W piko systemie PV 20Wp/28Ah służącym do zasilania w energię elektryczną altany na działce ROD pojawiła się konieczność obniżenia, choć o kilka stopni, temperatury akumulatora AGM znajdującego się w zabudowie pawlacza. W upalne dni temperatura akumulatora wzrastała tam do 30 stopni, co wpływało na przyspieszone zużycie akumulatora pracującego w niekorzystnych warunkach. Pomysłem na częściową poprawę sytuacji był więc choć jeden wentylator wymuszający cyrkulację powietrza na pawlaczu, w bezpośrednim sąsiedztwie akumulatora. Do sterowania wentylatorem chciałem użyć termostatu bimetalicznego 30stC który wydawał się najodpowiedniejszy ze względu na brak konieczności jego zasilania, i tym samym brak jego wpływu na bilans energetyczny małego systemu PV. Zamówiony termostat okazał się elementem o niezgodnej ze specyfikacją sprzedaży temperaturze załączenia wynoszącej 35 st C, i absurdalnej histerezie wynoszącej grubo ponad 10 st C.
Alternatywą stał się więc jakiś oszczędny układ elektroniczny, ale z gotowych rozwiązań dostępnych na rynku nie znalazłem nic co dałoby się w prosty sposób zastosować, bez głębszych modyfikacji. Popularne kity podobnych urządzeń w 95% zawierały element wykonawczy - przekaźnik, zużywający minimum 20mA czego chciałem uniknąć.
Popularny cyfrowy termostat typu W1209 od myfriendów zużywa w czasie czuwania 20mA, i 60mA w czasie aktywności przekaźnika. Inna, rozbudowana, wersja tego termostatu W1219 zużywa 11mA w stanie czuwania i 50mA w stanie aktywności. Niestety, oba układy zawierają przekaźnik, a większość zużywanej energii w trybie czuwania jest tam tracona na pracę wyświetlacza LED którego w ogóle nie potrzebowałem.
Postanowiłem wykonać regulator samodzielnie, bazując na najbardziej oczywistym do tego celu komparatorze napięcia, i wykorzystując w miarę możliwości różne "śmieci" elektroniczne walające się pod ręką. Typowego komparatora w moich przepastnych zasobach nie znalazłem, za to znalazłem kilkadziesiąt nieużywanych archaicznych wzmacniaczy operacyjnych 741 produkcji krajowej, które już chyba tylko czekają na utylizację. Po kilku godzinach zabawy z doborem elementów na płytce prototypowej powstał taki prymitywny układ, realizujący założone oczekiwania:
Użycie układu 741 w roli komparatora napięcia wiąże się z pewnymi ograniczeniami. Wzmacniacz operacyjny, nawet tak prymitywny jak 741, używa obwodu wyjściowego w układzie push-pull, podczas gdy klasyczny komparator wyposażany jest najczęściej w pojedynczy tranzystor wyjściowy w układzie OC. Skutkuje to innym zakresem napięć obwodu wyjściowego w obu tych rozwiązaniach. Dla przedmiotowego układu ULY7741 zasilanego z niesymetrycznego źródła zasilania stan niski odpowiada napięciu wyjściowemu Vee+2,5V, a stan wysoki Vcc-0,6V. O ile stan "niski" 2,5V nie jest problemem, to stan "wysoki" powodował pojawienie się na zaciskach wyjściowych napięcia ~1-1,5V w stanie spoczynku, gdyż spadek napięcia na obwodzie wyjściowym 741 powodował już lekkie otwarcie tranzystora przełączającego. Z tego też powodu konieczny okazał się dodatkowy element połączony szeregowo z bazą tranzystora, i podnoszący napięcie nasycenia złącza E-B. W tym wypadku użyłem równie archaicznej diody CQYP-32 także produkowanej przed laty w NPCP, a których dziesiątki walają mi się w śmieciach.
Pomiar temperatury realizowany jest poprzez termistor NTC, a źródłem napięcia "odniesienia" jest dzielnik oporowy napięcia zasilającego z potencjometrem, dobrany tak aby uzyskać zakres temperatur reakcji termostatu od +20 do +30stC. Układ pomiarowy zasilany jest wprost z instalacji PV w której napięcie nie jest stabilne, i waha się w granicach 10,5-14,2V, jednak nie ma to większego znaczenia dla poprawności działania układu, gdyż komparator porównuje równocześnie napięcia z obu dzielników napięcia zasilanych z tego samego niestabilizowanego źródła zasilania. Tym samym jeżeli napięcie w instalacji wzrośnie, to wzrośnie ono też na dzielnikach pomiarowych, zmieniając proporcjonalnie wartość napięć porównywanych przez komparator. To w zupełności wystarcza dla poprawnej pracy tak prostego układu.
Układ posiada stałą histerezę wynoszącą około 1 st C, wykonaną na rezystorze 1Mohm w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego. Histerezę można oczywiście zmienić, rozszerzając ją poprzez zmniejszenie wartości tego rezystora, i zawężając poprzez jego zwiększenie. Teoretycznie można też dodatkowo zabezpieczyć wzmacniacz operacyjny przed wzbudzeniem poprzez dodanie ujemnego sprzężenia zwrotnego na kondensatorze blokującym wstawionym pomiędzy wejściem odwracającym a wyjściem op-ampa, ale ze względu na kiepskie parametry czasowe układu 741 okazało się to całkowicie niepotrzebne.
I na koniec, w kwestii samego tranzystora przełączającego. Mogłem użyć MOS-FET’a z kanałem P co umożliwiło by ograniczenie poboru prądu układu w stanie aktywnym o około 3 mA, ale nie z miałem żadnego pod ręką. Miałem za to kilkadziesiąt klasycznych krajowych tranzystorów BJT typu BD138 i 140, które teoretycznie idealnie nadawały by się do sterowania wentylatorem 12V@3W/250mA. Okazało się jednak że tranzystory te mają wyjątkowo parszywe parametry. Niski współczynnik H21e, wysoki spadek napięcia C-E dochodzący do 0,5 V i relatywnie niski maksymalny prąd kolektora utwierdzają mnie w przekonaniu że ich miejsce jest jedynie na śmietniku historii. Próby zwiększenia prądu bazy BD140 do 10mA też nie pomagały, spadek napięcia na nasyconym złączu C-E nie chciał zmniejszyć się poniżej 500 mV.
Szczęśliwie w swoich elektrośmieciach znalazłem dwie płytki pochodzące z czterobitowych komputerków sterujących pracą magnetowidu VHS, zawierające przyzwoitej jakości tranzystory 2SB772 od NEC’a, i KSB772 Samsunga. Ostatecznie wybrałem KSB772-O który przy prądzie bazy 3 mA i prądzie kolektora 250 mA oferował spadek napięcia na złączu C-E na poziomie zaledwie 120 mV.
Finalnie układ charakteryzuje się poborem prądu w stanie czuwania ~2 mA, i około 5 mA w stanie aktywności obciążenia. Po kilkutygodniowej pracy w instalacji PV układ okazał się użyteczny, gdyż ustabilizował temperaturę akumulatora systemu PV redukując jej wahania na pawlaczu do zakresu zmian w pozostałych pomieszczeniach altany, a także obniżając ją globalnie o 2-3 St C, o co dokładnie mi chodziło. Udało się też zagospodarować kilka starych retro-elementów które znów pracują sprawiając frajdę autorowi.
Cool? Ranking DIY
