عند إيقاف تشغيل مصدر الطاقة الرئيسي، بتنفيذ الجهاز وفقًا للرسم التخطيطي في الشكل. 10.6. تتم الإشارة إلى وضع تشغيل الجهاز من خلال إضاءة LED: اللون الأخضر - التشغيل في الوضع العادي؛ أحمر - في وضع الطوارئ (على البطاريات).
الميزة الخاصة للمؤشر هي أنه عند التشغيل من البطارية، يتم التخلص من تفريغها من خلال مصدر الطاقة الرئيسي المتصل بسبب استخدام الصمام الثنائي في دائرة بوابة ترانزستور التأثير الميداني.
من أجل منع تغذية الحمل من البطارية عند تشغيل الجهاز من مصدر الطاقة، يجب أن يكون جهد الخرج لمصدر الطاقة أعلى بمقدار 0.7...0.8 فولت من جهد البطارية.

أرز. 10.6. مخطط تحويل الحمل التلقائي إلى الطاقة الاحتياطية مع الإشارة

أرز. 10.7. دائرة تبديل الطاقة التلقائية

التطوير الإضافي للجهاز السابق هو مفتاح الطاقة التلقائي (الشكل 10.7). الجهاز مخصص للتثبيت في أي أجهزة محمولة يمكن ارتداؤها (أجهزة الاستقبال والمشغلات ومسجلات الأشرطة) التي تحتوي على مصادر طاقة داخلية. يتيح لك مفتاح الطاقة التلقائي التبديل تلقائيًا من الطاقة الداخلية إلى الطاقة الخارجية والعكس.
في الحالة الأولية، عندما يتم إيقاف تشغيل مصدر الطاقة الخارجي، يتم إلغاء تنشيط المرحل K1، ومن خلال جهات الاتصال المغلقة عادة، يتم توفير الجهد من البطارية GB1 لتحميل RH ومن خلال الصمام الثنائي VD1 إلى الصمام الثنائي السفلي (الأحمر) HL1 في الدائرة. عند توصيل مصدر طاقة خارجي، يتم تنشيط المرحل K1، ويتم ضبط جهات الاتصال الخاصة به K1.1 على أدنى موضع وفقًا للمخطط، ويتم توفير الطاقة للحمل من مصدر خارجي. نظرًا لأن أنود الصمام الثنائي العلوي HL1 (الأخضر) مزود بجهد أعلى بمقدار 2 فولت من أنود الصمام الثنائي السفلي HL1 (أحمر)، فإن مصباح LED ثنائي اللون ثنائي الأنود HL1 يتوهج باللون الأخضر، مما يشير إلى تشغيل التيار الكهربائي. عندما يفشل جهد التيار الكهربائي، يتم إلغاء تنشيط ملف التتابع K1، ويتحول الحمل تلقائيًا إلى التشغيل من البطارية GB1. تتم الإشارة إلى ذلك بواسطة مؤشر HL1، الذي يغير لون التوهج من الأخضر إلى الأحمر. يجب أن يكون الصمام الثنائي VD1 من النوع KD503 أو KD521 أو KD510. يجب أن يكون انخفاض الجهد عبره في الاتصال المباشر 0.7 ب على الأقل - ثم عندما يضيء مؤشر LED الأخضر، لن يضيء المصباح الأحمر.
يقوم المقاوم R2 بتعيين التيار خلال HL1 بما يساوي 20 مللي أمبير. مرحل K1 من النوع RES-15 (جواز سفر RS4.591.005) أو آخر بجهد تشغيل لا يزيد عن 5 فولت. عادةً، يعمل المرحل بجهد أقل بنسبة 30...40% من جهد التشغيل الخاص به.
عند إعداد الجهاز، يتم تحديد المقاوم R1 بحيث يعمل المرحل K1 بشكل موثوق عند جهد 4 فولت. عند استخدام المرحل K1 من الأنواع الأخرى بجهد تشغيل قريب من 4.5 فولت، يمكن التخلص من المقاوم R1.
عندما يتم توفير الطاقة للساعات الإلكترونية الميكانيكية، لوحظ تأثير غير سارة: عندما يتم إيقاف تشغيل التيار الكهربائي، تتوقف الساعة عن العمل.
تعتبر مصادر الطاقة المدمجة أكثر موثوقية وملاءمة للاستخدام - مصادر الطاقة الرئيسية مع بطاريات النيكل والكادميوم D-0.1 أو D-0.125 (الشكل 10.8).
هنا، تؤدي المكثفات C1 وC2 وظيفة عناصر الصابورة التفاعلية التي تعمل على إخماد جهد الشبكة الزائد. يعمل المقاوم R2 على تفريغ المكثفات C1 وC2 عند فصل الجهاز عن الشبكة.
إذا تم إغلاق جهات اتصال المفتاح SA1، فعند وجود نصف موجة سالبة لجهد التيار الكهربائي على السلك العلوي (وفقًا للمخطط)، سيتم فتح الصمام الثنائي VD2، وسيتم شحن المكثفات C1 و C2 من خلاله. مع الموجات النصفية الموجبة، ستبدأ المكثفات في إعادة الشحن، وسوف يتدفق التيار، أولاً وقبل كل شيء، من خلال الصمام الثنائي المفتوح VD3 وستبدأ إعادة شحن البطارية GB1 والمكثف S3. سيكون الجهد الكهربي على البطارية المشحونة بالكامل 1.35 فولت على الأقل، وعلى مصباح HL1 LED - حوالي 2 فولت. لذلك، سيبدأ مؤشر LED في الفتح وبالتالي يحد من تيار شحن البطارية. لذلك، ستكون البطارية دائمًا في حالة مشحونة.

