Zasilacz sieciowo/bateryjny do uP (problem z kondensatorem)

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 07 lis 2011, 0:51

Witam,

Zaprojektowałem i wykonałem do urządzenia mikroprocesorowego zasilacz według załączonych rysunków (podzielony na dwie części ze względu na ograniczenie rozmiaru obrazów na forum). Zasilacz może posiadać dwa źródła napięcia: sieciowe, dołączone do złącza CON1 lub bateryjne, dołączone do złącza CON2.

W punkcie oznaczonym „AC/DC” mikrokontroler dokonuje sprawdzenia, czy obecne jest sieciowe źródło napięcia. Pin mikrokontrolera (AVR) skonfiguraowany został jako wejście bez rezystora podciągającego.

Problem polega na tym, że gdy na złączu CON2 występuje napięcie 9V, zaś na złączu CON1 nie ma żadnego napięcia, to kondensator C1 ładuje się do napięcia ok. 2,1V, które skutecznie uniemożliwia detekcję nieobecności napięcia na złączu CON1, gdyż w takim przypadku mikrokontroler widzi logiczną jedynkę w punkcie „AC/DC”. Zatem pytanie brzmi: jaką drogą ładuje się kondensator C1?

Dodam jeszcze, że mikrokontroler może być zasilany z trzeciego źródła (USB) i w przypadku, gdy jest z niego zasilany, a na złączach CON1 i CON2 nie ma napięć, to kondensator C1 nie ładuje się, co mogłoby teoretycznie wykluczyć ładowanie z portu mikrokontrolera.

Moje podejrzenie pada na diodę D3 i jej prąd wsteczny (reverse leakage current), ale pewności nie mam.

W chwili obecnej rozwiązałem problem poprzez dołączenie równolegle z C1 rezystora 10k, w takim przypadku utrzymuje się na nim napięcie ok. 70mV, ale tu już nie mam pewności co do wskazań multimetru.

Myślę, że zamiast równoległego rezystora z C1 bardziej „elegancko” byłoby zmniejszyć wartość R5, niestety nie wiem do jakiej wartości, ewentualnie jak to wyliczyć? Z drugiej strony, taki równoległy rezystor przy C1 pozwoli na jego szybsze rozładowanie, dzięki czemu urządzenie szybciej się „dowie”, że jest zasilane tylko z baterii.

Proszę również o ewentualne uwagi co do reszty obwodu zasilacza. Myślę, że „przedobrzyłem” z dzielnikiem R6-R7 i zamiast niego, bramkę T1 przyłączę bezpośrednio do R4-D5 (punkt „AC/DC”).

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 8:34

Ciekawy projekt. Jedyne co mi przychodzi do głowy z tym pomiarem AC/DC to właśnie złącze pomiarowe, które ładuje kondensator do napięcia 2.1V, ale mogę się mylić. A co to jest VBAT? Odłącz D3, będziesz wiedział, czy kondensator ładuje się przez diodę.

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 07 lis 2011, 9:28

Witam,

A co to jest VBAT?

Punkt pomiaru napięcia baterii.

Odłącz D3

Niestety nie mogę eksperymentować na tym układzie, gdyż będzie niedługo w użyciu, poza tym jest w wersji SMD - ale na przyszłość dobra sugestia.

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 07 lis 2011, 10:00

Witam,

Zbudowałem układ testowy wg. załączonego rysunku. Bez dwóch zdań kondensator ładuje się z powodu prądu wstecznego diody - doszedłem do ok. 4 V na jego okładkach, a napięcie ciągle rosło. Prąd ładowania początkowo wynosił ok. 10uA (o ile wierzyć multimetrowi).

Pozostaje więc pytanie: jak przeprojektować układ, aby działał poprawnie?

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 11:58

Mi chodziło o przerwanie obwodu D3 poprzez jej wylutowanie i podłączenie jedynie zasilania bat. 9V. Jeżeli kondensator ładuje się przez diodę to gdy nie będzie tego połączenia układ powinien wykryć brak napięcia i zadziałać prawidłowo, więc nie powinno się stać nic strasznego co uniemożliwi jego wykorzystanie w najbliższym czasie. Najprościej byłoby chyba wymienić na jakąś o innych parametrach, albo może dodać kolejną w szeregu. Bez eksperymentowania raczej się nie obejdzie.

