Circuitos de alimentación ininterrumpida para dispositivos microcontroladores. Carga automática de la batería de respaldo.

Para reservar energía para los consumidores de energía críticos, se utiliza la conexión en paralelo de varias fuentes de energía, eliminando al mismo tiempo la influencia mutua de una fuente sobre otra.
Si uno de varios dispositivos de suministro de energía se daña o se desconecta, la carga se conectará automáticamente y sin interrumpir el circuito de energía a la fuente de energía cuyo voltaje sea mayor que los demás. Normalmente, en los circuitos de CC, se utilizan diodos semiconductores para separar los circuitos de alimentación. Estos diodos evitan que una fuente de alimentación influya en otra. Al mismo tiempo, estos diodos desperdician parte de la energía del suministro eléctrico. En este sentido, en circuitos redundantes conviene utilizar diodos con una caída de tensión mínima en la unión. Normalmente se trata de diodos de germanio.
En primer lugar, la energía se suministra a la carga desde la fuente principal, que generalmente tiene un voltaje más alto (para implementar la función de autoconmutación a energía de respaldo). La tensión de red (a través de una fuente de alimentación) se utiliza con mayor frecuencia como fuente de este tipo. Como fuente de energía de respaldo se suele utilizar una batería o acumulador, que tiene un voltaje obviamente menor que el de la fuente de energía principal.
Los esquemas de redundancia más simples y obvios para fuentes de CC se muestran en la Fig. 10.1 y 10.2. De esta manera, puede conectar una cantidad ilimitada de fuentes de energía a equipos electrónicos críticos.
El circuito de redundancia de la fuente de alimentación (Fig. 10.2) se diferencia en que la función de los diodos que separan las fuentes de alimentación la desempeñan los LED. El LED se ilumina para indicar la fuente de alimentación activa (normalmente un voltaje más alto). La desventaja de esta solución de circuito es que la corriente máxima consumida por la carga es pequeña y no excede la corriente directa máxima permitida a través del LED.

Arroz. 10.1. Esquema básico de redundancia de suministro de energía.

Arroz. 10.2. Esquema de redundancia de fuente de alimentación mediante LED.

Arroz. 10.3. Circuito de redundancia de alimentación del dispositivo de seguridad.

Además, el LED baja unos dos voltios necesarios para su funcionamiento. La indicación luminosa es inestable cuando la diferencia de voltaje de suministro es insignificante.
El diagrama de redundancia automática de la fuente de alimentación para equipos críticos (un dispositivo de seguridad) se muestra en la Fig. 10.3. El diagrama muestra convencionalmente la fuente de energía principal: la red eléctrica. En su salida, carga RH y condensador C2, ¡se forma un voltaje estable de 12 6 o más! La batería de respaldo GB1 está conectada a la resistencia de carga a través de una cadena de diodos VD1 y VD2. Dado que la diferencia de voltaje entre estos diodos es mínima, no fluye corriente a través de los diodos hacia la carga. Sin embargo, vale la pena apagar el suministro principal.
a la fuente de tensión de alimentación, a medida que se abren los diodos. De este modo, se suministra energía a la carga sin interrupción.
El LED HL1 indica el estado de servicio de la fuente de energía de respaldo y el diodo VD2 no permite que el LED se alimente desde la fuente de energía principal.
El circuito se puede modificar para que dos LED indiquen de forma independiente el estado de funcionamiento de ambas fuentes de alimentación. Para ello basta con complementar el circuito (Fig. 10.3) con elementos indicadores.
En la patente de la RDA nº 271600 se describe un dispositivo para encender automáticamente una batería de respaldo, y su circuito se muestra en la Fig. 10.4.

Arroz. 10.4. Diagrama del dispositivo para encender automáticamente la batería de respaldo

En el modo inicial (estándar), la corriente de la fuente de alimentación principal Ea fluye hacia la carga a través del indicador LED de corriente de carga. El transistor VT1 está abierto, el transistor VT2 está cerrado, la batería de respaldo Eb está desconectada. Tan pronto como se apague la fuente de alimentación principal, el LED HL1 se apagará, el transistor VT1 se cerrará y, en consecuencia, se abrirá el transistor VT2. La batería Eb se conectará a la carga.
La desventaja del dispositivo es que la corriente máxima a través de la carga no puede exceder la corriente máxima permitida a través del LED. Además, se pierden hasta 2 V en el propio LED. Si sacrifica la función de indicación y reemplaza el LED con un diodo de germanio diseñado para una corriente más alta, se eliminará esta limitación.
Para el funcionamiento normal de los identificadores automáticos de llamadas telefónicas (ANI), una condición necesaria es
uso de una fuente de energía de respaldo. El diagrama de uno de ellos se muestra en la Fig. 10.5.
Cuando se enciende la fuente de alimentación, se activa el relé K1, que también es un sensor de descarga de la batería GB1. A través de la resistencia R2 fluye una corriente de carga de 5... 10 mA. Cuando se apaga la tensión de red, el dispositivo recibe energía de la batería GB1; sin embargo, si la tensión de la batería cae por debajo de 6,5 V, el relé se apagará. Los contactos del relé abrirán el circuito de alimentación y así protegerán la batería de una mayor descarga.