أرز. 10.8. مصدر طاقة مشترك للساعات الإلكترونية والميكانيكية

إذا كان هناك جهد في الشبكة، يتم تشغيل الساعة به خلال نصف الدورات الموجبة، وخلال نصف الدورات السالبة بواسطة الطاقة المخزنة في البطارية GB1 والمكثف SZ. عندما ينقطع التيار الكهربائي، تصبح البطارية مصدر الطاقة.
يتم تشغيل إضاءة القرص عن طريق فتح جهات الاتصال الخاصة بالمفتاح SA1. في هذه الحالة، يتدفق تيار الشحن والتفريغ للمكثفات C1 وC2 عبر خيوط المصابيح EL1 وEL2، وتبدأ في التوهج. ويقوم الآن صمام ثنائي زينر ثنائي الأنود VD1 المغلق سابقًا بوظيفتين: فهو يحد من جهد المصابيح إلى القيمة التي تتوهج عندها مع انخفاض طفيف في الجهد، وإذا احترق فتيل أحد المصابيح، فإنه يمرر الشحنة - تفريغ تيار المكثفات من خلال نفسه مما يمنع تعطيل عمل مصدر الطاقة بشكل عام.
يمكن استبدال صمام ثنائي زينر ثنائي العقدة VD1 من النوع KS213B بثنائيات زينر ثنائية السلسلة D814D، KS213Zh، KS512A. LED HL1 - AL341 مع انخفاض الجهد المباشر عند تيار 10 مللي أمبير - 1.9...2.1 فولت. المصابيح المتوهجة EL1 و EL2 من النوع SMN6.3-20 (للجهد 6.3 فولت والتيار وm/h؛ أو ما شابه ذلك، يجب عزل جسم المحول SA1 بشكل موثوق عن الشبكة.
في مصدر الطاقة لساعة إلكترونية (الشكل 10.9)، يتم قمع الجهد الزائد للتيار الكهربائي بواسطة المقاومات R1 وR2. هذا ليس الحل الأكثر اقتصادا للمشكلة، ولكن مع انخفاض الاستهلاك الحالي له ما يبرره تماما. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم لمس خرج المقوم عن طريق الخطأ، فلن يصل الحد الأقصى للتيار عبر جسم الإنسان إلى قيم خطيرة (لا تزيد عن 4 مللي أمبير)، نظرًا لأن قيمة المقاومات التي تحد من التيار كبيرة جدًا.

أرز. 10.9. دائرة إمداد الطاقة الزائدة للساعات الإلكترونية

من خرج المثبت (تناظرية لصمام ثنائي زينر وفي نفس الوقت مؤشر التشغيل - LED HL1) يتم توفير جهد الإمداد للساعة الإلكترونية من خلال صمام ثنائي الجرمانيوم VD5. في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يتم تشغيل الساعة بواسطة بطارية GB1؛ وإذا كان هناك جهد كهربائي، يقوم تيار المقوم بإعادة شحن البطارية. الدائرة لا تستخدم مكثف مرشح. يتم تنفيذ دور مكثف الفلتر عالي السعة بواسطة البطارية نفسها.
يتم تشغيل الساعات الميكانيكية الإلكترونية عادةً بواسطة خلية كلفانية واحدة بجهد 1.5 فولت. وينتج مصدر الطاقة غير المنقطع المقترح (الشكل 10.10) لساعة ميكانيكية إلكترونية كوارتز جهدًا يبلغ 1.4 فولت مع متوسط ​​حمل تيار يبلغ 1 مللي أمبير . الجهد المزال من مقسم السعة C1 وC2 يصحح العقدة على العناصر VD1، VD2، SZ. بدون تحميل، لا يتجاوز الجهد على المكثف SZ 12 فولت.
الأجهزة التي تمت مناقشتها مسبقًا للتبديل تلقائيًا إلى الطاقة الاحتياطية في حالة فشل المصدر الرئيسي تستخدم مصدر تيار مباشر كمصدر أساسي (رئيسي). الأقل شهرة هي مخططات التكرار للأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد. يظهر أدناه رسم تخطيطي لواحد منهم قادر على العمل في دوائر التيار المباشر والمتناوب.

