Zabezpieczenie i regulacja napięcia w wielofunkcyjnym urządzeniu domowym

Witam wszystkich forumowiczów
Od niedawna buduję wielofunkcyjne urządzenie do domu, które będzie działać w moim pokoju. Łączy ono w sobie wiele mniej lub bardziej przydatnych urządzeń, np. zegarek, timer, termometr, ciśnieniomierz, sygnalizator deszczu, wyświetlacz do PC, nawet oświetlenie różnych części pokoju w nocy oraz wiele innych. Miałbym do was kilka pytań.
1 Cały układ zasilany jest z akumulatora 12V 7,2Ah, chciałbym teraz dorobić jakieś dobre zabezpieczenie, żeby w razie zwarcia dom nie stanął w płomieniach (musi być jak najbardziej niezawodne i nie chciałbym używać bezpieczników "jednorazowych"), może macie jakiś pomysł. Co sądzicie o bezpiecznikach termiczych?
2 Jak zmniejszyć napięcie do 3V, oraz 9V niezależnie od ilości prądu pobieranego przez dane układy. (ilość pobieranego prądu nie przekracza raczej 2A ale zmienia się, więc rezystor odpada).
3 Myślałem również nad zamontowaniem do całego systemu przynajmniej kondensatora o dużej pojemności (filtrujący). Czy to dobry pomysł, jak sądzicie? Może zrobić jakiś stabilizator do tego ?
4 Mam w zbiorach kilka podzespołów, które noszą nazwę "Transil". Może wie ktoś co to takiego i jak działa.

Jak na razie tylko o to chciałbym się spytać, jak czegoś nie będę wiedział to się jeszcze odezwę.

PS. Dopiero od niedawna interesuję się elektroniką, więc jeżeli mówię jakieś bzdury to proszę o poprawę i wyrozumiałość

Ale to urządzonko to sterownik, czy jakaś lamkpa z zegarkiem i całymi wymienionymi bajerami?
Jeśli chcesz uzyskać stabilne napięcie, to do tego służą stabilizatory napięcia, choćby z serii 78xx lub lm. Ich noty są ogólniedostępne. Jeśli zależy ci na oszczędności prądu, to możesz zastosować zasilanie impulsowe.
Zabezpieczeń masz też od groma. Dostaniesz bezpieczniki o różnym czasie zadziałania. Możesz sam zrobić układ odcinający zasilanie przy wyczuwalnym spadku napięcia zasilania (pojawi się przy zwarciu), zabezpieczenie nadprądowe...

Właściwie jest to kilka urządzeń połączonych w jedną całość głównie z powodu wspólnego źródła zasilania. Niestety nie znalazłem stabilizatorów napięcia 3V (zaczynają się od 5V), czy można by samemu zrobić taki o wydajności ok. 1-2A. Co do bezpiecznika to zupełnie nie orientuję sie w tym temacie, więc proszę o poradę, co wydaje się być najbardziej niezawodne. Może są jakieś gotowe układy, które można zakupić?

78XX to juz zaczyna byc archaicznym ukladem .,.,., moze l200 ? l500 ?

Błażej napisał:

Jeśli zależy ci na oszczędności prądu, to możesz zastosować zasilanie impulsowe.

Do takiego urządzenia (zasilanego z akumulatora) najlepiej zastosować stabilizator impulsowy. Taki układ zapewni możliwie małe straty mocy.
Zabezpieczenie układu zasilania może składać się z bezpiecznika topikowego na duży prąd (zamontowany na akumulatorze) - zabezpieczenie przed permanentnym zwarciem lub uszkodzeniem układu stabilizacji.
Poza tym stabilizatory impulsowe powinny posiadać ograniczenie prądowe.

Na przykład LM317, LM337 mogą stabilizować dowolne napięcie od 1.24 do ponad 30V.