Arroz. 10.5. Esquema para encender automáticamente una fuente de alimentación de respaldo para el identificador de llamadas

La batería consta de seis celdas D-0,55. Su recurso es suficiente para que el teléfono funcione de forma autónoma durante una hora.
El circuito utiliza un relé RES-64A RS4.569.724.
El dispositivo se configura seleccionando la resistencia R1, que establece el voltaje de liberación del relé K1. Seleccionando R2, se determina el valor de la corriente de carga. Para evitar sobrecargar la batería, se recomienda reducir la corriente de carga a 0,2 mA.
La transferencia automática de la fuente de alimentación de la carga, por ejemplo, un receptor de radio, a la energía de la batería de respaldo cuando se apaga la fuente de alimentación principal, permite implementar el dispositivo de acuerdo con el diagrama de la Fig. 10.6. El modo de funcionamiento del dispositivo se indica mediante la iluminación LED: color verde: funcionamiento en modo normal; rojo - en modo de emergencia (con baterías).
Una característica especial del indicador es que cuando funciona con una batería, su descarga a través de la fuente de alimentación principal conectada se elimina debido al uso de un diodo en el circuito de compuerta del transistor de efecto de campo.
Para evitar que la carga se alimente desde la batería cuando el dispositivo está funcionando desde la fuente de alimentación, el voltaje de salida de la fuente de alimentación debe ser 0,7... 0,8 V mayor que el voltaje de la batería.

Arroz. 10.6. Esquema de cambio automático de carga a energía de respaldo con indicación.

Arroz. 10.7. Circuito de interruptor de alimentación automático.

Un desarrollo adicional del dispositivo anterior es un interruptor de alimentación automático (Fig. 10.7). El dispositivo está diseñado para su instalación en cualquier dispositivo portátil y portátil (receptores, reproductores, grabadoras) que tenga fuentes de energía internas. El interruptor de alimentación automático le permite cambiar automáticamente de alimentación interna a externa y viceversa.
En el estado inicial, cuando se apaga la fuente de alimentación externa, el relé K1 se desactiva y, a través de sus contactos normalmente cerrados, se suministra voltaje desde la batería GB1 a la carga RH y a través del diodo VD1 al diodo inferior (rojo) HL1 en el circuito. Cuando se conecta una fuente de alimentación externa, el relé K1 se activa, sus contactos K1.1 se colocan en la posición más baja de acuerdo con el diagrama y se suministra energía a la carga desde una fuente externa. Dado que el ánodo del diodo superior HL1 (verde) recibe un voltaje 2 V mayor que el ánodo del diodo inferior HL1 (rojo), el LED bicolor de dos ánodos HL1 se ilumina en verde, lo que indica el modo de funcionamiento de la red. Cuando falla la tensión de red, el devanado del relé K1 se desactiva y la carga cambia automáticamente al funcionamiento desde la batería GB1. Esto lo indica el indicador HL1, que cambia el color del brillo de verde a rojo. El diodo VD1 debe tomarse del tipo KD503, KD521 o KD510. La caída de voltaje a través de él en conexión directa debe ser de al menos 0,7 b. Luego, cuando el LED verde esté encendido, el rojo no se encenderá.
La resistencia R2 establece la corriente a través de HL1 en 20 mA. Relé K1 tipo RES-15 (pasaporte RS4.591.005) u otro con una tensión de funcionamiento no superior a 5 V. Normalmente, el relé funciona a una tensión que es un 30...40% menor que su tensión de funcionamiento.
Al configurar el dispositivo, la resistencia R1 se selecciona de tal valor que el relé K1 funcione de manera confiable a un voltaje de 4 V. Cuando se utilizan relés K1 de otros tipos con un voltaje de operación cercano a 4,5 V, se puede eliminar la resistencia R1.
Cuando se suministra alimentación de red a relojes electrónico-mecánicos, se observa un efecto desagradable: cuando se corta la tensión de red, el reloj deja de funcionar.
Más confiables y cómodas de usar son las fuentes de alimentación combinadas: fuentes de alimentación de red en combinación con baterías de níquel-cadmio D-0.1 o D-0.125 (Fig. 10.8).
Aquí, los condensadores C1 y C2 realizan la función de elementos reactivos de balasto que amortiguan el exceso de tensión de la red. La resistencia R2 sirve para descargar los condensadores C1 y C2 cuando el dispositivo está desconectado de la red.
Si los contactos del interruptor SA1 están cerrados, entonces, con una media onda negativa de la tensión de red en el cable superior (según el diagrama), se abrirá el diodo VD2 y los condensadores C1 y C2 se cargarán a través de él. Con medias ondas positivas, los condensadores comenzarán a recargarse, la corriente fluirá, en primer lugar, a través del diodo abierto VD3 y la batería GB1 y el condensador S3 comenzarán a recargarse. El voltaje en una batería completamente cargada será de al menos 1,35 V, en el LED HL1, aproximadamente 2 V. Por lo tanto, el LED comenzará a abrirse y, por lo tanto, limitará la corriente de carga de la batería. Por lo tanto, la batería siempre estará cargada.

Arroz. 10.8. Fuente de alimentación combinada para relojes electrónicos-mecánicos.