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 12:09

Albo dodać równolegle z kondensatorem rezystor.

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 07 lis 2011, 12:32

Witam,

Albo dodać równolegle z kondensatorem rezystor.

W pierwszym poście napisałem, że tak zrobiłem.

więc nie powinno się stać nic strasznego co uniemożliwi jego wykorzystanie w najbliższym czasie.

Brak D3 spowoduje brak możliwości zasilania sieciowego - urządzenie musi działać z wykorzystaniem dowolnego z obu źródeł.

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 13:08

Chodziło mi jedynie o test czy kondensator będzie się dalej ładował, a nie permanentne usunięcie tej diody z obwodu. Jak masz hotair to powinno zająć nie wiecej jak 10 min.

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 13:12

Nie mogę pisać bo mnie wywala bez przerwy. Sprawdź też jak będzie z dwoma diodami w szeregu i jak układ zachowa się po wymianie diody D3 na inną. Jak nie chcesz ruszać płytki bez pewności czy zmiana przyniesie zakładany efekt to poeksperymentuj z układem testowym. Jeżeli napięcie się cofa przez diodę do kondensatora to dochodzi też do baterii przy zasilaniu sieciowym.

kris74 · Post autor: **kris74** » 07 lis 2011, 14:00

Jest jeszcze jedna opcja, oporniki R4 i R6 nie przed diodą D3 tylko za nią.

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 07 lis 2011, 14:57

Witam,

Jest jeszcze jedna opcja, oporniki R4 i R6 nie przed diodą D3 tylko za nią.

Nie ma takiej opcji;) R4 i D5 tworzą układ detekcji obecności napięcia sieciowego - jak dasz je za D3, to w punkcie "AC/DC" będzie stan wysoki niezależnie od napięcia na CON1 (bo wymusi go napięcie z CON2, czyli z baterii). Z R6/R7/T1 sytuacja jest podobna - służą do załączenia przetwornicy wtedy i tylko wtedy, gdy pojawi się napięcie sieciowe.

Ertew · Post autor: **Ertew** » 07 lis 2011, 19:20

No tak. Jeśli to nie upływność diody i elementy są sprawne to jedyną możliwa droga prowadziła by przez R8-T1-R6, co nie wygląda na drogę prawdopodobną.

Dołączenie rezystora 10k równolegle do kondensatora to dobry pomysł. Przy napięciu 20V na kondensatorze, straty na rezystorze to ok. 40mW, czyli moc pomijalnie mała przy zasilaniu sieciowym.
Jeśli chcesz eleganckiego rozwiązania to daj rezystor około 4k7 i diodę LED sygnalizującą podłączenie do sieci

Jeśli nie możesz tam dołożyć żadnego elementu, to ja bym zmniejszył wartości rezystorów w dzielniku R4-R5 lub R6-R7 tak aby nie zmienić podziału dzielnika a suma rezystancji wyniosła kilka k omów np. R6=2k2, R7=4k7 lub R6=4k7, R7=10k.
Zmiana R4-R5 wymaga uwzględnienia dopuszczalnego prądu wstecznego zenerki D5

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 07 lis 2011, 23:27

Ja wpadłem na jeszcze inny pomysł. Zastosowanie przekaźnika ze stykiem rozwiernym, który by się zwierał po zaniku napięcia w sieci. Wtedy zasilanie będzie prosto z baterii i nie trzeba robić żadnych pomiarów. Zamiast standardowego przekaźnika można by wykorzystać jakiś układ elektroniczny.

