AVT-5274.pdf
(
997 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
PROJEKTY
AVT
5274
Monitor napięć do
ładowarek i zasilaczy
buforowych
Dodatkowe materiały
na CD i FTP
AVT-5274 w ofercie AVT:
AVT-5274A – płytka drukowana
AVT-5274B – płytka drukowana + elementy
W artykule przedstawiono moduł do zasilaczy buforowych
i ładowarek, realizujący funkcję kontroli napięć na poszczególnych
stopniach układu zasilającego, alarmujący za pomocą sygnalizacji
dźwiękowej i świetlnej w przypadku wystąpienia anomalii zasilania
oraz zabezpieczający akumulator zasilacza przed uszkodzeniem.
Rekomendacje:
Pożyteczny i uniwersalny moduł nadzorujący
obecność napięcia sieci, stan poszczególnych bezpieczników,
kontrolujący parametry napięcia na wejściu i wyjściach. Ma funkcję
automatycznego odłączenia akumulatora, zabezpieczając go tym
samym przed zniszczeniem na skutek głębokiego wyładowania.
Podstawowe informacje:
Sygnalizuje:
• obecności za bezpiecznikiem głównym
napięcia sieci 230 VAC,
• poziomu napięcia na wejściu zasilacza/
ładowarki,
• poziomu napięcia za bezpiecznikiem na
wyjściu ładowarki,
• obecności napięć na poszczególnych wyjściach
zasilacza (4 niezależne tory).
• Dołączenie do monitorowanych obwodów za
pomocą złącz ARK.
• Jednostronna płytka drukowana o wymiarach
166 mm ×80 mm.
• Układ analogowy działający bez
mikrokontrolera.
• Zasilanie: 12 VDC, pobór prądu ok. 200 mA.
W praktyce konstruktorskiej niejedno-
krotnie miałem potrzebę zbudowania źródła
zasilania gwarantującego dużą niezawodność
(systemy alarmowe, automatyka budynków,
oświetlenie awaryjne). Zastosowanie akumu-
latora żelowego 12 V/7 Ah i prostej ładowarki
buforowej (np. AVT 2309) nie zawsze było
rozwiązaniem optymalnym. Głównie za spra-
wą braku informacji zwrotnej o ewentualnej
awarii układu zasilającego, a co gorsza – bra-
ku zabezpieczenia akumulatora przed głębo-
kim rozładowaniem. Proponowany moduł
wraz z odpowiednim transformatorem, ukła-
dem ładowarki buforowej (np. wspomniana
AVT2309) i akumulatorem żelowym (np.
12 V/7 Ah) da w efekcie przyzwoity zasilacz
bezprzerwowy (UPS) dostarczający napięcie
12 V.
Moduł decyduje o wszczęciu (lub nie) sygna-
lizacji alarmowej i ewentualnego odłączenia aku-
mulatora na podstawie nadzorowanych:
- obecności napiecia za bezpiecznikiem głów-
nym napięcia sieci 230V AC,
- poziomu napięcia na wejściu zasilacza / ła-
dowarki,
- wartości napięcia za bezpiecznikiem na wyj-
ściu ładowarki,
- obecności napięć na poszczególnych wyj-
ściach zasilacza (cztery niezależne tory za-
bezpieczone oddzielnymi bezpiecznikami).