Si hay voltaje en la red, el reloj se alimenta de él durante los semiciclos positivos y durante los semiciclos negativos de la energía almacenada en la batería GB1 y el condensador SZ. Cuando falla la tensión de red, la batería se convierte en la fuente de energía.
La iluminación del dial se enciende abriendo los contactos del interruptor SA1. En este caso, la corriente de carga y descarga de los condensadores C1 y C2 fluye a través de los filamentos de las lámparas EL1 y EL2 y comienzan a brillar. Y el diodo zener VD1 de dos ánodos, anteriormente cerrado, ahora realiza dos funciones: limita el voltaje de las lámparas a un valor en el que brillan con una ligera subtensión, y si el filamento de una de las lámparas se quema, pasa la carga. -descarga de corriente de los condensadores a través de sí mismo, lo que evita la interrupción del funcionamiento de la fuente de alimentación en general.
El diodo zener de dos nodos VD1 tipo KS213B se puede sustituir por dos diodos zener de serie contraria D814D, KS213Zh, KS512A. LED HL1 - AL341 con caída de tensión continua a una corriente de 10 mA - 1,9...2,1 V. Lámparas incandescentes EL1 y EL2 tipo SMN6.3-20 (para tensión 6,3 V y corriente y m/h; o similar, la El cuerpo del conmutador SA1 debe estar aislado de forma fiable de la red.
En la fuente de alimentación de un reloj electrónico (Fig. 10.9), las resistencias R1 y R2 suprimen el exceso de tensión de red. Esta no es la solución más económica al problema, pero con un bajo consumo de corriente está bastante justificado. Además, si se toca accidentalmente la salida del rectificador, la corriente máxima a través del cuerpo humano no alcanzará valores peligrosos (no más de 4 mA), ya que el valor de las resistencias limitadoras de corriente es bastante grande.

Arroz. 10.9. Circuito de alimentación redundante para relojes electrónicos.

Desde la salida del estabilizador (análogo a un diodo zener y, al mismo tiempo, un indicador de encendido - LED HL1), se suministra tensión de alimentación al reloj electrónico a través de un diodo de germanio VD5. En caso de corte de energía, el reloj se alimenta de la batería GB1; si hay tensión de red, la corriente del rectificador recarga la batería. El circuito no utiliza un condensador de filtro. La función de un condensador de filtro de alta capacidad la realiza la propia batería.
Los relojes electrónicos-mecánicos generalmente funcionan con una sola celda galvánica con un voltaje de 1,5 V. La fuente de alimentación ininterrumpida propuesta (Fig. 10.10) para un reloj electrónico-mecánico de cuarzo produce un voltaje de 1,4 V con una corriente de carga promedio de 1 mA. . El voltaje eliminado del divisor capacitivo C1 y C2 rectifica el nodo en los elementos VD1, VD2, SZ. Sin carga, la tensión en el condensador SZ no supera los 12 V.
Los dispositivos discutidos anteriormente para cambiar automáticamente a energía de respaldo en caso de una falla de la fuente principal usaban una fuente de corriente continua como fuente base (principal). Menos conocidos son los esquemas de redundancia para dispositivos que funcionan con corriente alterna. A continuación se muestra el esquema de uno de ellos, capaz de funcionar tanto en circuitos de corriente continua como de corriente alterna.

Arroz. 10.10. Circuito de alimentación ininterrumpida de bajo voltaje.

Arroz. 10.11. Diagrama de circuito para conectar una fuente de energía de respaldo con aislamiento galvánico.

El circuito para encender una fuente de energía de respaldo con aislamiento galvánico (IR/7) se alimenta desde una fuente de señal de control (Fig. 10.11), mientras consume una corriente mínima (fracciones de mA). La señal de control se suministra al divisor resistivo R1, R2. El diodo Zener VD6 y los diodos VD1 - VD5 protegen la entrada del dispositivo contra sobretensiones y conexiones de polaridad incorrecta. IR/7 se desactiva mediante los contactos de relé K1.1. El voltaje eliminado de la resistencia R2 y del diodo Zener VD6 se suministra a través del diodo VD5 al condensador electrolítico de alta capacidad C1. Cuando el dispositivo se enciende por primera vez, este condensador se carga a 9... 10 V en 2... 3 minutos, después de lo cual el circuito está listo para funcionar. La velocidad de carga y la corriente consumida por el dispositivo están determinadas por la resistencia R1. El transistor VT1 se cierra por la caída de voltaje en VD5.

A través del diodo VD7 y la resistencia R4, el dispositivo se conecta a IR/7.
Cuando se apaga el voltaje de control, la unión emisor-base del transistor de entrada del dispositivo ya no se pasa por alto. Transistores VT1 y VT2 abiertos. El condensador C1 se descarga a través del relé K1 y el transistor VT2. Se cierran los contactos K1.1 del relé, incluido el IRP. La energía al circuito proviene del IRP. Al mismo tiempo, los contactos de relé K1.2 pueden controlar otra carga. Si el voltaje de control reaparece en la entrada del dispositivo, el transistor VT1 se apaga. En consecuencia, el transistor VT2 también está bloqueado. El relé K1 se desenergiza, apagando K1.1 IRP con sus contactos. El voltaje en el condensador C1 permanece en 9... 10 B y el circuito entra en modo de espera.

En este artículo, veremos cómo crear una fuente de alimentación de respaldo de batería para dispositivos electrónicos pequeños para que nunca pierdan energía.

Existen muchos dispositivos electrónicos que deben ser alimentados con energía de forma continua y sin interrupción. Un buen ejemplo de este tipo de dispositivos son los despertadores. Si se corta la luz en mitad de la noche y la alarma no suena a tiempo, podrías perderte una reunión importante. La solución más sencilla a este problema es un sistema de energía de respaldo de batería. Por lo tanto, si la energía de una fuente externa cae por debajo de un cierto umbral, las baterías automáticamente se hacen cargo de la carga y continúan alimentando todo hasta que se restablezca la energía externa.