أرز. 10.10. دائرة إمداد الطاقة غير المنقطعة ذات الجهد المنخفض

أرز. 10.11. مخطط الدائرة لتوصيل مصدر طاقة احتياطية بعزل كلفاني

يتم تشغيل دائرة تشغيل مصدر طاقة احتياطي مع عزل كلفاني (IR/7) بواسطة مصدر إشارة التحكم (الشكل 10.11)، مع استهلاك الحد الأدنى من التيار (كسور مللي أمبير). يتم توفير إشارة التحكم إلى مقسم المقاومة R1، R2. يعمل الصمام الثنائي Zener VD6 والثنائيات VD1 - VD5 على حماية مدخلات الجهاز من الجهد الزائد والاتصال القطبي غير الصحيح. تم تعطيل IR/7 بواسطة جهات اتصال التتابع K1.1. يتم توصيل الجهد المزال من المقاوم R2 وصمام الزينر VD6 من خلال الصمام الثنائي VD5 إلى المكثف الإلكتروليتي عالي السعة C1. عند تشغيل الجهاز لأول مرة، يتم شحن هذا المكثف إلى 9...10 فولت خلال 2...3 دقائق، وبعد ذلك تصبح الدائرة جاهزة للتشغيل. يتم تحديد سرعة الشحن والتيار الذي يستهلكه الجهاز بواسطة المقاوم R1. يتم إغلاق الترانزستور VT1 بسبب انخفاض الجهد عبر VD5.

من خلال الصمام الثنائي VD7 والمقاوم R4، يتم توصيل الجهاز بـ IR/7.
عندما يتم إيقاف تشغيل جهد التحكم، لم يعد يتم تجاوز تقاطع قاعدة الباعث لترانزستور إدخال الجهاز. الترانزستورات VT1 و VT2 مفتوحة. يتم تفريغ المكثف C1 من خلال المرحل K1 والترانزستور VT2. اتصالات K1.1 من إغلاق التتابع، بما في ذلك IRP. الطاقة إلى الدائرة تأتي من IRP. وفي الوقت نفسه، يمكن لجهات اتصال التتابع K1.2 التحكم في حمل آخر. إذا ظهر جهد التحكم مرة أخرى عند مدخل الجهاز، فسيتم إيقاف تشغيل الترانزستور VT1. وفقا لذلك، يتم قفل الترانزستور VT2 أيضا. يتم إلغاء تنشيط Relay K1، مما يؤدي إلى إيقاف تشغيل K1.1 IRP مع جهات الاتصال الخاصة به. يبقى الجهد على المكثف C1 عند 9...10 B، وتنتقل الدائرة إلى وضع الاستعداد.

يعتمد مخطط الدائرة لجهاز التبديل التلقائي الموضح هنا على الدائرة المتكاملة LTC4412 من Linear Technologies. يمكن استخدام هذه الدائرة لتبديل الحمل تلقائيًا بين البطارية ومحول التيار المتردد (مصدر الطاقة). يقوم LTC4412 بتشغيل MOSFET خارجي على قناة P لإنشاء نوع من الصمام الثنائي Schottky الذي يعمل كمفتاح طاقة لمشاركة التحميل. وهذا يجعل LT4412 بديلاً مثاليًا لمصادر الطاقة. يمكن التحكم في مجموعة واسعة من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) باستخدام دائرة متكاملة، وهذا يعطي مرونة أكبر من حيث اختيار تيار الحمل.

مخطط دائرة تبديل الطاقة

يحتوي LT4412 أيضًا على مجموعة من الميزات الجيدة مثل الحماية من الحمل الزائد للبطارية والتحكم اليدوي وحماية بوابة الترانزستور وغيرها. الاستهلاك الحالي للدائرة هو 11 ميكرو أمبير فقط. يمنع الصمام الثنائي D1 تدفق التيار مرة أخرى إلى محول التيار المتردد في حالة عدم وجود طاقة رئيسية. المكثف C1 هو مكثف مرشح الإخراج. يسمى الطرف 4 من IC بدبوس الحالة. لا تظهر بعض وظائف الدائرة الدقيقة في الرسم التخطيطي.

لا ينصح بالتعامل مع الترانزستور FDN306P عند استخدامه بيديك؛ غالبًا ما تفشل الترانزستورات ذات التأثير الميداني على وجه التحديد بسبب الجهد الثابت الموجود على جسم كل شخص. عند لحامها على لوحة دوائر مطبوعة، سيكون من الجيد أن تقوم بتأريض نفسك بسوار خاص وتأريض مكواة اللحام نفسها، ولكن إذا كنت تستخدم محطة لحام، فلن تحتاج إلى القيام بذلك. فيما يلي المعلمات الرئيسية لترانزستور التأثير الميداني (من ورقة البيانات):

• 1) الحد الأقصى للتيار طويل المدى هو 2.6A؛
• 2) أقصى جهد VDSS 12 فولت؛
• 3) سرعة التبديل السريعة.
• 4) تكنولوجيا عالية الأداء.

