Temat zasilaczy buforowych przewija się na forum. Z reguły są to konstrukcje dość zaawansowane. Ja pod presją czasu musiałem sobie poradzić używając elementów, które akurat były w szufladzie z 'przydasiami', jednocześnie zapewniając ochronę akumulatora przed nadmiernym prądem ładowania i ochronę budżetu mocy zasilacza w najgorszym możliwym scenariuszu rozładowania. Docelowo układ pracuje w systemie zasilania rejestratora CCTV, jak na razie bezproblemowo.
Rozpocząłem od pomiaru mocy pobieranej przez rejestrator w różnych scenariuszach działania. Największy pobór występuje przy włączeniu rejestratora (rozruch dysku twardego), nieco mniejszy przy pracy w nocy a najmniejszy przy pracy w dzień. Różnice podczas pracy wynikają z poboru mocy przez oświetlacze podczerwieni wbudowane w kamery, aktywne tylko w ciemności. Nie podaję tu konkretnych liczb, bo każdy model i konfiguracja będą charakteryzowały się nieco innymi wartościami, ale pomiar pozwolił mi określić, jakim zapasem w budżecie mocy zasilacza dysponuję. Z obliczeń wyszło, że do dyspozycji mam 25W w najgorszym scenariuszu, w pozostałych więcej.
Drugim parametrem do dalszych obliczeń było napięcie zasilacza, ustawione na 13,8V.
Trzecim założeniem było minimalne napięcie rozładowania akumulatora żelowego. W moim przypadku przy spadku tego napięcia pod obciążeniem do poziomu 9,5V następuje odłączenie obciążenia, więc za najgorszy scenariusz przyjąłem akumulator rozładowany do 9,5V.
Znając te liczby mogłem policzyć, do jakiej wartości muszę ograniczyć prąd ładowania akumulatora aby nie przeciążyć zasilacza.
P=U*I, więc I=P/U, podstawiając otrzymuję: 25[W]/13,8[V] = 1,8[A]
W tym momencie mógłbym po prostu dobrać opornik ograniczający prąd maksymalny, korzystając z założonego minimalnego napięcia akumulatora i ustalonego napięcia zasilacza:
I=U/R, więc R=U/I, podstawiając: (13,8 - 9,5)[V] / 1,8[A] = 2,39 R
ale stała oporność powoduje, że akumulator ładuje się wolniej niż by mógł. Potrzebny jest opornik o charakterystyce nieliniowej PTC. W moim przypadku takim opornikiem okazała się żarówka z lampek choinkowych, a właściwie kilka takich żarówek, połączonych równolegle. Zacząłem od zdjęcia charakterystyki I(U) pojedynczej żarówki. Otrzymane wartości w postaci graficznej wyglądają tak:
Z wykresu widać, że przy napięciu 4V przez żarówkę płynie prąd około 0,25A. Łącząc żarówki równolegle prądy się sumują. W konstrukcji użyłem sześciu żarówek połączonych równolegle.
Gdy zanika napięcie w sieci zasilającej, akumulator podtrzymuje pracę rejestratora. W tym scenariuszu ważny jest minimalny spadek napięcia między akumulatorem a odbiornikiem. Użyłem diody SR540, jest to dioda Schottky o napięciu przebicia 40V i napięciu przewodzenia około 0,55V. Ponieważ obciążenie w najgorszym scenariuszu pobiera prąd bliski 5A, połączyłem dwie diody równolegle.
Cały schemat wygląda następująco:
Opornik R1 zapewnia minimalny prąd ładowania gdyby przepaliły się wszystkie żarówki. Awaria taka jest możliwa tylko w przypadku zwarcia biegunów akumulatora, ale należy ją uwzględnić.
Z uwagi na prostotę schematu całość zmontowałem na płytce uniwersalnej. Po podłączeniu prezentuje się jak na poniższej fotografii i od kilku miesięcy działa bez zarzutu w lokalizacji charakteryzującej się częstymi zanikami zasilania.
Rozpocząłem od pomiaru mocy pobieranej przez rejestrator w różnych scenariuszach działania. Największy pobór występuje przy włączeniu rejestratora (rozruch dysku twardego), nieco mniejszy przy pracy w nocy a najmniejszy przy pracy w dzień. Różnice podczas pracy wynikają z poboru mocy przez oświetlacze podczerwieni wbudowane w kamery, aktywne tylko w ciemności. Nie podaję tu konkretnych liczb, bo każdy model i konfiguracja będą charakteryzowały się nieco innymi wartościami, ale pomiar pozwolił mi określić, jakim zapasem w budżecie mocy zasilacza dysponuję. Z obliczeń wyszło, że do dyspozycji mam 25W w najgorszym scenariuszu, w pozostałych więcej.
Drugim parametrem do dalszych obliczeń było napięcie zasilacza, ustawione na 13,8V.
Trzecim założeniem było minimalne napięcie rozładowania akumulatora żelowego. W moim przypadku przy spadku tego napięcia pod obciążeniem do poziomu 9,5V następuje odłączenie obciążenia, więc za najgorszy scenariusz przyjąłem akumulator rozładowany do 9,5V.
Znając te liczby mogłem policzyć, do jakiej wartości muszę ograniczyć prąd ładowania akumulatora aby nie przeciążyć zasilacza.
P=U*I, więc I=P/U, podstawiając otrzymuję: 25[W]/13,8[V] = 1,8[A]
W tym momencie mógłbym po prostu dobrać opornik ograniczający prąd maksymalny, korzystając z założonego minimalnego napięcia akumulatora i ustalonego napięcia zasilacza:
I=U/R, więc R=U/I, podstawiając: (13,8 - 9,5)[V] / 1,8[A] = 2,39 R
ale stała oporność powoduje, że akumulator ładuje się wolniej niż by mógł. Potrzebny jest opornik o charakterystyce nieliniowej PTC. W moim przypadku takim opornikiem okazała się żarówka z lampek choinkowych, a właściwie kilka takich żarówek, połączonych równolegle. Zacząłem od zdjęcia charakterystyki I(U) pojedynczej żarówki. Otrzymane wartości w postaci graficznej wyglądają tak:
Z wykresu widać, że przy napięciu 4V przez żarówkę płynie prąd około 0,25A. Łącząc żarówki równolegle prądy się sumują. W konstrukcji użyłem sześciu żarówek połączonych równolegle.
Gdy zanika napięcie w sieci zasilającej, akumulator podtrzymuje pracę rejestratora. W tym scenariuszu ważny jest minimalny spadek napięcia między akumulatorem a odbiornikiem. Użyłem diody SR540, jest to dioda Schottky o napięciu przebicia 40V i napięciu przewodzenia około 0,55V. Ponieważ obciążenie w najgorszym scenariuszu pobiera prąd bliski 5A, połączyłem dwie diody równolegle.
Cały schemat wygląda następująco:
Opornik R1 zapewnia minimalny prąd ładowania gdyby przepaliły się wszystkie żarówki. Awaria taka jest możliwa tylko w przypadku zwarcia biegunów akumulatora, ale należy ją uwzględnić.
Z uwagi na prostotę schematu całość zmontowałem na płytce uniwersalnej. Po podłączeniu prezentuje się jak na poniższej fotografii i od kilku miesięcy działa bez zarzutu w lokalizacji charakteryzującej się częstymi zanikami zasilania.
