RadioRadar - Радиоэлектроника, даташиты, схемы

//www.radioradar.net/radiofan/power_supply/power_supply_solar_panels_home_lighting_system.html

Источник бесперебойного питания в системе освещения дома от солнечных батарей

В доме автора нередко отключают электропитание, что очень некстати в тёмное время суток, когда детям нужно делать уроки, а у остальных членов семьи остаются незаконченными домашние дела. Это побудило его изготовить резервную систему питания.

Было выяснено, что потребляемая полностью включённым освещением дома мощность при использовании люминесцентных ламп не превышает 600 Вт. В наличии имелся компьютерный источник бесперебойного питания (ИБП) PowerCom BNT-1000AP мощностью 1000 В·А, который и был включён в разрыв электролинии, питающей освещение. Теперь при отключении электричества освещение в доме продолжает работать.

В дальнейшем были куплены две панели солнечных батарей напряжением 24 В и мощностью 200 Вт каждая, а также недорогое зарядное устройство для двух соединённых последовательно аккумуляторных батарей напряжением 12 В и ёмкостью по 80 А·ч. Это могло полностью избавить освещение от капризов электроснабжения. Оставалось лишь получить из постоянного напряжения 24 В переменное 230 В. Но из-за высоких цен приобрести готовый преобразователь не представилось возможным, поэтому я решил использовать уже имеющийся ИБП, способный работать от аккумуляторной батареи с общим напряжением 24 В.

Но возникла проблема. Автоматическое включение при подаче напряжения от сети или от аккумуляторной батареи в применённом ИБП не предусмотрено, для этого необходимо нажать на кнопку "Пуск". Для устранения этой проблемы и разработано предлагаемое устройство, схема которого представлена на рис. 1.

Схема устройства

Рис. 1. Схема устройства

 

С появлением источника света (солнца) солнечные батареи с помощью зарядного устройства заряжают аккумуляторную батарею. Когда её напряжение, поданное на контактную колодку XT1, достигает заданного порога, срабатывает реле к1, контакты которого через разъём XP1 подключены параллельно контактам кнопки "Пуск" ИБП.

При отсутствии нагрузки в течение 4 мин ИБП PowerCom BNT-1000AP самостоятельно выключается, что экономит запасённую в аккумуляторной батарее энергию. Но чтобы эта функция действовала, необходимо при включении ИБП удерживать его кнопку "Пуск" нажатой около четырёх секунд. Чтобы ИБП работал без нагрузки, не выключаясь, кнопку следует удерживать нажатой 6 с.

В рассматриваемом устройстве можно установить желаемую продолжительность имитируемого им "нажатия" на кнопку "Пуск". Для этого нужно включить его при нажатой кнопке SB1, а затем отпустить её. После этого контакты реле K1.1 будут замыкаться на время, равное прошедшему с момента включения устройства до отпускания кнопки SB1. Это позволяет использовать устройство с разными ИБП. Изменять длительность "нажатия" можно много раз.

Стабилизатор DA1 понижает напряжение с 24 до 12 В, необходимых для реле K1. Далее стабилизатор DA2 понижает его до 5 В, нужных для питания микроконтроллера.

На колодку XT2 поступает переменное напряжение с выхода ИБП. Если оно есть, через резисторы R1, R2 и излучающий диод оптрона U1 течёт ток, поэтому фототранзистор оптрона открыт. В результате на входе микроконтроллера установлен низкий уровень напряжения, что программа воспринимает как признак наличия напряжения на выходе ИБП. Диод VD1 защищает излучающий диод оптрона от обратного напряжения.

Транзистор VT1 служит усилителем генерируемого микроконтроллером сигнала управления реле к1. Разъём XP1 соединяют с контактами кнопки "Пуск" ИБП.

