Система резервного электропитания дома

Принципиальная схема устройства автоматического переключения, показанная здесь, построена на интегральной микросхеме LTC4412 от Linear Technologies. Эта схема может быть использована для автоматического переключения нагрузки между батареей и сетевым адаптером (блоком питания). Микросхема LTC4412 управляет внешним P-канальным MOSFET транзистором, чтобы создать подобие диода Шоттки, функционируещего как выключатель питания для распределения нагрузки. Это делает LT4412 идеальной заменой в источниках питания. Широкий спектр МОП полевых транзисторов может управляться с помощью интегральной микросхемы, и это дает большую гибкость в плане выбора тока нагрузки.

Принципиальная схема переключателя питания

LT4412 также имеет кучу хороших функций, таких как защита аккумулятора от переплюсовки, ручное управление, защита затвора в транзисторе и другие. Собственный ток потребления схемы составляет всего 11 мкA. Диод D1 предотвращает обратное протекание тока к сетевому адаптеру, когда нет питающей сети. Конденсатор С1 – конденсатор выходного фильтра. Вывод 4 интегральной микросхемы называется выводом состояния. Некоторых функций микросхемы не показано на схеме.

Транзистор FDN306P не рекомендуется при использовании брать руками, полевые транзисторы очень часто выходят из строя именно по причине статического напряжения, которое есть на теле каждого человека. При пайке его на печатную плату было бы не плохо заземлить себя специальном браслетом, и заземлить сам паяльник, но если используете паяльную станцию, этого делать не надо. Основные параметры полевого транзистора таковы (из даташита):

1) Максимальный долговременный ток-2.6А;
2) Максимальное напряжение VDSS 12В;
3) Быстрая скорость переключения;
4) Высокая производительность технологии;

Рабочая температура транзистора составляет от -55 до +150 градусов Цельсия. Рабочая температуры микросхемы от -40 до +80, температура при пайке составляет 300 градусов, в течении не более 10 секунд. Распиновку выводов можно увидеть в даташите по ссылке выше или на картинке.

1) Схему собирайте на печатной плате высокого качества;
2) Входное напряжение адаптера может быть от 3 до 28В;
3) Напряжение батареи может лежать в пределах от 2.5V к 28V;
4) Не подключайте нагрузку, которая потребляют более 2А;
5) D1 (1N5819) -диод Шоттки, ращитаный на 1А;
6) Q1 (FDN306P) – P-канальный MOSFET транзистор.

Применение данной схемы – различные источники резервного питания, где нужна экономичность и стабильность.

Часть 2. Изготовление простого контроллера для свинцово-кислотного аккумулятора.

Начнем с определения параметров контроллера.

Так как, был нужен достаточно простой вариант контроллера заряда/разряда, то и серьезных требований к параметрам не предъявлялось.

1. Нужно защитить аккумулятор от перезаряда. В моем случае ток с СП не превышает 1,4а, поэтому не требуется его ограничивать. А вот конечное напряжение при зарядке нужно ограничить в связи с тем, что СП может давать до 20в (см. расчеты выше).

2. Нужно защитить от разряда. Например, отключать всю нагрузку, когда напряжение на нем снизится до выставленного нами уровня.

3. Сделать светодиодную индикацию для наглядности.

Для ограничения конечного напряжения зарядки я использовал стандартное включение стабилизатора напряжения LM317, который ограничивает напряжение до 13,6в.

Для исключения возможности разряда аккумулятора воспользуемся операционным усилителем LM358, который будет отслеживать напряжение на нашем аккумуляторе и, при снижении его до 10в, отключать всю нагрузку.

Кроме того, LM358 является «сдвоенным» операционным усилителем, поэтому и индикацию на светодиоде мы также реализуем на этой микросхеме.

Кратко по схеме. КН1 – кнопка без фиксации, является запуском для включения нагрузки (например резервного освещения). КН2 – принудительное отключение нагрузки. Реле должно быть с напряжением питания 12в. Ток реле выбирается исходя из нагрузки.

Работа схемы заключается в отслеживании напряжения на аккумуляторе микросхемой и, при снижении напряжения до уровня, настроенного подстроечным резистором, на выводе 1 микросхемы исчезает напряжение для питания реле и реле отключается. При этом обесточивается вся схема, то есть отключается нагрузка.

А вот вторая часть микросхемы, отвечающая за индикацию, работает наоборот. При снижении напряжения до настроенного уровня вторым подстроечным резистором, на выводе 7 появляется ток и, соответственно, загорается светодиод.

Наладка схемы сводится к установке напряжений срабатывания.

Для этого нам понадобиться блок питания с плавной регулировкой напряжения.

БП мы подключаем ко «входу 12-15в с аккумулятора» (имитируем аккумулятор) и подаем напряжение 12в. Далее нажимаем КН1 и слышим как сработало реле.