Componentes

• fuente de alimentación CC;
• baterías;
• compartimento de la batería;
• estabilizador de voltaje (opcional);
• resistencia de 1 kOhmio;
• 2 diodos (con corriente continua permitida que excede la corriente de la fuente de alimentación);
• conector macho para voltaje constante;
• Conector hembra para tensión constante.

Diagrama esquemático

Hay muchos tipos diferentes de sistemas de respaldo de batería y el tipo de sistema que elija depende en gran medida de lo que esté alimentando. Para este proyecto, diseñé un circuito simple que se puede usar para alimentar dispositivos electrónicos de baja potencia que funcionan con 12 voltios o menos.

Primero, necesitamos una fuente de alimentación de CC. Estas fuentes son muy comunes y vienen en una variedad de voltajes y corrientes nominales. La fuente de alimentación se conecta al circuito a través del conector de alimentación CC. Luego se conecta al diodo de bloqueo. El diodo de bloqueo evita que la corriente fluya desde el sistema de batería de respaldo a la fuente de energía. A continuación, se conecta la batería a través de una resistencia y otro diodo. La resistencia permite que la fuente de alimentación cargue lentamente la batería, y el diodo proporciona una ruta de corriente de baja resistencia entre la batería y el circuito final, de modo que la batería puede alimentar el circuito final si el voltaje de salida de la fuente de alimentación cae demasiado. Si el circuito que está alimentando requiere una fuente de alimentación regulada, simplemente puede agregar un regulador de voltaje al final.

Si está alimentando un Arduino o un microcontrolador similar, debe tener en cuenta que el pin V in ya está conectado al regulador de voltaje integrado. Por lo tanto, puede aplicar cualquier voltaje entre 7 y 12 voltios al pin V in.

Seleccionar un valor de resistencia

La elección del valor de la resistencia debe hacerse con cuidado para no sobrecargar accidentalmente la batería. Para determinar qué valor de resistencia usar, primero debe considerar la fuente de alimentación. Cuando se trabaja con una fuente de alimentación no regulada, el voltaje de salida no es constante. Cuando el circuito que lo alimenta se apaga o desconecta, el voltaje en los terminales de salida de la fuente aumenta. Esta tensión en circuito abierto puede alcanzar un valor una vez y media superior a la tensión indicada en la caja de la fuente de alimentación. Para verificar esto, tome un multímetro y mida el voltaje en los terminales de salida de la fuente de alimentación cuando no haya nada conectado. Este será el voltaje máximo de la fuente de energía.

Una batería de NiMH se puede cargar de forma segura con una corriente de carga de C/10, o una décima parte de la capacidad de la batería por hora. Sin embargo, aplicar la misma cantidad de corriente después de que la batería se haya cargado completamente puede dañarla. Si se espera que la batería se cargue continuamente durante un período de tiempo indefinido (como en un sistema de respaldo de batería), entonces la corriente de carga debe ser muy baja. Idealmente, la corriente de carga debería ser igual a C/300 o incluso menos.

En mi caso, usaré una caja de baterías de tamaño AA con baterías de 2500 mAh. Por razones de seguridad, necesito una corriente de carga de 8 mA o menos. En base a esto, podemos calcular qué valor de resistencia necesitamos.

Para calcular la resistencia requerida de su resistencia, comience determinando el voltaje del circuito abierto de la fuente de alimentación, luego reste el voltaje de la batería completamente cargada. Esto le dará el voltaje a través de la resistencia. Para determinar la resistencia, divida la diferencia de voltaje por la corriente máxima. En mi caso, el voltaje del circuito abierto de la fuente de alimentación es de 9 V y el voltaje de la batería es de aproximadamente 6 V. Esto da una diferencia de voltaje de 3V. Al dividir estos 3 voltios por la corriente de 0,008 amperios, se obtiene un valor de resistencia de 375 ohmios. Por tanto, el valor de nuestra resistencia debe ser de al menos 375 Ohmios. Para mayor seguridad utilicé una resistencia de 1 k ohm. Sin embargo, tenga en cuenta que el uso de una resistencia de mayor valor ralentizará significativamente la carga de la batería. Pero esto no es un problema si el sistema de energía de respaldo se usa muy raramente.

Para garantizar un funcionamiento fluido Para cualquier dispositivo electrónico, es necesario reservar energía, o en otras palabras, introducir fuentes de electricidad adicionales (de respaldo) en el circuito. Para garantizar un funcionamiento continuo se requiere al menos una fuente de alimentación independiente. Normalmente esto es batería.

La mejor parte de esta tarea es la facilidad de implementación. Para proporcionar respaldo de energía a cualquier circuito electrónico de baja potencia, sólo tres componentes son suficientes: diodo rectificador, resistor Y batería.

Esquema de reservas

El esquema de respaldo de energía podría verse así:

Figura 1. Circuito de respaldo de energía simple dispositivos.

El circuito consta convencionalmente de tres partes: la red (lado izquierdo del circuito), a cuyos terminales de salida 2-3 está conectado un dispositivo electrónico (lado derecho del circuito); La batería GB1 está conectada en paralelo con la salida de la fuente de alimentación a través de la resistencia de carga R1 y el diodo de carga VD1.