Zasilacz zbudowany w oparciu o prezen-
towany tu moduł zapewnia cztery niezależne
tory zasilania, każdy zabezpieczony oddzielnym
bezpiecznikiem i indywidualnie nadzorowany
pod kątem obecności napięcia. Dzięki takiemu
rozwiązaniu jest możliwe zasilanie z jednego
Dodatkowe materiały na CD i FTP:
ftp://ep.com.pl
, user:
10142
, pass:
5x7bu87r
• wzory płytek PCB
• karty katalogowe i noty aplikacyjne
elementów oznaczonych w
wykazie
elementów
kolorem czerwonym
Projekty pokrewne na CD i FTP:
(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)
AVT-5086 Programowany 4-kanałowy
komparator/woltomierz
(EP 11/2002)
AVT-2857 Moduł woltomierza i amperomierza
(EdW 3/2008)
zasilacza czterech niezależnych podsystemów
(przykładowo: centralka alarmowa, sieć czujek
i sygnalizatorów, podsieć automatyki, oświetle-
nie awaryjne). Zanik napięcia w danym torze
(najprawdopodobniej przepalenie się bezpiecz-
38
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
Monitor napięć do ładowarek i zasilaczy buforowych
Pierwszy nie wymaga specjalnego komenta-
rza. Rolę detektora napięcia sieci przejmuje cewka
przekaźnika włączona bezpośrednio do napięcia
sieci 230 VAC. W przypadku chęci wykorzystania
transoptora w roli detektora napięcia sieci, spra-
wa jest nieco bardziej skomplikowana. Konieczne
będzie w tym celu wyprostowanie i obniżenie
napięcia sieci 230 VAC do wartości ok. 1,4 V od-
powiedniego dla diody LED zawartej w struktu-
rze transoptora OC1. Przy takim napięciu przez
diodę popłynie prąd o wartości ok. 10 mA. Nie
trudno zatem wyliczyć, że na włączonym w celu
uzyskania takiego napięcia szeregowo z diodą re-
zystorze o wartości (230 V...1,4 V)/0,01 A≈11,5 V
wydzieli się aż (230 V...1,4 V)×0,01 A≈4,5 W m
ocy. To stanowczo za dużo (duży, grzejący się,
5 W rezystor, niepotrzebne straty mocy). Dla wy-
eliminowania tych strat zastosowano klasyczną
aplikację zasilacza beztransformatorowego opar-
tego na szeregowo włączonej pojemności. Wystę-
puje na niej przesunięcie fazowe pomiędzy na-
pięciem i prądem dzięki czemu straty mocy będą
w tym wypadku praktycznie żadne. Musi to być
oczywiście kondensator przystosowany do pracy
przy napięciu przemiennym 230 V. Pozostałe,
bardziej szczegółowe informacje dotyczące budo-
wy zasilaczy beztransformatorowych zostały wy-
czerpująco opisane w Elektronice Dla Wszystkich
09/2000. Należy jednak pamiętać, że w przypad-
ku realizacji bloku detekcji napięcia w wersji z za-
silaczem beztransformatorowym separacja gal-
waniczna od reszty układu następuje dopiero na
transoptorze, w związku z czym na elementach
R1...R4, C1, C2, BR1, D1, OC1 występuje pełne,
niebezpieczne dla życia napięcie sieci 230 V (za
mostkiem BR1 jest to w dodatku napięcie stałe!).
W związku z powyższym ten wariant polecany
jest wyłącznie dla doświadczonych i świado-
mych omawianych tu zagadnień elektroników.
Gdy dioda LED zawarta w strukturze transopto-
ra OC1 świeci bądź załączony został przekaźnik
PK2 tranzystor T1 (wysterowany w spoczynku za
pośrednictwem R5, R6) zostaje zatkany, w konse-
kwencji czego zatkany zostaje również tranzystor
T2 (za pośrednictwem rezystorów R7, R8). Blok
detekcji napięcia sieci nie załącza w tym stanie
bloku alarmowania, co zmieni się gdy przekaźnik
/ dioda wewnątrz OC1 zostanie wyłączona.
Kontrola poziomu napięcia na wejściu łado-
warki
W układach ładowania wymaga się aby na-
pięcie na wejściu ładowarki było odpowiednio
większe względem rzeczywistego napięcia ła-
dowania akumulatora. Zbyt niskie napięcie na
Rys. 1. Schemat ideowy.
nika) nie zaburzy funkcjonowania pozostałych
podsystemów, a jednocześnie zostanie „zauwa-
żone” przez układ zasilacza, który o takim fakcie
zacznie alarmować.
Budowa
Schemat ideowy układu monitorującego
pokazano na
rysunku
1
. Składa się on z pięciu
zasadniczych bloków funkcjonalnych: bloku
detekcji napięcia sieci 230 VAC, bloku nadzoro-
wania poziomu napięcia na wejściu ładowarki,
bloku nadzorowaniu poziomu napięcia na wyj-
ściu ładowarki, bloku kontroli obecności napięć
na wyjściach zasilacza oraz układu alarmującego.