Плавно снижаем напряжение питания до 10в. После вращаем подстроечный резистор на 3-ем выводе микросхемы и добиваемся отключения схемы. Таким образом, при разрядке аккумулятора до 10в, наша схема сама отключится и защитит аккумулятор от глубокого разряда.

Аналогично настраиваем напряжение срабатывания светодиода. Он должен загораться при 11в на БП.

В итоге: при падении напряжения до 11в, включается светодиод, сообщающий о скором отключении всей схемы. А при падении напряжения на аккумуляторе 10в вся схема отключится.

Печатные платы разведены в lay и, при использования метода ЛУТ, протравлены в хлорном железе.

Блок ограничения напряжения заряда.

Блок контроля разряда аккумулятора.

В качестве корпуса для контроллера я использовал короб от старого CD-ROM.

В процессе эксплуатации, мне понадобилась дополнительная индикация тока зарядки, тока потребления нагрузкой и напряжения на аккумуляторе. Для этого я заказал уже готовые индикаторы на «АЛИ» и подключил в соответствующие цепи.

В данной статье мы рассмотрим, как создать резервный аккумуляторный источник питания для небольших электронных устройств, чтобы на них никогда не пропадало питание.

Существует множество электронных устройств, на которые должно подаваться питание постоянно и без перебоев. Хорошим примером таких устройств являются будильники. Если посреди ночи питание пропадет, и будильник вовремя не сработает, вы можете пропустить важную встречу. Самым простым решением этой проблемы является резервная аккумуляторная система питания. Таким образом, если питание от внешнего источника падает ниже определенного порогового значения, аккумуляторы автоматически нагрузку на себя и продолжают всё питать, пока не восстановится внешнее питание.

Компоненты

источник питания постоянного тока;
аккумуляторы;
батарейный отсек;
стабилизатор напряжения (необязательно);
резистор 1 кОм;
2 диода (с допустимым прямым током, превышающим ток от источника питания);
разъем «папа» для постоянного напряжения;
разъем «мама» для постоянного напряжения.

Принципиальная схема

Существует множество различных видов аккумуляторных систем резервного питания, и выбор типа системы в значительной степени зависит от того, что именно вы питаете. Для данного проекта я разработал простую схему, которую можно использовать для питания маломощной электроники, которая работает от 12 вольт или ниже.

Во-первых, нам нужен источник питания постоянного тока. Такие источники очень распространены и бывают различных напряжений и номинальных токов. Блок питания подключается к схеме через разъем питания постоянного тока. Затем он подключается к блокирующему диоду. Блокирующий диод предотвращает протекание тока из резервной аккумуляторной системы обратно в источник питания. Далее, через резистор и еще один диод подключается аккумуляторная батарея. Резистор позволяет батарее медленно заряжаться от источника питания, а диод обеспечивает низкое сопротивление пути протекания тока между батареей и конечной схемой, таким образом, аккумулятор может питать конечную схему, если выходное напряжение источника питания упадет слишком низко. Если схема, которую вы питаете, требует стабилизированный источник питания, то вы можете просто добавить в конце стабилизатор напряжения.

Если вы питаете Arduino или аналогичный микроконтроллер, то вы должны учесть, что вывод V in уже подключен к встроенному стабилизатору напряжения на плате. Таким образом, вы можете подать на вывод V in любое напряжение в диапазоне от 7 до 12 вольт.

Выбор номинала резистора

Выбор номинала резистора должен быть сделан с осторожностью, чтобы вдруг не перезарядить аккумулятор. Чтобы выяснить, с каким номиналом надо использовать резистор, необходимо в первую очередь рассмотреть источник питания. Когда вы работаете с нестабилизированным источником питания, выходное напряжение не неизменно. Когда схема, которая питается от него, выключается или отключается, напряжение на выходных клеммах источника увеличивается. Это напряжение холостого хода может достигать значения в полтора раза выше, чем то напряжение, которое указано на корпусе блока питания. Чтобы проверить это, возьмите мультиметр и измерьте напряжение на выходных клеммах источника питания, когда к нему ничего не подключено. Это и будет максимальное напряжение источника питания.

NiMH аккумулятор может безопасно заряжаться при токе заряда C/10, или одна десятая емкости аккумулятора в час. Однако прикладывание тока такой же величины после того, как аккумулятор был полностью заряжен, может привести к его повреждению. Если предполагается, что аккумулятор будет непрерывно заряжаться в течение неопределенного периода времени (как, например, в аккумуляторной системе резервного питания), то ток заряда должен быть очень низким. В идеале, ток заряда должен быть равен C/300 или еще меньше.