Szukam teraz wszelkich informacji na temat zabezpieczeń nadprądowych, mogą być strony, schematy itp.
Tak jak mówiłem napięcie=12V, prąd na pewno nie większy niż 4A. Chodzi mi o całkowite odłączenie przewodzenia w wypadku popłynięcia większego prądu niż w tym wypadku 4A, a ponowne włączenie powinno odbywać się ręcznie. Proszę was bardzo o pomoc

Może określ, jaki może być spadek napięcia na tym zabezpieczeniu - np. jeśli akumulator daje 12V,
a z zasilanych urządzeń żadne nie potrzebuje więcej, niż 9V, to masz 3V spadku napięcia.

Ogólna zasada konstruowania takich układów jest taka, że masz jakiś tranzystor włączony szeregowo
w połączeniu akumulator -> zasilane urządzenie, dodatkowo jeszcze szeregowo z nim jest opornik.
Tranzystor steruje się tak, by trzymał określone napięcie na zasilanym urządzeniu, a oprócz tego
jest układ sprawdzający napięcie na oporniku - jak jest za duże, to wyłącza się całość - układ pamięta,
że wykrył za duży prąd, i póki mu się tego nie skasuje, nie pozwala włączyć tranzystora szeregowego.

Transil to nie do tego - to taki element, który działa podobnie do diody Zenera, ale wytrzymuje impuls
dużego prądu, służy do zabezpieczania układów, w których takie impulsy mogą się pojawiać.
Przykład: zasilacz beztransformatorowy, z ograniczeniem prądu przez kondensator, przy włączaniu
płynie prąd kilka A (skok napięcia na kondensatorze), dioda Zenera mogłaby tego nie wytrzymać,
transil nie ma z tym problemów, wytrzyma chwilową moc np. 500W (najmniejszy, są i większe),
i jeśli np. jest na napięcie 6.8V, to nie pozwoli, by napięcie przekroczyło 12V.

Niestety jest tam wiele podzespołów potrzebujących 12V, więc z tym może być problem. Nie znaczy to jednak, że nie chciałbym takiego czegoś użyć. Może jakoś podwyższyć napięcie i potem spadek byłby równy podwyższonemu napięciu?

Albo zrobić układ o małym spadku napięcia - akumulator daje trochę ponad 12V...
Tylko to już będzie trochę gimnastykowania się, żeby zmierzyć mały spadek napięcia;
albo użyć układu czułego nie na spadek napięcia, ale na pole magnetyczne... kontaktron?

Sprawdziłem przed chwilą napięcie akumulatora 7,2Ah, z którego będę chciał wszystko zasilać. Jest to dokładnie 12,3V. Co do kontaktronów, to nie mam o nich żadnej wiedzy, więc przy takim rozwiązaniu potrzebowałbym nieco więcej pomocy.

Napięcie zależy od naładowania, w pełni naładowany powinien mieć ponad 13V.
Kontaktron to taka szklana rurka z stykiem w środku, na obu końcach są końcówki
do przylutowania przewodów. Jeśli nawiniesz na nim cewkę, i przepuścisz przez nią
prąd kilkadziesiąt amperozwojów (iloczyn prądu i ilości zwojów), to styk się połączy.
Jeśli ma się połączyć przy 4A, to pewnie potrzeba około 20 zwojów - jeśli nawiniesz
ją grubym drutem, to jej opór będzie kilka tysięcznych oma.
Wadą kontaktronu jest to, że na połączenie styków potrzeba około milisekundy (może
trochę mniej, ale w każdym razie tego rzędu), i jeśli potrzeba, żeby układ zareagował
na zwarcie szybciej, to powinien dodatkowo reagować na szybkość zmian prądu cewki
(cewka ma pewną indukcyjność, około 0.25uH, więc powstanie na niej napięcie 1mV
przy wzroście prądu od 0 do 4A w ciągu 1ms, i to elektronika może łatwo wykryć).

Bardzo prosty układ z kontaktronem (ale z taką wadą, że rozłącza z opóźnieniem około
milisekundy) może być taki: umieszczasz koło niego magnes, tak by dał się przesuwać
- w położeniu stałym nie powinien powodować zwierania styków kontaktronu, natomiast
jak go naciśniesz, powinien spowodować ich zwarcie, i powinno się to utrzymać nawet
gdy magnes wróci na swoje stałe położenie. A na kontaktronie nawijasz cewkę, kilka
zwojów grubym drutem, i podłączasz ją tak, by dawała pole magnetyczne w przeciwną
stronę, niż magnes. Jak popłynie za duży prąd - kontaktron się rozłączy.

