Diagrama de fuente de alimentación de respaldo de 12 voltios. Alimentación ininterrumpida para tus aparatos electrónicos

Solo podía funcionar cuando desaparecía el voltaje de la fuente principal; no podía proteger la carga de una disminución o aumento de voltaje. Estas deficiencias se han corregido en la nueva versión del dispositivo, a saber:

1. El dispositivo no cambiará la carga a la fuente de alimentación de respaldo incluso si el voltaje de la fuente principal es bajo.

El dispositivo no es capaz de funcionar con un voltaje inferior a 6 voltios.

El dispositivo no protegerá la carga si el voltaje aumenta por encima del valor permitido.

La nueva versión del dispositivo tiene características significativamente mejoradas.

Capaz de operar con voltaje de entrada de fuente principal de 6 a 15 V.

Protección de carga contra bajo o sobre voltaje. Se utilizan dos comparadores para controlar el voltaje de la fuente principal. Cuando la fuente de voltaje principal está apagada, el funcionamiento del dispositivo es similar a su versión anterior.

La corriente consumida por la carga está limitada únicamente por la corriente máxima que pueden soportar los contactos del relé electromagnético utilizado.

El dispositivo funciona con una fuente de alimentación de respaldo de 12 V y consume una corriente de aproximadamente 100 mA. Si el voltaje de la fuente principal es inferior a 12 voltios, debe usar un estabilizador y conectarlo al espacio que se muestra en el diagrama. y también establecer los umbrales de protección mediante resistencias de construcción.

Operación del dispositivo

El voltaje de la fuente principal se suministra a las resistencias R6 y R12 desde donde se suministra el voltaje a las entradas de los comparadores, donde se compara con el voltaje proveniente del estabilizador VR1. Se utiliza un estabilizador VR1 separado para garantizar que cuando cambia el voltaje de la fuente de energía de respaldo, los umbrales de protección no cambian. Describiré brevemente para qué están destinadas estas resistencias de recorte. La resistencia R12 es responsable de activar la protección cuando el voltaje cae por debajo del umbral mínimo establecido por esta resistencia. En mi caso, este umbral es de 10,5 voltios, y para configurarlo, con un voltaje de entrada de 10,5 voltios, utilizando esta resistencia, ajuste el voltaje en el pin 7 del comparador a 1,3 V, que es inferior al umbral de funcionamiento de el comparador, dado que el voltaje en el sexto tramo del microcircuito es de 1,65 voltios, la protección funcionará inmediatamente. La resistencia R6 es responsable de disparar la protección en caso de un aumento crítico en el voltaje de la fuente principal. En mi caso, el voltaje máximo está fijado en 13 voltios. A este voltaje, la resistencia R6 se debe configurar a 4 voltios en el quinto tramo del microcircuito, lo que activará la protección y cambiará la carga a la fuente de respaldo. Gracias a estas resistencias, la protección se activa cuando el voltaje baja a 10,5 voltios o aumenta a 13.

La parte más interesante del circuito es el conjunto ensamblado en los microcircuitos DD1 y DD2. En realidad es un circuito de protección. Las dos entradas de este nodo están conectadas a comparadores, pero para que aparezca un nivel lógico de 1 en el pin 8 del microcircuito DD1 y funcione la protección, se deben crear ciertas condiciones. Este nodo también es interesante porque aparecerá uno lógico en la salida 8 de DD1.1 si hay estados lógicos idénticos en las entradas, ya sea dos 0 o dos 1. Si hay un 1 en una entrada y un 0 en la otra, la protección no funcionará.

El circuito de protección funciona de la siguiente manera. Con un voltaje de entrada normal de la fuente principal, solo funciona el comparador DA1.2, ya que el voltaje está por encima del umbral mínimo de apagado y por lo tanto el transistor de salida abierto del comparador DA1.2 cierra los pines 4 y 5 del elemento DD2.4. a tierra, que es similar al estado lógico 0, y en las entradas 1 y 2, los elementos DD2.3 tienen un voltaje de aproximadamente 4,5 - 5 voltios, que es similar al estado del 1 lógico, ya que el voltaje no alcanza 13 voltios y el comparador DA1.1 no funciona. En esta condición, la protección no funcionará. Cuando el voltaje de la fuente principal aumenta a 13 voltios, el comparador DA1.1 comienza a funcionar, el transistor de salida se abre y, al cortocircuitar las entradas 1 y 2 de DD2.3 a tierra, crea a la fuerza un nivel lógico de 0, forzando así Aparece un nivel lógico de 0 en ambas entradas y se activa la protección. Si el voltaje cae por debajo del umbral mínimo, entonces el voltaje suministrado al séptimo tramo del comparador cae a un nivel inferior a 1,65 voltios, el transistor de salida se cerrará y dejará de conectar las entradas 4 y 5 del elemento DD2.4 a tierra, lo que conducirá al ajuste de voltaje en las entradas 4 y 5 4,5 - 5 voltios (nivel 1). Dado que DA1.1 ya no funciona y DA1.2 se ha detenido, se crea una condición bajo la cual aparecerá un nivel lógico en ambas entradas de la unidad de protección y funcionará. El funcionamiento del nodo se muestra con más detalle en la tabla. La tabla muestra los estados lógicos en todos los pines de los microcircuitos.