Detekcja napięcia sieci 230 VAC
Na płytce modułu istnieje możliwość zreali-
zowania tego bloku na dwa sposoby. Pierwszy
– teoretycznie bezpieczniejszy i nieco prostszy,
z wykorzystaniem popularnego przekaźnika
RM84 (PK2) z cewką o kodzie 5230 (na 230 VAC).
Drugi – z wykorzystaniem zasilacza beztransfor-
matorowego i transoptora.
39
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
PROJEKTY
wejściu ładowarki (awaria tego rodzaju może być
trudna do wykrycia) może sprawić, że będzie ona
działała wadliwie. Akumulator nigdy nie będzie
w pełni doładowywany, bądź wystąpią inne nie-
kontrolowane i potencjalnie trudne do zdiagno-
zowania okoliczności mogące doprowadzić do
uszkodzenia akumulatora bądź poważnie wpły-
nąć na jego parametry (np. trwałej utraty pojem-
ności). Przykładowo dla ładowarki AVT 2309 wy-
maga się, aby napięcie wejściowe wynosiło przy-
najmniej 15,5 V (zalecane 15,5...18 V). Kontrola
poziomu napięcia na wejściu ładowarki została
zrealizowana w oparciu o komparator zbudowa-
ny z wykorzystaniem wzmacniacza operacyjnego
TL081 (U3) oraz wysokostabilnego źródła napię-
cia odniesienia 2,5 typu LM385-2.5 (U4). Kom-
parator porównuje napięcie wzorcowe z wyjścia
układu U3 z napięciem uzyskanym na dzielniku
R17, PR2, R18. W momencie gdy napięcie usta-
wione na dzielniku (potencjalna awaria układu
zasilającego ładowarkę) zaczyna być mniejsze od
napięcia wzorcowego (2,5 V) wówczas kompara-
tor wystawi na wyjściu stan wysoki, co spowo-
duje zaświecenie się diody LED (D3) oraz wyste-
rowanie za pośrednictwem R21 tranzystora T5,
który z kolei załączy tranzystor T6 (w spoczynku
zatkany za przyczyną R23, R24). Tranzystor T6
załączy blok alarmowania akustycznego. Wartość
82k rezystora R21 (R13) zapewnia (przynajmniej
w układzie modelowym) prawidłowe otwieranie
i zamykanie tranzystora T5 (T3) przy zmianach
na wyjściu komparatora. Gdyby jednak był z tym
kłopot, można bazy tranzystorów T3, T5 podcią-
gnąć odpowiednim rezystorem do masy.
Kontrola napięcia na wyjściu ładowarki
Ten blok został zrealizowany analogicznie do
poprzedniego. U1 jest wzmacniaczem operacyj-
nym, U2 układem napięcia odniesienia. Dodatko-
wą funkcją tego bloku jest odłączenie akumulato-
ra zanim akumulator osiągnie napięcie głębokie-
go rozładowania (przykładowo, dla akumulatora
12 V, 7 Ah wynosi ono 10,5 V). Wykrycie zbyt
niskiego napięcia (spadek poniżej 11 V) na dziel-
niku R9, PR1, R10 (napięcie wyjścia ładowarki /
napięcie na akumulatorze) spowoduje załączenie
diody LED (D2) za pośrednictwem R14) oraz, za
pośrednictwem R13 wysterowanie tranzysto-
ra T3 oraz T4 (normalnie zatkanego przez R15
i R16), co uaktywni blok alarmowania akustycz-
nego. Dodatkowo, za pośrednictwem R39 nastąpi
zatkanie normalnie włączonego tranzystora T12,
w konsekwencji wyłączenie przekaźnika PK1, co
spowoduje odłączenie akumulatora, zabezpiecza-
jąc go tym przed zgubnymi skutkami głębokiego
rozładowania. Dioda D10 gasi niebezpieczne dla
elektroniki szpilki napięcia indukującego się pod-
czas zwalniania kotwicy przekaźnika PK1. Może
się okazać, że napięcie na akumulatorze spadnie
do niebezpiecznego poziomu na skutek awarii
układu zasilającego. Ponieważ układ zasilany jest
alternatywnie (poprzez diody D8, D9) z napięcia
na wejściu i wyjściu ładowarki, w podobnej sy-
tuacji zabraknie obu tych napięć, i trudno będzie
stwierdzić, gdzie leży przyczyna awarii (wskaź-
niki na diodach LED również przestaną działać).