تتراوح درجة حرارة تشغيل الترانزستور من -55 إلى +150 درجة مئوية. تتراوح درجة حرارة تشغيل الدائرة الدقيقة من -40 إلى +80، ودرجة حرارة اللحام 300 درجة، لمدة لا تزيد عن 10 ثوانٍ. يمكن رؤية pinout في ورقة البيانات على الرابط أعلاه أو في الصورة.

• 1) تجميع الدائرة على لوحة دوائر مطبوعة عالية الجودة؛
• 2) يمكن أن يكون جهد الإدخال للمحول من 3 إلى 28 فولت ؛
• 3) يمكن أن يتراوح جهد البطارية من 2.5 فولت إلى 28 فولت ؛
• 4) لا تقم بتوصيل الحمل الذي يستهلك أكثر من 2A؛
• 5) D1 (1N5819) - صمام ثنائي شوتكي، مصنف عند 1A؛
• 6) Q1 (FDN306P) - ترانزستور MOSFET P-channel.

تطبيق هذه الدائرة هو مصادر طاقة احتياطية مختلفة حيث تكون هناك حاجة إلى الكفاءة والاستقرار.

الالكترونيات للمبتدئين

مقدمة

تم النظر في صياغة مشكلة تطوير مصدر طاقة احتياطي منخفض الطاقة بقوة 60 واط مع خرج جيبي لمضخة الدوران لنظام التدفئة. تم اختيار مفهوم تنفيذ هذا الجهاز. تتناول هذه المقالة تطور الدائرة الكهربائية للجهاز، مع إجراء الحسابات اللازمة لاختيار تقديرات المكونات المتضمنة في الجهاز.

مسلحين بـ CAD والكتب المدرسية والمسودات وقلم الرصاص وGOOGLE، فلنبدأ في التصميم. لنبدأ بشيء بسيط - نظام الطاقة بالجهاز.

تقديم الطعام

لتشغيل عناصر الدائرة، نحتاج إلى ثلاثة أنواع من نواقل الجهد الثابت 12، 5، و 3.3 فولت.

الحافلة ذات الجهد الاثني عشر فولت هي الحافلة الرئيسية. إنه يوفر الطاقة للجسر الذي يضخ التيار إلى الملف ذو الجهد المنخفض لمحول الشبكة الخطية. منه نقوم بتشغيل محركات الترانزستورات الموجودة في الجسر. سيتم أيضًا تشغيل مرحلات تبديل الشبكة من هذه الحافلة.

يلزم وجود ناقل بجهد 5 فولت لتشغيل الدائرة الدقيقة الحالية ACS712، ورقاقة المنطق، وشاشة LCD ذات الأحرف، وما إلى ذلك.

سوف يقوم الناقل ذو الجهد الثلاثة فولت بتشغيل "أدمغة" الجهاز - STM32F100C8T6B MK.

استطراد غنائي

من أجل الوضوح، تم رسم أجزاء من المخطط في Proteuse v 7.7. لا تحتوي مكتباتها على جميع المكونات المستخدمة، لذلك يتم استبدال بعض المكونات بنظيراتها. سيكون الرسم التخطيطي النهائي الكامل بتنسيق Dip Trace CAD. مع جميع المكونات المعتمدة. لكن ذلك في المقالة التالية.

ولد المخطط التالي:

الصورة قابلة للنقر.

يتم تنظيم محركات الحافلات 5 و3.3 فولت على مثبتات LDO بنسبة 1% من النوع NCP1117STxx. يتم أخذ مصدر الطاقة التناظري لوحدة ADC من ناقل 3.3 فولت من خلال المكثفات الحثية والتنعيم والحجب. وستكون الأراضي التناظرية أيضًا تستحق التقسيم. ولكن هذا ليس هو الحال في هذه الدائرة، لأن القياسات ليست حرجة، والخطأ في بضعة أرقام لن يؤدي إلى "اضطراب" الجهاز. دعونا نطبق مرشحًا برمجيًا - المتوسط ​​المتحرك - وربما نحقق خطأً برقم واحد.

القياس الحالي وحماية الزائد

مستشعر التيار ACS712ELCTR-05B-T عبارة عن دائرة متكاملة. يحدث الكشف الحالي باستخدام تأثير هول. يسمح هذا المستشعر لـ MK بقياس التيار الأمامي والخلفي. بقية الخصائص تجدونها في ملف pdf. خرج المستشعر تناظري. نقطة المنتصف المقابلة لصفر التيار = 2.5 فولت. كسب 185 مللي فولت لكل 1 أمبير. على الرغم من أن المستشعر يكتشف تيارات كبيرة، إلا أن الخطية فقط هي التي يتم تشويهها وتتشبع عند تيار معين. لذلك، لمطابقة خرج المستشعر مع MK، سنقوم بتثبيت مقسم الجهد. ودعونا نقسم المقياس إلى النصف. قدرة MK ADC كافية للحصول على دقة مقبولة.