Para el funcionamiento normal del circuito de alimentación, debe ser ligeramente superior a la tensión nominal de la batería GB1. Si el voltaje de la fuente de alimentación es insuficiente, la batería GB1 siempre estará en un estado de baja carga, lo que acelerará el deterioro de su rendimiento. Si el voltaje de la fuente de alimentación es significativamente mayor que el voltaje de la batería, se sobrecargará con un deterioro prematuro del rendimiento y, además, cuando el dispositivo se alimenta desde la batería en modo de respaldo de energía, se puede observar una falta de voltaje de suministro. Esto puede ser crítico para el funcionamiento de circuitos de una fuente de alimentación estabilizada que no tiene su propia estabilización de voltaje.

Principio de funcionamiento

El circuito presentado para su consideración tiene dos modos de funcionamiento, que tiene sentido considerar:

dieta normal

Veamos la Figura 2.

Figura 2. Alimentación del circuito normal.

En modo normal, la fuente de alimentación suministra energía al dispositivo electrónico y simultáneamente carga la batería GB1 a través de la resistencia de carga R1. VD1 está bloqueado en este modo porque hay un mayor potencial en su cátodo proveniente de la fuente de energía en relación con el potencial eléctrico del ánodo conectado a la batería. Esto elimina la posibilidad de que se produzca una carga inaceptablemente grande cuando la batería está muy descargada y se sobrecarga la fuente de energía. La corriente de carga máxima está limitada por R1. Idealmente, debe seleccionarse de tal manera que cuando la batería esté completamente cargada, fluya a través de ella una corriente igual en magnitud a la corriente de fuga de la batería.

Las flechas rojas indican corrientes. La corriente de alimentación es la suma de la corriente del dispositivo electrónico y la corriente de carga de la batería.

Modo de copia de seguridad

Pasemos a la Figura 3.

Figura 3. Modo de energía de respaldo.

Cuando el voltaje de la fuente de alimentación principal desaparece o disminuye significativamente, cuando el potencial eléctrico en el cátodo del diodo VD1 se vuelve menor que el potencial de su ánodo conectado a la batería, el diodo se abre y la corriente de carga principal fluye a través de él, alimentando el dispositivo. Parte de la corriente de carga también fluirá a través de R1. La corriente de carga se muestra con flechas verdes.

Cuando se restablece el voltaje de la red eléctrica, el potencial eléctrico del cátodo aumenta nuevamente, el diodo se apaga y el circuito pasa al modo de energía normal, en el que el dispositivo recibe energía de la fuente de energía y la batería. GB1 está cargado.

Si en este circuito se utiliza una batería fabricada con baterías galvánicas convencionales, entonces es necesario excluir la resistencia R1 del circuito para eliminar el proceso de carga para el que no están adaptadas. Cuando se consume la energía de los elementos, hay que sustituirlos por otros nuevos.

La vida de una persona moderna es imposible sin el uso de diversos dispositivos.

Cada hogar está lleno de electrodomésticos, herramientas y accesorios de iluminación. Pero, lamentablemente, los problemas con el suministro de energía han vuelto a ser algo común.

La electricidad se puede cortar puntualmente o sin previo aviso, y también se producen simples accidentes en la red. Y cualquier sobretensión o interrupción del flujo de “luz” no sólo interrumpe el curso habitual de la vida, sino que también aumenta el riesgo de fallo del equipo.

El diseño de un sistema de energía de respaldo (RPS) basado en una batería recargable (AB) permite solucionar este problema de una vez y durante mucho tiempo. Es importante hacer esto de manera razonable, reflexiva y con el enfoque adecuado de la calidad del trabajo de instalación.

¿Qué conectar? Con la ayuda de un PSA, tiene sentido garantizar un suministro eléctrico ininterrumpido sólo a los principales consumidores.
, caracterizado por baja potencia o funcionamiento periódico durante un corto período de tiempo. Estos, en particular, pueden ser:
- calefacción de gas o combustible sólido (control automático, bombas de circulación);
- suministro de agua (bomba);
- iluminación de emergencia (de 3 a 5 lámparas eléctricas por edificio);

- 2-4 enchufes adicionales para equipos (frigorífico, ordenador, router de Internet).

No vale la pena reservar cargas prolongadas por el funcionamiento de dispositivos potentes (caldera eléctrica, caldera, aire acondicionado u horno eléctrico). Después de todo, esto implicará el uso de varias baterías de alta capacidad y también será necesario reforzar el equipo que las acompaña. Por tanto, para equipar el sistema habrá que incurrir en costes económicos muy elevados e injustificados.

La mejor opción es seguir el principio de suficiencia razonable, es decir, fijar el PSA de la productividad requerida y utilizar sólo el equipo que realmente sea necesario en ese momento. Esto permitirá ahorrar dinero en la etapa inicial y prolongar la vida útil de la batería del equipo.

Almacenamiento de energía

Durante mucho tiempo, las baterías más comunes fueron las de ácido (plomo-ácido)., cuyo principio de funcionamiento se basa en sumergir dos o más placas de plomo en una solución de ácido sulfúrico (electrolito). La reacción química que se produce entre ellos provoca la acumulación de electricidad. Estos dispositivos también se denominan dispositivos de tracción o de arranque, ya que son capaces de proporcionar valores aumentados de la corriente de arranque (inicial). Por este motivo, se utilizan mucho en los automóviles.

Pero no se recomienda utilizar dispositivos de tracción para crear un sistema autónomo en el hogar. El hecho es que el electrolito ácido líquido puede hervir a altas corrientes, por lo que la carcasa de la batería tiene fugas. Y esto, a su vez, conlleva el riesgo de que se produzcan incendios e incluso explosiones en la habitación.