Aby ustalić przyczynę należy w takim wypadku
wcisnąć na kilka chwil przycisk S1. Analiza kon-
trolek LED pozwoli na ustalenie przyczyny awa-
rii i sprawne usunięcie usterki.
Kontrola obecności napięć na poszczególnych
torach wyjściowych zasilacza.
Układ kontroli obecności napięć zbudowano
z użyciem rezystorów R25...R36, diod D4...D7
i D11...D14 oraz tranzystorów T7...T10. Omówię
zasadę działania jednego z czterech identycz-
nych torów.
Jeśli Ne wejściu 2 złącza CON10 pojawi się
napięcie (jego brak oznacza przepalony bezpiecz-
nik, lub brak napięcia jeszcze przed bezpieczni-
kiem) za pośrednictwem R25 zaświeci się dioda
LED D4 a przez diodę D11 oraz R29 napięcie to
dotrze również do bazy tranzystora T7 normalnie
załączonego za sprawą R36. Brak tego napięcia
spowoduje wygaszenie diody LED D4 oraz załą-
czenie tranzystora T7, który uruchomi blok alar-
mowania. Diody D11…D14 zabezpieczają przed
cofaniem się napięć z baz tranzystorów D4…D7
co skutecznie zaburzyło by prawidłowe funkcjo-
nowanie układu.
Układ alarmujący
Wykonano go w oparciu o popularny
układ NE555 (U5). Jego rolą jest generowanie
Wykaz elementów
Rezystory:
R1: 220
V
/0,5 W
R2, R3: 47 k
V
R4, R6, R8, R16, R24...R32, R38, R39: 1 k
V
R5, R7, R15, R23: 4,7 k
V
R9, R17: 330 k
V
R10, R18: 100 k
V
R11, R19, R33...R36: 10 k
V
R12, R20: 1,5 k
V
R13, R21: 82 k
V
R14, R22: 510
V
R37: 360 k
V
PR1, PR2: 20 k
V
PR3: 100 k
V
Kondensatory:
C1: 220 nF/630 V
C2: 100
M
F/25 V
C3: 10 nF
C4: 470 nF
Półprzewodniki:
U, U3: TL081
U2, U4: LM385-2.5
U5: NE555
D1: dioda Zenera 12 V
D2, D3: LED 5 mm (czerwona)
D4...D7: LED 5 mm (zielona)
D8...D10: 1N4007
D11...D14: 1N4148
BR1: mostek prostown. 1 A
T1, T3, T5, T11, T12: BC547
T2, T4, T6, T7...T10: BC557
Inne:
S1: mikroprzycisk
BUZ1: buzzer z generatorem
CON1...CON7, CON9, CON11...CON13:
ARK2 5 mm
CON8, CON10: ARK3 5 mm
CON14...CON16: goldpin 2×1
PK1: przekaźnik JZC-20F z cewką 12 V
PK2: opcjonalny przekaźnik RM84 z cewką
230 V AC
Rys. 2. Schemat montażowy.
40
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
Monitor napięć do ładowarek i zasilaczy buforowych
impulsów prostokątnych o zadanej częstotli-
wości i określonym wypełnieniu (ciąg impul-
sów pojawia się na wyprowadzeniu 3 układu
U5 i za pośrednictwem R38 oraz T11 uru-
chamia buzzer z wbudowanym generatorem
(BUZ1). Gdyby ktoś chciał poeksperymen-
tować z ustalonymi przez autora wartościa-
mi elementów (zmienić sygnał alarmowania
w sposób przekraczający możliwości, które
pozostawia potencjometr PR3) może do tego
celu wykorzystać freeware-ową aplikację do-
stępną pod adresem:
http://bc107.republika.pl/
leży rozpocząć montaż układu. Płytka umoż-
liwia łatwe zamocowanie modułu w dowol-
nej obudowie (posiada 6 otworów na wkręty
mocujące M3). Ponadto zawiera komplet wy-
godnych złączy śrubowych, rozwiązując tym
samym problem stosowania podczas budowy
zasilacza buforowego wielu kostek elektroin-
stalacyjnych (w tym mocowania ich do obu-
dowy). Wygodę montażu układu w miejscu
docelowego przeznaczenia zwiększa również
dokładny i dobrze widoczny opis każdego ze
złącz śrubowych, wobec czego trud montażu,
przekładającego się na ewentualną pomyłkę
został zmniejszony do minimum.