للحماية السريعة ضد الحمل الزائد أو ماس كهربائى في الملف ذو الجهد المنخفض للمحول الخطي، نقوم بتثبيت تحويلة التيار. سنقوم بتضخيم الإشارة من التحويلة باستخدام مضخم تشغيلي وباستخدام جهاز مقارنة سنقوم بتجميع دائرة مقارنة بمزلاج. سنقوم بإدخال بيانات التحميل الزائد في MK، ونغلقها أيضًا بناءً على هذه الإشارة. الجميعمفاتيح الجسر.

يتم عرض مقطع فيديو قصير يحاكي تشغيل الحماية الحالية أدناه.

جزء الطاقة

يظهر جزء الطاقة من RIP في الشكل.

الصورة قابلة للنقر.

"يعتمد" جسر الترانزستور على تحويلة التيار لتوفير حماية سريعة المفعول. يتم تغذية خرج الجسر من خلال مرشح LC، المصمم لتردد قطع يبلغ ~ 1 كيلو هرتز، إلى ملف الجهد المنخفض للمحول. يجدر الحديث عن المرشح والمحول بمزيد من التفصيل.

تم إجراء حساب المرشح في برنامج "RL Calculator" مع رابط لما يسمى بالإيقاف. لا أستطيع العثور على الموقع بعد الآن. ولهذا السبب قمت بنشر الأرشيف بالآلة الحاسبة هنا. هنا لقطة من الحساب.

إن الحث الناتج البالغ 10 ملي هنري مثير للإعجاب للغاية. ولكن تبين أن القدرة لائقة. وبما أن لدينا خرجًا متغيرًا من الفلتر، فلا يمكننا استخدام مكثف قطبي. لقد وضعت مكثفين سيراميكيين على التوازي في الدائرة - 4.7 μF، X7R، 25V (1206).

تم حساب الخانق باستخدام البيانات المستلمة باستخدام برنامج Coil32. هنا رابط للأرشيف مع البرنامج. لقد اخترت حلقة من الفريت لمثل هذا الاختناق بالمعلمات التالية: Ring N87 R25x15x10. فيما يلي لقطة شاشة للحساب في البرنامج.

لقد تم الحصول على 70 لفة من الأسلاك بقطر 1 مم لتوفير الحث المطلوب. مقبول تمامًا لللف اليدوي.

وقع اختيار المحول على محول حلقي من النوع TTP-60 بجهد ثانوي 9 فولت. الحساب بسيط. الجهد المتردد 9 فولت يعطي سعة 12.7 فولت. يبلغ جهد البطارية المشحونة حوالي 13 فولت. لذا يمكننا الحصول على 220 فولت تقريبًا عند الخرج. بالطبع لا يكفي شحن البطارية. لذلك هناك اقتراح بلف الثانوية بمقدار 5-6 دورات. أي أنه تبين أنه ملف ذو جهد منخفض بنقرة. نقوم بإزالة الجهد المتزايد من الأطراف الخارجية للملف لشحن البطارية أثناء التشغيل من الشبكة. ونقوم بتزويد الجهد من الجسر إلى الأطراف الخارجية والمتوسطة عندما نعمل من البطارية. من خلال الجهد المأخوذ من الأطراف القصوى للملف، نحكم على الجهد الكهربي في الملف عالي الجهد أثناء التشغيل من البطارية، وردود الفعل للتعديل.

يتم التحكم في ترانزستورات الجسر من MK من خلال برامج تشغيل نصف الجسر IRS2101S. تتم إدارة المفاتيح العلوية باستخدام مخطط التمهيد. يتم التحكم في ترانزستور الشحن ذو القناة P بواسطة مفتاح ثنائي القطب تقليدي. يحتوي خنق الشحن المتجانس على نفس الأبعاد وقيم التصميم مثل الاختناق الموجود في مرشح LC بعد الجسر.

كشف وجود الشبكة والتبديل

للكشف عن الشبكة، يتم استخدام دائرة إمداد الطاقة بمكثف. يتم توفير الجهد إلى optocoupler. نحن نقود مخرجات optocoupler إلى MK للتحكم في وجود الشبكة. يظهر الرسم البياني أدناه.

الصورة قابلة للنقر.

يتم توفير جهد التيار الكهربائي إلى مصباح LED optocoupler من خلال مكثف التخميد والثنائيات وصمام الثنائي زينر ومكثفات التنعيم ومقاوم يحد من التيار. الخروج يذهب إلى عضو الكنيست.

يتم التحكم في المرحلات التي تحول الشبكة إلى الحمل من MK.

يتم تنفيذ الحماية الحالية على المرجع أمبير والمقارنة. يتم تقسيم خرج المقارنة إلى ترانزستورين. واحد لإدخال إشارة في MK، والثاني للإغلاق الجميعترانزستورات الجسر.

يوضح الشكل أدناه مخططات اتصال السائق للجسر.

الصورة قابلة للنقر.

كل شيء قياسي، وفقًا لورقة البيانات الخاصة ببرنامج تشغيل IRS2101S.

دائرة توليد نبضات الجسر

من أجل عدم تحميل عضو الكنيست بعمل عديم الفائدة، يتم تجميع توليد إشارات نبض الجسر باستخدام المنطق I، حيث يلزم وجود ثلاث إشارات من عضو الكنيست. واحد PWM جيبي لكل فترة، بالإضافة إلى إشارتين منفصلتين، نصف الموجة الأولى والثانية. يظهر تنفيذ هذا النهج في الشكل.