В моем случае, я буду использовать аккумуляторный отсек размера AA с аккумуляторами емкостью 2500 мАч. В целях безопасности мне нужен ток заряда 8 мА или меньше. Исходя из этого, можно рассчитать, резистор какого номинала нам нужен.

Чтобы рассчитать необходимое сопротивление вашего резистора, начните с определения напряжения холостого хода источника питания, затем вычтите из него напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи. Это даст вам напряжение на резисторе. Чтобы определить сопротивление, разделите разность напряжений на значение максимального тока. В моем случае, напряжение холостого хода источника питания равно 9В, а напряжение на аккумуляторной батарее равно около 6В. Это дает разность напряжений 3В. Деление этих 3 вольт на ток 0,008 ампер дает значение сопротивления 375 Ом. Поэтому номинал нашего резистора должен быть не менее 375 Ом. Для дополнительной безопасности я использовал резистор 1 кОм. Однако имейте в виду, что использование резистора с большим сопротивлением значительно замедлит заряд аккумулятора. Но это не проблема, если система резервного питания используется очень редко.

Довольно часто возникает необходимость обеспечить резервное питания вашего устройства, в данной статье рассматривается 4 способа как обеспечить это.

Самый простой

Самый простой способ перейти на резервное питание-2 диода

Будет открыт только один из диодов, от того источника питания, напряжение на котором больше. Преимущества схемы-простота и дешевизна. Недостатки схемы очевидны, зависимость напряжения на нагрузке от тока, типа диода(шотки или обычный), температуры. Напряжение всегда будет ниже чем у источника на величину падения напряжения на диоде.

Немного сложней

Это схема немного сложнее, работает она следующим образом: когда напряжение VCC присутствует, и оно больше чем напряжение резервного источника(в данном случае это батарея BT2), то мосфет закрыт, потому что напряжение на затворе(Gate) выше чем на Истоке(Source), пропуск напряжения к нагрузке и Истоку обеспечивает открывшийся диод D3. Когда VCC пропадет, напряжение на Затворе пропадет вслед за ним, зато откроется диод внутри мосфета, обеспечив напряжение на Истоке, ну а поскольку на истоке теперь есть напряжение, а на Затворе нет, то транзистор полностью откроется, обеспечив коммутацию батареи без потери напряжения. Данный способ отлично подходит для коммутации питания для модуля GSM, внешнее напряжение выбираем 4,5в, тогда к модулю через диод D3 придет 4,2-4,3в а от батареи напряжение будет идти без потерь.

Дорогой но без потерь

Без потерь напряжения можно коммутировать источники с помощью специальных микрочхем, в частности LTC4412 скачать даташит Однако, эта микросхема бывает дефицитной и дорогой.

Оптимальный без потерь

Ну вот и подошли к оптимальному способу, причем без потерь. Для начала рассмотрим блок схему LTC4412

Сразу понятно, что в ней нет ничего сложного, так почему бы не повторить её на дискретных элементах? Блок PowerSorceSelector-это матрица из двух диодов, обеспечивает питание остальной схемы, A1-это компаратор, AnalogController-непонятно что, однако можно предположить, что ничего особо важного он не делает, позже станет понятно почему.

Попробуем изобразить это.

DA3-это компаратор. Он сравнивает напряжения на двух источниках. Питается через диод D4 или D5. Когда напряжение на VCC больше чем на батарее, на выходе компаратора устанавливается высокий уровень, это закрывает VT2, и открывает VT3, потому что он подключен на выход через инвертор. Таким образом, VCC проходит на нагрузку без потерь. В случае, когда VCC будет меньше батареи, низкий уровень на выходе компаратора закроет VT3 и откроет VT2.

Надо сказать пару слов о выборе деталей. DA3, DD1 должны иметь потребление, которое допустимо в данной системе, выбор очень широк, от единиц миллиампер, до сотен наноампер (например MCP6541UT-E/OT и 74LVC1G02). Диоды обязательно шотки, если падение на диоде будет выше порога открытия транзистора(а у IRLML6402TR он может быть -0,4в), то он не сможет полностью закрыться.

Ничего не может быть хуже, чем отключение света зимой. Любой из загородных жителей рано или поздно сталкивается с ситуацией, когда лампочки гаснут, скважинный насос перестаёт качать воду, а батареи системы отопления остывают на глазах. Время задействовать резервное питание!

Но есть и другое решение проблемы с перебоями электричества: система резервного питания дома или сокращённо – СРП.

Для правильного выбора такой системы питания необходимо понять, чем она отличается от системы автономного питания (САП).

Андрей-АА, Новая Москва.

СРП используется в том случае, когда к основной электросети. При отключении основного питания резервное электропитание «подхватывает» основных потребителей электроэнергии: скважинный насос, котёл, холодильник, компьютер, телевизор и другое электрооборудование . САП – это основная система электропитания для дома, применяемая при полном отсутствии основной электросети.