Por el contrario, las baterías de gel utilizan ácido en un gel tixotrópico (similar en consistencia a la cera). El cuerpo de los dispositivos está hecho de una sola pieza, pero incluso si está dañado, el gel no puede derramarse. No hay peligro ni daño para el medio ambiente. Por este motivo, la batería de gel se puede instalar en cualquier habitación. Y las más modernas son las baterías AGM (Absorbed Glass Mat).

El electrolito que contienen se une con fibra de vidrio especial. Estos dispositivos tienen las mismas ventajas que los de gel. Y el costo es aproximadamente el mismo (y 2 veces mayor que el de los ácidos). Además, las baterías AGM prácticamente no se calientan, ya que su resistencia interna es insignificante.

Un detalle importante: al cargar baterías ácidas, hasta el 20% de la energía pasa al estado térmico, para las baterías de gel esta cifra es de aproximadamente el 10-15% y para los modelos AGM es solo del 3-4%. Es decir, estos últimos prácticamente no se calientan, lo que es una característica positiva desde el punto de vista de la seguridad y de menor consumo energético. Además, los dispositivos de gel y AGM son más efectivos en caso de inactividad prolongada: no pierden más del 1-3% de energía por mes, y los ácidos, hasta el 1% por día.

Por lo tanto, se pueden recomendar baterías de gel y AGM para su uso en PSA doméstico. Además, no requieren la adición periódica de electrolito ni ningún tipo de mantenimiento durante el funcionamiento.

Las baterías de diferentes tipos son muy similares en apariencia, por lo que es importante comprar equipos en empresas especializadas o en hipermercados de la construcción.

Solo los equipos más necesarios deben contar con energía autónoma: bombas de calefacción y suministro de agua, accesorios de iluminación. No es aconsejable conectar dispositivos potentes a baterías de las que puede prescindir fácilmente durante algún tiempo: aires acondicionados, hornos eléctricos.

Características importantes

AB se selecciona teniendo en cuenta varios parámetros. El peso es importante para determinar dónde colocar la batería. Las baterías modernas pesan entre 10 y 20 kg. La gravedad relativa está asociada con las características de diseño de los dispositivos, en particular el uso de un electrolito de consistencia viscosa. Por lo tanto, los estantes livianos no son adecuados para instalar AB; se necesita un soporte más sólido, por ejemplo, un estante hecho de esquinas metálicas. El voltaje de salida de la mayoría de los modelos modernos es de 12 V. También existen modificaciones para 24 y 48 V. Para uso doméstico, los expertos recomiendan elegir baterías que produzcan corriente continua con un voltaje de 12 V.

La corriente de arranque máxima indica si la batería puede producir la corriente necesaria para arrancar los motores. El hecho es que casi todos los dispositivos eléctricos requieren mucha más energía cuando están encendidos que en el modo de funcionamiento. Este valor se mide en amperios (A). En casa, una batería con una corriente de arranque de 200-400 A es suficiente para encender, por ejemplo, una bomba de pozo o modelos domésticos de herramientas eléctricas.

La capacidad de la batería es la cantidad de carga que la batería es capaz de acumular y luego liberar durante su funcionamiento. La capacidad se mide en amperios-hora (A x h), y cuanto mayor sea, más tiempo funcionarán los dispositivos conectados a la batería.

Para saber exactamente qué potencia práctica tiene una batería, es necesario realizar un cálculo aritmético sencillo. Por ejemplo, una batería con una capacidad de 200 A x h y un voltaje de 12 V acumula 12 x 200 = 2400 W x h = 2,4 kW x h. Sin embargo, debido a que los fabricantes recomiendan descargar la batería al menos un 20-25%. de la carga, la potencia realmente disponible en este caso no es más del 75-80% de la nominal, es decir, alrededor de 2 kW x h. En la práctica, esto significa la capacidad de proporcionar iluminación con cuatro lámparas de 50 W cada una. durante 10 horas o operar una estufa eléctrica con una potencia de 2 kW durante 1 hora. El cálculo de la capacidad requerida de la batería se realiza junto con la selección de otros dispositivos PSA, por lo que deben considerarse por separado.

Presupuesto aproximado

Una batería de gel con una capacidad de 150-200 Ah cuesta entre 200 y 250 dólares. e. Por un UPS adecuado tendrás que pagar entre 400 y 700 USD. Es decir, el equipo adicional costará entre 30 y 50 dólares más. e. Por lo tanto, el costo total del PSA será de aproximadamente 2500-2700 USD. e. Al mismo tiempo, puede limitarse a adquirir un SAI simple de 1 kW y una batería de 150 Ah. Los costos totales en este caso serán de aproximadamente 300-400 USD. Es decir, el sistema le permitirá mantener la funcionalidad del frigorífico, la computadora y un par de lámparas eléctricas durante 2-3 horas. Es cierto que la calefacción con un PSA de este tipo no podrá funcionar.

Los UPS de bajo consumo combinan una batería, un inversor y una automatización en una sola carcasa. Los consumidores se conectan a ellos directamente, a través de un enchufe. Estos sistemas duran muy poco tiempo (hasta una hora) y sólo para una computadora, un cargador y una lámpara.

Para abastecer a una gran cantidad de consumidores, utilizan sistemas de marcación separados que no están conectados a una toma de corriente, sino a un panel de alimentación.