الصورة قابلة للنقر.

يتم إدخال التيار الزائد في MK وتكراره بواسطة LED. يتم التحكم في ترانزستور الشحن P-channel بواسطة ترانزستور NPN ثنائي القطب.

منطق الجسر سيكون على النحو التالي. سيتم تعديل 20 كيلو هرتز PWM بواسطة جدول جيبي مكون من 400 قيمة. سيتم تنظيم نقل القيم إلى سجل PWM من خلال DMA. بعد تحميل نصف المخزن المؤقت، أي 200 قيمة، ونصف دورة واحدة، سيطلق DMA مقاطعة، حيث سيتم عكس إشارات MCU_P_1 وMCU_P_2 بشكل متبادل. بعد تحميل المخزن المؤقت بأكمله، سيتم عكس إشارات MCU_P_1 وMCU_P_2 بشكل عكسي في مقاطعة DMA. ثم في الوضع الدوري. سيتم توفير مستوى نصف موجة ثابت للترانزستور العلوي للذراع، وPWM جيبي للمفتاح السفلي للذراع المعاكس. نصف الدورة التالية هي زوج آخر من الترانزستورات.

أثناء التحميل الزائد الحالي، سيوفر ترانزستور NPN Q7 مستوى منخفضًا عند الإدخال المنطقي، والذي سيؤدي بدوره إلى مستوى منخفض عند الإخراج المنطقي، ونتيجة لذلك، يتم إيقاف تشغيل جميع ترانزستورات الجسر.

منصة الأجهزة

سوف يقوم الناقل ذو الجهد الثلاثة فولت بتشغيل "أدمغة" الجهاز - STM32F100C8T6B MK.

كما ذكر أعلاه، سيكون MK من عائلة ST STM32. ما الذي يحدد هذا الاختيار؟

• MK لديه تكلفة منخفضة. تتمتع النظائر من حيث الإمكانيات من ATMEL أو PIC بأسعار أعلى، مع سعة بت تصل إلى 8 بت.
• توفر وحدة تحكم ADC وDAC وDMA 12 بت على اللوحة.
• سعة النواة 32 بت.
• زيادة سعة ذاكرة البرامج والبيانات.

باختصار، إنه يفوز في كثير من النواحي.

للإشارة إلى تشغيل الجهاز وإخراج البيانات الضرورية، ستستخدم الدائرة شاشة LCD لتركيب الأحرف مع وحدة التحكم KS0066 (HD44780). هناك الكثير من المكتبات للعمل مع مثل هذا العرض على RuNet.

مخطط الاتصال بين الشاشة ووحدة التحكم كما يلي.

الصورة قابلة للنقر.

الاتصال مباشر. ترتبط منافذ MK مباشرة بالشاشة. لم يتم إقران منطق 3 فولت و5 فولت. قد تنشأ مشاكل هنا، وسيتعين عليك تكوين مخرجات MK كمخرجات مجمعة مفتوحة، وسحب الخطوط إلى 5 فولت، واستخدام مخرجات MK نفسها المتسامحة مع 5 فولت. كما يقولون، ستخبرنا الحياة، ولكن عند تطوير لوحة الدوائر المطبوعة، من الضروري تضمين هذا "التحديث".

الأزرار المخصصة مطلوبة للتنقل عبر القوائم والخيارات المعروضة على الشاشة.

حسابات إضافية

لحساب مكثف التمهيد، سوف نستخدم الطريقة المقترحة في هذه المقالة. يوجد في نهاية الوصف مثال لحساب السعة المطلوبة لمكثف التمهيد. لنأخذها كأساس ونعيد حسابها لواقعنا.

دعونا نقرر معلمات المخطط:

• V IN، MAX = 15V الحد الأقصى لجهد الإدخال،
• V DRV = جهد إمداد المحرك 12 فولت وسعة إشارة التحكم،
• DV BST = 0.5V تموج الجهد على المكثف C BST في حالة مستقرة،
• DV BST,MAX = الحد الأقصى لانخفاض الجهد 3V عبر C BST قبل تنشيط دائرة حماية الجهد المنخفض أو تصبح سعة إشارة التحكم غير كافية،
• f DRV = تردد تحويل 100 هرتز، نظرًا لأن المكثف يعمل في فترة زمنية تبلغ 10 مللي ثانية،
• D MAX = دورة عمل قصوى واحدة عند الحد الأدنى من جهد الإدخال.