Tabla de estados lógicos de elementos de nodos.

Configurando el dispositivo

Un dispositivo correctamente ensamblado requiere un ajuste mínimo, es decir, establecer umbrales de protección. Para hacer esto, en lugar de la fuente de voltaje principal, debe conectar una fuente de alimentación regulada al dispositivo y usar resistencias de recorte para establecer los umbrales de protección.

Aspecto del dispositivo

Ubicación de piezas en la placa del dispositivo.

Lista de radioelementos

Parte 2: Creación de un controlador sencillo para una batería de plomo-ácido.

Comencemos definiendo los parámetros del controlador.

Dado que se necesitaba una versión bastante simple del controlador de carga/descarga, no existían requisitos serios para los parámetros.

1. Es necesario proteger la batería contra sobrecargas. En mi caso, la corriente de la empresa conjunta no supera los 1,4A, por lo que no es necesario limitarla. Pero el voltaje final durante la carga debe limitarse debido a que la empresa conjunta puede producir hasta 20 V (consulte los cálculos anteriores).

2. Es necesario protegerlo de descargas. Por ejemplo, apague toda la carga cuando el voltaje caiga al nivel que configuramos.

3. Haga una pantalla LED para mayor claridad.

Para limitar el voltaje de carga final, utilicé la inclusión estándar del estabilizador de voltaje LM317, que limita el voltaje a 13,6 V.

Para eliminar la posibilidad de descarga de la batería, utilizaremos el amplificador operacional LM358, que monitoreará el voltaje de nuestra batería y, cuando baje a 10V, apagará toda la carga.

Además, el LM358 es un amplificador operacional “dual”, por lo que también implementaremos la indicación LED en este chip.

Brevemente según el esquema. KN1: un botón sin fijación, es un disparador para encender la carga (por ejemplo, iluminación de respaldo). KN2 – desconexión forzada de carga. El relé debe tener una tensión de alimentación de 12V. La corriente del relé se selecciona en función de la carga.

El funcionamiento del circuito consiste en monitorear el voltaje en la batería mediante el microcircuito y, cuando el voltaje cae al nivel establecido por la resistencia de recorte, el voltaje en el pin 1 del microcircuito desaparece para alimentar el relé y el relé se apaga. . En este caso, todo el circuito se desenergiza, es decir, la carga se apaga.

Pero la segunda parte del microcircuito, responsable de la visualización, funciona al revés. Cuando la segunda resistencia de recorte reduce el voltaje al nivel establecido, aparece una corriente en el pin 7 y, en consecuencia, el LED se enciende.

Configurar el circuito se reduce a configurar los voltajes de respuesta.

Para hacer esto, necesitamos una fuente de alimentación con control de voltaje continuamente variable.

Conectamos la fuente de alimentación a la “entrada de 12-15V de la batería” (simulamos una batería) y suministramos un voltaje de 12V. Luego, presione KH1 y escuche cómo funciona el relé.

Reduzca suavemente el voltaje de suministro a 10 V. Luego giramos la resistencia de sintonización en el tercer pin del microcircuito y nos aseguramos de que el circuito esté apagado. Así, cuando la batería se descarga a 10V, nuestro circuito se apagará solo y protegerá la batería de una descarga profunda.

Configuramos el voltaje de respuesta del LED de la misma manera. Debería encenderse a 11v en la fuente de alimentación.

Como resultado: cuando el voltaje baja a 11V, el LED se enciende, indicando el apagado inminente de todo el circuito. Y si baja el voltaje de la batería de 10V, todo el circuito se apagará.

Las placas de circuito impreso se colocan in situ y, mediante el método LUT, se graban en cloruro férrico.

Unidad limitadora de tensión de carga.

Unidad de control de descarga de batería.

Utilicé una caja de un CD-ROM antiguo como carcasa para el controlador.

Durante el funcionamiento, necesitaba indicaciones adicionales de la corriente de carga, el consumo de corriente de carga y el voltaje de la batería. Para hacer esto, pedí indicadores prefabricados a ALI y los conecté a los circuitos apropiados.

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 esquema 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 suministro de energía 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 tensión de alimentación 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 el principal: la fuente de alimentación principal. 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) con 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 una tensión 2 V mayor que el ánodo del diodo inferior HL1 (rojo), el LED bicolor de dos ánodos HL1 se ilumina en verde, indicando el 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 suministro eléctrico 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 (figura 10.9), las resistencias R1 y R2 suprimen el exceso de tensión de red. Ésta no es la solución más económica al problema, pero con un bajo consumo de corriente está bastante justificada. 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 (un análogo de 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.

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: 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.

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 medio de la noche y la alarma no suena a tiempo, podría perderse 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 directa permitida que excede la corriente de la fuente de alimentación);
• conector macho para tensión 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 en el rango de 7 a 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.