Кнопка SB1 предназначена для задания продолжительности удержания контактов реле K1.1 замкнутыми. Если она нажата, уровень напряжения на входе PB2 микроконтроллера при включении устройства остаётся низким. Обнаружив это, программа начинает отсчёт времени, который заканчивается в момент, когда кнопка SB1 отпущена и уровень на входе PB2 благодаря резистору R6 стал высоким. Полученный результат программа записывает в энергонезависимую память и использует его при отсчёте длительности формируемого на выходе PB0 импульса.

Напряжение, поступающее на колодку XT1 от аккумуляторной батареи, микроконтроллер измеряет с помощью своего АЦП. Оно поступает на его вход ADC3 через резистивный делитель напряжения R3R4, уменьшающий напряжение на входе микроконтроллера до допустимого, не превышающего 5 В. Если напряжение аккумулятора превысило заданный уровень, программа проверяет наличие переменного напряжения на выходе ИБП и, обнаружив, что его нет, формирует на выходе PB0 импульс установленной длительности, имитирующий с помощью транзистора VT1 и реле K1 нажатие на кнопку "Пуск" ИБП.

С появлением напряжения на выходе ИБП устройство переходит в режим ожидания. Но как только напряжение аккумуляторной батареи снизится до 11,5 В, ИБП самостоятельно выключится. Когда аккумуляторная батарея вновь зарядится от солнечных батарей, микроконтроллер DD1, выйдя из "спящего" режима, повторит запуск ИБП.

Программа микроконтроллера написана на языке Basic в среде разработки Bascom AVR. Его конфигурация должна быть установлена в соответствии с таблицей.

Разряд

Знач.

Разряд

Знач.

SELFPRGEN

1

WDTON

1

OWEN

1

CKDIV8

0

BODLEVEL1

1

SUT1

1

BODLEVELO

1

5UT0

0

RSTDISBL

1

CKSEL1

1

SPIEN

0

CKSELG

0

EESAVE

1

   

0 - запрограммировано;

1 - не запрограммировано.

 

Печатная плата устройства изображена на рис. 2. Она рассчитана на установку реле K1 РЭС49 исполнения PC4.569.421-02 с обмоткой сопротивлением 270 Ом и номинальным рабочим напряжением 12 В. Замена этого реле другим с подобными параметрами возможна, но, скорее всего, потребует переработки печатной платы. Дроссель L1 - ДП 1-0,1-10. Его можно заменить другим той же индуктивности, рассчитанным на ток не менее 100 мА. XT1 и XT2 - винтовые зажимные колодки DG301-5.0-03P-12 или другие с шагом контактов 5 мм. Вилка XP1 - PLS-2. Кнопка SB1 - любого типа, её можно заменить съёмной перемычкой (джампером), но пользоваться ей будет менее удобно.

Печатная плата устройства

Рис. 2. Печатная плата устройства

 

В изготовленном приборе нужно подобрать резистор R3. Для этого подайте на колодку XT1 напряжение от внешнего регулируемого источника и определите, при каком его значении в устройстве срабатывает реле K1. Напряжение разряженной аккумуляторной батареи после отключения нагрузки (выключения ИБП) может самовосстановиться и достигнуть 27,2 В. Поэтому напряжение, при котором в устройстве срабатывает реле K1, должно быть немного больше. Я рекомендую подобрать сопротивление резистора R3 таким, чтобы это происходило при напряжении наXT1 27,9 В.

При первом запуске ИБП следует проверить темпе' ратуру имеющихся в нём ключевых транзисторов под полной нагрузкой. Если они сильно нагреваются, необходимо предусмотреть их принудительный обдув.

Устройство можно применить и с ИБП, рассчитанным на работу с аккумуляторными батареями напряжением 12 или 48 В, соответственно подобрав резистор R3. Кроме того, для работы с 12-вольтным ИБП из устройства нужно удалить стабилизатор DA1, а для 48-вольтного ИБП добавить узел (например, мощный стабилитрон), уменьшающий напряжение на входе этого стабилизатора с 48 В приблизительно до 14 В.

Файл печатной платы устройства в формате Sprint Layout 6.0 и программа микроконтроллера имеются здесь.

Автор: В. Исаев, г. Астрахань