Z tym, że kontaktrony nie nadają się do dużych prądów - raczej nie robi się takich,
przez które można przepuszczać kilka A - więc trzeba dodać jakiś tranzystor, może
MOSFET, żeby miał mały spadek napięcia, a przez styki kontaktronu przepuszczać
tylko prąd do układu, który nim steruje - wyłączenie zasilania tego układu wyłączy
tranzystor, przez który płynie prąd, i spowoduje wyłączenie zasilanych układów.

Oj, ale to jeszcze nie jest dobrze: jeśli się zrobi zwarcie i popłynie duży prąd, to pole
magnetyczne, którym będzie kontaktron, zmieni kierunek, i kontaktron będzie dalej
dawał połączenie - musiałby być jeszcze drugi kontaktron, który robiłby zwarcie tak,
by spowodować wyłączenie tranzystora... to może użyć tylko tego drugiego, ale obok
umieścić magnes tak, że jeśli kontaktron raz się zewrze, to już pozostanie zwarty.

Czyli najprostszy układ składałby się z: tranzystora MOSFET, opornika np. 1M, przez
który dochodziłoby napięcie do bramki, kontaktronu, cewki z kilku zwojów, i magnesu.
Prąd płynący przez cewkę dawałby pole w tym samym kierunku, co magnes: kiedy
w sumie pole będzie wystarczające, kontaktron się włączy, zwierając bramkę MOSFET-a
z jego źródłem, co spowoduje wyłączenie MOSFET-a (w zasadzie należałoby robić to
zwarcie przez opornik, np. kilkadziesiąt kilo, żeby spowolnić wyłączanie - inaczej
indukcyjność zasilanego spowodowałaby impuls dużego napięcia, albo użyć diody
do wygaszenia tego impulsu - kolejny element układu); kiedy prąd przestanie płynąć,
magnes będzie utrzymywał kontaktron w stanie włączonym, i tylko przez opornik, który
doprowadza napięcie do bramki, będzie płynąć niewielki prąd (jakieś mikroampery).

Można oczywiście tego samego MOSFET-a wykorzystać w układzie stabilizacji napięcia
low-drop, tylko wtedy prąd płynący po wyłączeniu będzie większy, bo będzie to prąd
zasilania układu sterowania tego stabilizatora - trzeba by o tym pomyśleć projektując go.

_jta_ - bardzo dziękuję za twoje zainteresowanie problemem.
Niestety, raczej nie prędko będę miał czas, aby się za to zabrać.
Mimo wszystko jednak nie do końca rozumiem zasadę działania wyżej opisanego przez ciebie układu zabezpieczającego. Mógłbym jeszcze prosić o jakiś prosty schemacik (zupełnie nie wiem jak podłączyć szczególnie ten MOSFET). Co do stabilizacji to jeszcze pomyślę. Za to w niedzielę idę na giełdę elektroniczną, więc może kupię jakiś dobry magnes (może neodymowy ) oraz pare innych rzeczy, gdyż byłbym skłonny przynajmniej wypróbować ten sposób z kontaktronem.

I jeszcze jedno pytanko - Czy układy 78xx zawsze będą dawały napięcie niemal równe xxV przy podaniu napięcia o kilka V większego (bez zmiany wartości żadnego z elementów do niego przyłączonego)?

Układy 78xx są zrobione tak, by dawać stałe napięcie na wyjściu w dużym zakresie napięć wejściowych
(chyba wymagają, by napięcie na wejściu było co najmniej 2-3V większe od tego, co ma być na wyjściu,
a nie większe niż 35V); na ogół to napięcie wyjściowe jest xx, ale dla niektórych napięć i niektórych
producentów mogą być odchylenia (np. 7.5V dla 7808), no i jest to z tolerancją +-5%.