Componentes del sistema

Además de las baterías, el PSA incluye otros dispositivos muy importantes. Un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS o UPS) es un dispositivo auxiliar que funciona junto con la batería. Se utiliza para compensar picos de carga y suministro de energía a corto plazo a los electrodomésticos en caso de sobretensiones y caídas repentinas de voltaje en la red. Este dispositivo está constantemente conectado a la toma de corriente y todos los demás reciben energía después de él.

Hay dos tipos de diseño de UPS según el circuito de control electrónico: fuera de línea y en línea. Los primeros son más sencillos y económicos, pero proporcionarán alimentación desde la batería solo en caso de un corte de energía o una caída brusca de voltaje en la red.

Un inversor es un convertidor de corriente. En modo normal, consume una cantidad mínima de electricidad y carga la batería. Si ocurre una emergencia, el inversor cambia automáticamente al modo de compensación. Su necesidad se debe a que las baterías producen corriente continua con un voltaje de 12, 24 o 48 V, y la mayoría de los aparatos eléctricos requieren corriente alterna con un voltaje de 220 V. Los hay modificados (con una onda sinusoidal modificada) y Dispositivos sinusoidales. Los primeros son buenos sólo para equipos de video y audio, mientras que los segundos son necesarios para dispositivos domésticos. Son más caros, pero también producen, en términos simples, corriente de mayor calidad.

Además, PSA está equipado con dispositivos adicionales: controladores de carga, así como dispositivos electrónicos para control, regulación y protección automáticos. Últimamente, por regla general, todos ellos se colocan en la carcasa del inversor.

Selección de parámetros generales.

Al calcular los parámetros del PSA, es necesario determinar la potencia requerida del equipo y la capacidad de la batería. Pero antes de empezar a hacer los cálculos, conviene aclarar la diferencia entre dos términos similares. En general, la potencia de los equipos eléctricos se determina en Watts (W). Pero la potencia de salida del UPS es el producto de los valores de corriente y voltaje; este parámetro se indica en voltios-amperios (VA). Parte de esta energía se gasta en el funcionamiento del propio dispositivo, pero la mayor parte es beneficiosa. Esta potencia útil suele indicarse adicionalmente en la hoja de datos (medida en W).

Para calcular los valores requeridos, primero calcule el consumo de energía estática de los equipos que funcionan de manera constante o regular (computadora, refrigerador, bomba de circulación de caldera, lámparas eléctricas), teniendo en cuenta su cantidad y el tiempo promedio de funcionamiento durante el día. Al resultado se suman las solicitudes a corto plazo de los consumidores de energía (por ejemplo, una bomba de suministro de agua, un accionamiento de puerta, un hervidor eléctrico).

Es cierto que es poco probable que todos estos dispositivos se enciendan al mismo tiempo, por lo que al primer dígito se le suma la potencia solo del más fuerte (en el ejemplo dado, la bomba). Finalmente, definitivamente debes tener en cuenta la potencia dinámica (de arranque) del equipo motorizado. Se logra en el momento de iniciar el dispositivo y puede exceder los valores estáticos entre 3 y 4 veces. Nuevamente, no es necesario sumar todos los indicadores iniciales, la probabilidad de su activación conjunta (hasta una fracción de segundo) es insignificante. Entonces basta con centrarse en el indicador más alto. Como resultado, se seleccionan un inversor y un UPS específicos.

Sin embargo, no es necesario hacer un cálculo exacto. Si no existe el objetivo de proporcionar energía de respaldo para absolutamente todos los dispositivos, sino solo para los más importantes, entonces, para una casa privada con un área de 150-300 m2, se pueden utilizar modelos con una potencia total de 3-6 kVA que puedan soportar es suficiente una potencia de arranque de hasta 9-12 kVA.

Calcular la capacidad requerida de la batería es bastante sencillo. Para ello, el volumen de consumo se divide por el voltaje de la batería, teniendo en cuenta el coeficiente de descarga parcial del dispositivo. Por ejemplo, para garantizar un consumo eléctrico de 4,5 kW x h, se requieren 500 A x h (4500 W / 0,75 x 12 V). Así, para que el equipo de la casa funcione durante 4 horas, se necesita una batería con una capacidad de 2000 A x h (4 x 500 A x h). Al mismo tiempo, tienen en cuenta el hecho de que un aumento en la capacidad de la batería conduce automáticamente a un aumento en el costo y el peso del dispositivo, por lo que es mejor instalar varias baterías de menor capacidad.

Además, cuando se corta la fuente de alimentación externa, casi nadie utiliza todos los equipos al mismo tiempo. De hecho, los valores anteriores serán suficientes para garantizar una estancia confortable en la casa durante 8 horas.

En general, los expertos recomiendan comprar para un edificio de este tipo ocho baterías con un voltaje de 12 V a 200 A x h cada una o diez baterías a 150 A x h. Y si desea ahorrar dinero, cuatro de estas baterías serán suficientes: ". soportará” todo el edificio 1-1, 5 horas y garantizará el funcionamiento del mínimo requerido de dispositivos durante 3-4 horas. Si los cortes de energía son más prolongados y pueden durar de 1 a 2 días, lo primero que debe hacer es calcular en qué equipo puede ahorrar y solo entonces planear ampliar las secciones de la batería.

Instalación

A pesar de la aparente complejidad del PSA, la cantidad de trabajos de instalación eléctrica necesarios para conectarlo es prácticamente mínima. Después de todo, todas las "cargas" domésticas están conectadas al panel eléctrico. Basta con instalar un SAI con batería y un inversor cerca y conectar este último a la red entre los consumidores y el cuadro de distribución.