خصائص المكونات المستخدمة:

• QG = 24 nC إجمالي شحن التبديل IRLZ44ZS عند V DRV = 5V وV DS = 44V،
• R GS = قيمة 10K للمقاوم R GS،
• I R = 10uA تيار التسرب من الصمام الثنائي D BST عند أقصى جهد دخل ودرجة حرارة الوصلة TJ = 80 درجة مئوية،
• V F = انخفاض الجهد بمقدار 0.6 فولت عبر الصمام الثنائي D BST عند التيار 0.1 أمبير ودرجة حرارة الوصلة TJ = 80 درجة مئوية،
• I LK = تيار تسرب 0.13 مللي أمبير لدائرة تغيير المستوى عند أقصى جهد دخل ودرجة حرارة كريستالية TJ = 100 درجة مئوية،
• I QBS = 1mA الحالي الذي يستهلكه برنامج التشغيل ذو المستوى العلوي.

نختار القيمة المحسوبة من السلسلة القياسية. لنأخذ مكثفًا من نوع التنتالوم لتقليل تيار التسرب للمكثف نفسه. المجموع هو 47 ميكروفاراد × 25 فولت، النوع د.

دعونا نحسب تيار الشحن للمكثف، وبالتالي اختيار الصمام الثنائي.

لذا فإن الصمام الثنائي المصمم لتيار أمامي قدره 1 A سوف يتعامل مع هذه المهمة.

خاتمة

في هذه المقالة، قمنا بتطوير دائرة كهربائية لـ RIP. الآن دعونا نجمع كل قطع الدائرة معًا. واستنادا إلى المخطط المعتمد بالفعل، سنقوم بتطوير طوبولوجيا لوحة الدوائر المطبوعة. سأقدم تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة ومخططًا كهربائيًا عامًا مع مواصفات المكونات في المقالة التالية.

سأصف تنفيذ البرنامج لوظيفة الجهاز في مقالة منفصلة. هناك فكرة لتنفيذ العديد من الحلول المثيرة للاهتمام في البرنامج، على سبيل المثال، التحكم PID في جهد الخرج عند التشغيل من البطارية.

الخاتمة

أردت من خلال هذه المقالة تقديم حلول تخطيطية للجمهور ولهواة الراديو ذوي الخبرة وغير الهواة أيضًا. ربما يجد القارئ اليقظ بعض الأخطاء الفادحة في تصميم الدائرة أو يقترح تصميمًا أكثر صحة للمكونات الفردية. ابحث عن حل أبسط للمكونات، أو قم بإضافة حلول دوائر إضافية لتحسين الموثوقية.

الجزء 2: صنع جهاز تحكم بسيط لبطارية الرصاص الحمضية.

لنبدأ بتحديد معلمات وحدة التحكم.

وبما أن هناك حاجة إلى نسخة بسيطة إلى حد ما من وحدة التحكم بالشحن/التفريغ، لم تكن هناك متطلبات جدية للمعلمات.

1. من الضروري حماية البطارية من الشحن الزائد. في حالتي، التيار من المشروع المشترك لا يتجاوز 1.4A، لذلك ليست هناك حاجة للحد منه. لكن الجهد النهائي أثناء الشحن يجب أن يكون محدودًا نظرًا لحقيقة أن SP يمكن أن ينتج ما يصل إلى 20 فولت (انظر الحسابات أعلاه).

2. يجب حمايته من التفريغ. على سبيل المثال، قم بإيقاف تشغيل الحمل بالكامل عندما ينخفض ​​الجهد الكهربائي عليه إلى المستوى الذي حددناه.

3. اصنع شاشة LED للوضوح.

للحد من جهد الشحن النهائي، استخدمت التضمين القياسي لمثبت الجهد LM317، والذي يحد الجهد إلى 13.6 فولت.

للتخلص من إمكانية تفريغ البطارية، سنستخدم مضخم التشغيل LM358، الذي سيراقب الجهد الكهربي على بطاريتنا، وعندما ينخفض ​​إلى 10 فولت، نقوم بإيقاف تشغيل الحمل بالكامل.

بالإضافة إلى ذلك، LM358 هو مضخم تشغيلي "مزدوج"، لذلك سنقوم أيضًا بتنفيذ مؤشر LED على هذه الشريحة.

لفترة وجيزة وفقا للمخطط. KN1 - زر بدون تثبيت، هو مشغل لتشغيل الحمل (على سبيل المثال، الإضاءة الاحتياطية). KN2 - فصل الحمل القسري. يجب أن يكون للمرحل جهد إمداد يبلغ 12 فولت. يتم تحديد تيار التتابع بناءً على الحمل.

يتمثل تشغيل الدائرة في مراقبة جهد البطارية بواسطة الدائرة الدقيقة، وعندما ينخفض ​​الجهد إلى المستوى الذي حددته مقاومة التشذيب، يختفي الجهد عند الطرف 1 من الدائرة الدقيقة لتشغيل المرحل ويتم إيقاف تشغيل المرحل . في هذه الحالة، يتم إلغاء تنشيط الدائرة بأكملها، أي يتم إيقاف الحمل.

لكن الجزء الثاني من الدائرة الدقيقة المسؤولة عن الشاشة يعمل في الاتجاه المعاكس. عندما يتم تقليل الجهد إلى المستوى المحدد بواسطة المقاوم التشذيب الثاني، يظهر تيار عند الطرف 7، وبالتالي يضيء مؤشر LED.