e-lektryk · Post autor: **e-lektryk** » 08 lis 2011, 0:03

Znowu nie mogę dodać nic do mojego ostatniego postu bo mam problemy z logowaniem. Też zastanawiałem się nad tą drogą, o której pisze Ertew (R8-T1-R6), ale wydała mi się mało prawdopodobna. Ja bym ten układ zbudował trochę inaczej. Mikrokontroler dokonuje selftest'u zasilania, od którego jest zależny. Moim zdaniem zasilanie powinno być niezależne dla tego proponuję nieco inne rozwiązanie, bo inaczej można by zamiast LM zaprządz do tego celu uC. Przekaźnik ze stykiem rozwiernym (rozwartym gdy zasilanie z sieci dostępne) i zwartym w przypadku zaniku napięcie sieciowego. Zwarcie styku powoduje przełączenie się (zamknięcie obwodu) na zasilanie bateryjne. Trzeba by jednak uwzględnić chwilowe zaniki i spadki napięcia w sieci i dodać jakiś kondensator / układ podtrzymujący zasilanie w trakcie przełączania. Zamiast standardowego przekaźnika można wykonać osobny układ elektroniczny.

Zasada działania ma wyglądać tak:
- gdy sieć on to bat. off
- gdy sieć off to bat. on

Można też dodać komparator badający spadek napięcia poniżej dolnej granicy działania przetwornicy, który będzie przełączał układ na zasilanie awaryjne, albo ustalić napięcie zasilania na np 12V i dać przekaźnik na 12V co będzie najprostszym rozwiązaniem.

atelszewski · Post autor: **atelszewski** » 08 lis 2011, 3:46

Witam,

No tak. Jeśli to nie upływność diody

Ja jestem przekonany, że to upływność diody - patrz doświadczenie, które przeprowadziłem wcześniej (dwie diody i kondensator).

Jeśli chcesz eleganckiego rozwiązania to daj rezystor około 4k7

W następnej wersji będzie właśnie 4k7 przy C1 (straty ok. 100mW przy U=22V). LED nie dam, bo nie mam eleganckiej drogi na dodanie jej do obudowy (zależy mi na jakości), a program działa w ten sposób, że przy zasilaniu sieciowym LCD jest cały czas podświetlany, zaś przy zasilaniu bateryjnym, wygasza się po określonym czasie, a jeszcze później całe urządzenie się wyłącza.

Jeśli nie możesz tam dołożyć żadnego elementu

Dolutowałem przewlekany rezystor do pinów C1 (SMD), także sprawa na tym etapie załatwiona.

to ja bym zmniejszył wartości rezystorów

W następnej wersji, tak jak napisałem wyżej, dodam równoległy rezystor z C1, a R7/R6 w ogóle wyrzucę i bramkę T1 będę sterował z D5/R4 (punkt "AC/DC").

Zastosowanie przekaźnika(...) i nie trzeba robić żadnych pomiarów.

Sprawa nie wygląda tak prosto. Po pierwsze, urządzenie ma być zasilane napięciem sieciowym w takim zakresie, jak podałem na schemacie (12-22V DC). Po drugie, pamiętaj, że przekaźnik może potrzebować do załączenia np. 12V, a rozłączy się dopiero przy 8V, także stosowanie przekaźnika bez sterowania nie jest praktyczne (poza tym przekaźniki mają różne parametry, i jeden wyłączy się przy 8, a drugi przy 6V). Dalej, urządzenie musi posiadać wiedzę na temat tego, czy jest zasilane z sieci, czy z baterii, bo jak tylko z baterii, to po pewnym czasie wyłącza podświetlanie LCD, a potem samo się wyłącza. Nie ma tu miejsca na pomijanie czegoś: obwód pomiaru obecności napięcia sieciowego (w jakiej kolwiek postaci) oraz obwód pomiaru napięcia baterii muszą być.

zamiast LM zaprządz do tego celu uC.

Nie rozumiem, co masz na myśli?

Zamiast standardowego przekaźnika można wykonać osobny układ elektroniczny.

Też nie rozumiem, co masz na myśli?:) Osobny układ, to dodatkowe komplikacje, po za tym przełączanie się między różnymi źródłami napięć nie jest takie proste (np. żeby uzyskać minimalne spadki napięć dla baterii). Jeśli masz jakiś pomysł na taki układ przełączania, to pisz.

Uwaga;) Zasilanie bateryjne nie jest wykorzystane jako zasilanie awaryjne - urządzenie ma poprostu mieć możliwość pracy z dwóch różnych źródeł, a jak się wyłączy z braku takowego źródła - to dosłownie nic się nie stanie.