El PSA requiere un espacio pequeño. Aproximadamente 0,5-1 m2 son suficientes. Es importante elegir la habitación adecuada. PSA se puede instalar en habitaciones sin calefacción, ya que la mayoría de los modelos de baterías modernos toleran fácilmente un enfriamiento de hasta -20 ° C. Sin embargo, son menos susceptibles a la humedad y la condensación de humedad. Además, cuando la temperatura exterior disminuye, la capacidad de la batería cae entre un 10 y un 20%. El tiempo de carga también aumenta. Por lo tanto, es mejor ubicar el PSA en un lugar donde la temperatura se mantenga constantemente alrededor de 0°C y haya buena ventilación. Podría ser un garaje, un sótano construido adecuadamente o un cuarto de servicio.

El inversor y el UPS se montan en la pared y las baterías se instalan cerca, generalmente a lo largo de la pared o en una cadena en un estante o bastidor. Se venden unidades especiales de alimentación redundante con áreas preparadas para la colocación de equipos. También está permitido instalar el PSA en un armario cerrado perforado, donde también estará protegido de niños y mascotas.

Durante el trabajo, es importante garantizar conexiones de cables de alta calidad de todos los componentes; entonces el PSA durará muchos años. Después de la instalación, no será necesaria intervención en el funcionamiento del sistema durante todo el período de funcionamiento. Sólo necesitas limpiar el polvo periódicamente.

Ventajas del sistema

Respuesta prácticamente instantánea (en milisegundos) en caso de un corte de energía. La mayoría de los aparatos eléctricos modernos, incluso los de alta precisión, no "notan" la transición de una fuente de alimentación estándar a una autónoma.
- Capacidad para soportar sobrecargas importantes.
- Protección de equipos contra sobretensiones, desequilibrios de fases y otros “caprichos” de la red.
- Capacidad para realizar sus funciones bajo cargas ligeras sin comprometer la longevidad del sistema.
- Funcionamiento casi silencioso.
- Respetuoso con el medio ambiente, no daña el medio ambiente en comparación con el uso de generadores diésel.

Muy a menudo es necesario proporcionar energía de respaldo a su dispositivo. Este artículo analiza 4 formas de proporcionarlo.

lo mas simple

La forma más sencilla de cambiar a energía de respaldo es con 2 diodos.

Sólo estará abierto uno de los diodos, procedente de la fuente de alimentación cuyo voltaje sea mayor. Las ventajas del esquema son la simplicidad y el bajo costo. Las desventajas del circuito son obvias: la dependencia del voltaje de carga de la corriente, el tipo de diodo (Schottky o regular) y la temperatura. El voltaje siempre será menor que el de la fuente por la cantidad de caída de voltaje a través del diodo.

Un poco mas complicado

Este circuito es un poco más complicado, funciona de la siguiente manera: cuando el voltaje VCC está presente y es mayor que el voltaje de la fuente de respaldo (en este caso es la batería BT2), entonces el mosfet se cierra, porque el El voltaje en la Puerta es mayor que en la Fuente, el paso de voltaje a la carga y a la Fuente está asegurado por el diodo abierto D3. Cuando VCC desaparece, el voltaje en la Puerta desaparecerá con él, pero el diodo dentro del Mosfet se abrirá, proporcionando voltaje en la Fuente, y como ahora hay voltaje en la Fuente, pero no en la Puerta, el transistor se abrirá. completamente, asegurando el encendido de la batería sin pérdida de tensión. Este método es excelente para cambiar la alimentación del módulo GSM, seleccionamos el voltaje externo de 4,5 V, luego llegarán 4,2-4,3 V al módulo a través del diodo D3 y el voltaje de la batería fluirá sin pérdidas.

Caro pero sin pérdida

Sin pérdida de voltaje, puede cambiar las fuentes utilizando microcircuitos especiales, en particular la hoja de datos de descarga LTC4412. Sin embargo, este microcircuito puede ser escaso y costoso.

Óptimo sin pérdidas

Bueno, hemos llegado al método óptimo, sin pérdidas. Primero, veamos el diagrama de bloques del LTC4412.

Inmediatamente queda claro que no tiene nada de complicado, así que ¿por qué no repetirlo en elementos discretos? El bloque PowerSorceSelector es una matriz de dos diodos que proporciona energía al resto del circuito, A1 es un comparador, AnalogController no está claro qué, pero podemos suponer que no hace nada particularmente importante, más adelante quedará claro por qué;

Intentemos representar esto.

DA3 es un comparador. Compara los voltajes en dos fuentes. Alimentado por diodo D4 o D5. Cuando el voltaje en VCC es mayor que el de la batería, la salida del comparador sube, esto cierra VT2 y abre VT3 porque está conectado a la salida a través del inversor. Así, VCC pasa a la carga sin pérdidas. En el caso de que VCC sea menor que la batería, el nivel bajo en la salida del comparador cerrará VT3 y abrirá VT2.

Debo decir algunas palabras sobre la elección de piezas. DA3, DD1 deben tener un consumo aceptable en un sistema determinado; la elección es muy amplia, desde unos pocos miliamperios hasta cientos de nanoamperios (por ejemplo, MCP6541UT-E/OT y 74LVC1G02). Los diodos son necesariamente Schottky, si la caída en el diodo es superior al umbral de apertura del transistor (y para el IRLML6402TR puede ser -0,4 V), entonces no podrá cerrarse por completo.