يتم تحديد إعداد الدائرة من خلال ضبط جهد الاستجابة.

للقيام بذلك، نحن بحاجة إلى مصدر طاقة مع التحكم في الجهد المتغير باستمرار.

نقوم بتوصيل مصدر الطاقة بـ "مدخل 12-15 فولت من البطارية" (محاكاة البطارية) ونزود بجهد 12 فولت. بعد ذلك، اضغط على KH1 واستمع إلى كيفية عمل المرحل.

قم بتقليل جهد الإمداد بسلاسة إلى 10 فولت. ثم نقوم بتدوير مقاوم الضبط على الدبوس الثالث للدائرة الدقيقة ونتأكد من إيقاف تشغيل الدائرة. وبالتالي، عندما يتم تفريغ البطارية إلى 10 فولت، ستتوقف دائرتنا عن العمل وتحمي البطارية من التفريغ العميق.

قمنا بضبط جهد استجابة LED بنفس الطريقة. يجب أن تضيء عند 11 فولت على مصدر الطاقة.

نتيجة لذلك: عندما ينخفض ​​الجهد إلى 11 فولت، يتم تشغيل مؤشر LED، مما يشير إلى الإغلاق الوشيك للدائرة بأكملها. وإذا انخفض الجهد على بطارية 10 فولت، فسوف تنطفئ الدائرة بأكملها.

يتم وضع لوحات الدوائر المطبوعة في مكانها، وباستخدام طريقة LUT، يتم حفرها في كلوريد الحديديك.

وحدة تحديد جهد الشحن.

وحدة التحكم في تفريغ البطارية.

لقد استخدمت صندوقًا من قرص مضغوط قديم كغطاء لوحدة التحكم.

أثناء التشغيل، كنت بحاجة إلى إشارة إضافية لتيار الشحن، واستهلاك الحمل الحالي وجهد البطارية. للقيام بذلك، طلبت مؤشرات جاهزة من ALI وربطتها بالدوائر المناسبة.

يقوم مخطط الدائرة الموضح في الشكل بتوصيل البطارية الاحتياطية تلقائيًا بالحمل ويفصلها عند إمداد الطاقة من مصدر الطاقة الرئيسي. تعتمد الدائرة على تقنية LTC4412 IC الخاصة بالتقنية الخطية، والتي تقوم بتشغيل ترانزستور MOSFET خارجي. يتم استخدام الترانزستور الموجود في الدائرة كصمام ثنائي مثالي، حيث لا يزيد انخفاض الجهد عبره عن 20 مللي فولت. يبلغ انخفاض الجهد عبر صمام ثنائي شوتكي عند توصيله مباشرة 0.2-0.4 فولت ، وبالنسبة لثنائيات السيليكون التقليدية ، على سبيل المثال ، تبلغ هذه القيمة حوالي 0.6-0.7 فولت.

يمكن أن يكون جهد الإدخال في حدود 3 إلى 28 فولت، جهد البطارية من 2.5 إلى 28 فولت. الحد الأقصى للحمل الحالي لا يزيد عن 2A. لا يزيد الاستهلاك الحالي لشريحة LTC4412 عن 11 ميكرو أمبير.

• مقالات مماثلة

20.09.2014

تمثل موجات الراديو المنبعثة من الهوائي المجالات الكهرومغناطيسية والمغناطيسية. وتبلغ سرعة انتشار الموجات الراديوية في الفضاء 300 ألف كيلومتر في الثانية. يرتبط الطول الموجي  (m) والتردد f (MHz) بنسبة: =300/f. هذه النسبة مناسبة للممارسة، لذلك تعمل محطات البث في النطاقات التالية: الكيلومتر - 30...300 كيلو هرتز هيتاميتر - 300 كيلو هرتز...3 ميجا هرتز ديكاميتر - 3...30 ميجا هرتز متر - ...

28.09.2014

يوضح الشكل مولدًا يعتمد على الدائرة الدقيقة K174XA11، والتي يتم التحكم في ترددها عن طريق الجهد. وبتغيير السعة C1 من 560 إلى 4700 pF يمكن الحصول على نطاق واسع من الترددات، بينما يتم ضبط التردد عن طريق تغيير المقاومة R4. على سبيل المثال، اكتشف المؤلف أنه مع C1 = 560pF، يمكن تغيير تردد المولد باستخدام R4 من 600 هرتز إلى 200 كيلو هرتز، ...

04.10.2014

بطاريات الرصاص الحمضية المختومة هي الأرخص المتوفرة حاليًا. يكون الإلكتروليت الموجود فيها على شكل هلام، وبالتالي فإن البطاريات تسمح بالعمل في أي موضع مكاني ولا تنتج أي أبخرة ضارة. تتميز بمتانة كبيرة في حالة عدم السماح بالتفريغ العميق. من الناحية النظرية، فإنهم ليسوا خائفين من الشحن الزائد، ولكن لا ينبغي إساءة استخدام هذا. جارٍ إعادة الشحن...