Переходим к выбору системы резервного питания. По мнению Андрей-АА , существует 4 основных типа резервного питания для дома.

Если сеть отключается ненадолго, но суммарно в месяц более чем на 10 часов, то оптимальной будет система, состоящая из инвертора, зарядного устройства и блока аккумуляторов, заряжаемых от сети.

Инвертор – это преобразователь постоянного тока от аккумуляторных батарей в переменное однофазное напряжение 220В, от которого работает оборудование в доме.

Если сеть отключают менее чем на 10 часов в месяц, то выгодней система из электрогенератора с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), оборудованного системой автоматического пуска.
Если сеть отключают часто и надолго, или когда напряжение в сети слишком низкое, то оптимальной является система, состоящая из генератора, блока аккумуляторов, зарядного устройства и инвертора.

По аналогичному принципу строятся и системы автономного электропитания, но к ним предъявляются более высокие требования по мощности.

Если требуемую мощность можно ограничить 1-1,5 кВт, то в качестве резервной системы питания можно использовать автомобиль с подключённым к нему инвертором.

Остановимся подробнее на третьем варианте. Пользователь с ником galexy456 предлагает пошаговый план создания бюджетной системы резервного питания для дома.

1 В электрический щиток заводятся два кабеля из подсобного помещения. Первый кабель необходим, чтобы подать электричество на инвертор. Второй – чтобы передать электричество от инвертора в дом.

galexy456

У меня на улице смонтирован маленький щиток, в котором реализована схема автоматического ввода резерва, или сокращённо АВР

АВР – это автоматический переключатель одной нагрузки на две питающих линии – основную и резервную.

2 В подсобное помещение ставим инвертор, аккумуляторы и коммутируем все устройства.

Инверторы бывают двух основных типов – с синусом на выходе (оптимальный вариант) и с так называемым «модифицированным синусом». Если инвертор выдаёт «модифицированный синус», то некоторые приборы при подключении к нему могут выйти из строя из-за высокого уровня гармоник частоты в питании – 150Гц, 250Гц, 350Гц и т.д.

В случае отключения электричества такая система работает следующим образом. АВР самостоятельно и быстро – так, что приборы не успевают отключиться, переключает питание с основного на резервное.

Теперь все подключённые энергопотребители продолжают работать от аккумуляторов и инвертора. Если энергоснабжение отсутствует больше 5-6 часов, то, не дожидаясь полного разряда аккумуляторов (от этого сильно сокращается срок их службы), для продолжения бесперебойного питания необходимо вручную завести генератор.

Существуют системы резервного питания с автоматическим запуском генератора, установленным в отапливаемом подсобном помещении и снабжённом принудительным отводом выхлопных газов. Главный недостаток таких СРП – это их высокая цена.

galexy456

После запуска генератора инвертор переводит нагрузку на питание приборов от него и одновременно начинает заряжать аккумуляторы. Таким образом, продлевается время работы системы и экономится моторесурс генератора, т.к. он работает не в постоянном режиме.

Необходимо помнить, что запускать генератор следует уже после израсходования ёмкости аккумуляторов примерно на 30-60%.

Любая, даже самая продвинутая и дорогая система резервного питания, в первую очередь, приучает экономить энергоресурсы в доме, т.к. от этого напрямую зависит время работы системы резервного электроснабжения дома.

Форумчане советуют:

заменить все лампочки в доме на энергосберегающие;
проложить вторую, резервную линию электросети, к которой, в случае отключения электричества, можно подключить самое необходимое оборудование в доме;
как следует утеплить дом, чтобы уменьшить затраты на отопление;
при работе резервной системы питания не пользоваться мощными электроприборами: утюгом, электрочайником, пылесосом.

Андрей-АА

Включение фена, чайника или утюга на 3-7 минут сильно не разрядит аккумуляторы, но глажку или работу с мощным электроинструментом лучше не допускать.

Для построения СРП нагрузку в доме можно условно разделить на три части:

Отопление.
Водонагревательные приборы.
Приборы, требующие обязательного резервного питания, а именно:

освещение;
циркуляционные насосы отопления;
скважинный насос и насосная станция;
компьютер;
холодильник, телевизор, Интернет.

Также в качестве резервной системы питания можно использовать и автомобиль. Для этого необходимо:

Приобрести инвертор с синусоидальным выходом на 12-220 В мощностью до 2 кВт с защитой от перегрузки по току или по мощности.

Пользователи сайта FORUMHOUSE могут узнать, как самостоятельно сделать систему питания. Вся информация по расчёту собрана в этом дневнике. Автоматический «от А до Я» описан в этой теме.

А в этом видео рассказывается о том, как инвертор и блок аккумуляторов могут увеличить электрическую мощность в доме.