Sugerowana kolejność montażu: (wersja
z zasilaczem beztransformatorowym w bloku
detekcji napięcia sieci): zwory (ZW1...ZW3),
dioda Zenera D1, diody sygnałowe (D11,
D14), rezystory (R2...R41, za wyjątkiem R1
ze względu na większe jego gabaryty), diody
prostownicze (D8...D10), podstawki pod ukła-
dy scalone (OC1, U1, U3, U5), potencjome-
try (PR1...PR3), tranzystory T1...T12, źródła
napięcia odniesienia (U2, U4), kondensatory
ceramiczne (C3, C4),
rezystor R1, buzzer
BUZ1, diody LED
(D2…D7), listwy gold-
pin (CON14...CON16),
złącza śrubowe (CON1…CON13), mikroprzy-
cisk (S1), mostek (BR1), kondensator elektroli-
tyczny C2, kondensator C1, przekaźniki PK1.
Na końcu pozostaje osadzić układy scalone
w podstawkach. W przypadku wersji z prze-
kaźnikiem w roli detektora napięcia
sieci 230V AC nie należy montować
elementów: R1...R3, C1, C2, BR1,
D1, R4, OC1 a zamiast nich zamon-
tować przekaźnik PK2.
Przykładowe użycie prezen-
towanego modułu z ładowarką na
przykładzie ładowarki AVT 2309 za-
prezentowano na
rysunku
3
.
Po zmontowaniu, odpowied-
nim podłączeniu transformatora,
ładowarki, modułu kontroli napięć,
bezpieczników i akumulatora oraz
wyregulowaniu progów zbyt ni-
skiego napięcia dla wejścia (w tym
przykładzie 15,5 V) i wyjścia (w tym
przykładzie 11 V) układu ładują-
cego, przy jakich ma zadziałać alarm / odłą-
czenie akumulatora (odpowiednio PR2, PR1)
urządzenie jest gotowe do pracy.
M. Ciszewski
mciszewski@elportal.pl
programy/timer.exe
stanowiącą wygodny, „kli-
kalny” kalkulator parametrów układów opar-
tych na kostkach NE555 (cztery podstawowe
koniguracje). Koniguracji układu z artykułu
odpowiada zakładka „Astabilny 3”. Sygnał
alarmowy uruchamiany jest w przypadku
wykrycia dowolnej z możliwych awarii (gdy
załączy się dowolny z tranzystorów T2 (brak
napięcia sieci 230 VAC), T4 (nieprawidłowy
poziom napięcia na wejściu ładowarki), T6
(nieprawidłowy poziom napięcia na wyjściu
ładowarki) T7...T10 (brak któregoś z napięć
wyjściowych).
Montaż i uruchomienie
Schemat montażowy monitora napięć
pokazano na
rysunku
2
. Dla układu zapro-
jektowano jednostronną płytkę drukowaną
o wymiarach 166×80 mm. Płytka wymaga
zamontowania trzech zworek, od których na-
Rys. 3. Przykładowy schemat połączeń
pomiędzy modułem prezentowanym
w artykule a ładowarką AVT 2309
41
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 1/2011
Plik z chomika:
zck68
Inne pliki z tego folderu:
AVT-01.pdf
(581 KB)
AVT-02.pdf
(436 KB)
AVT-2004.pdf
(990 KB)
AVT-2126.pdf
(1295 KB)
AVT-2270.pdf
(237 KB)
Inne foldery tego chomika:
Listingi
Program mikrokontrolera
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin