Гелевый аккумулятор (маркировка GEL) — это особая разновидность АКБ, у которых электролит имеет жидкую желеобразную консистенцию за счет добавления в него кремния (двуокись кремния).

Гелевые аккумуляторы с напряжением 12В нашли свое применение в качестве источника бесперебойного питания (ИБП). Такой аккумулятор подойдет в качестве ИБП в закрытых и невентилируемых помещениях, для питания солнечных и ветровых электрогенераторов, в системах автономного электроснабжения.

Обзор гелевых батарей (GEL) для ИБП

При работе батареи происходит разрыв и соединения молекул газа (рекомбинация), выделяется энергия и вода, которая потом поглощается жидким гелем. Благодаря этому решается две проблемы:

1. Не нужно доливать воду, поскольку свободная вода образуется при рекомбинации газов.
2. Не происходит выделение газов, что делает возможным использование гелевых аккумуляторов в жилых помещениях в качестве ИБП.

Технологию изготовления гелевых аккумуляторов будем разбирать в другой статье. Также чуть позже проведем сравнительных анализ разных типов батарей, сведем данные в таблицу для удобного понимания. Достаточно посмотреть это короткое видео, чтобы понять основные преимущества гелевых аккумуляторов.

Сферу применения гелевых аккумуляторов можно описать так:

1. ИБП, где они работают в ежедневном цикличном режиме «заряда-разряда». Время жизни таких АКБ составляет 2-3 года, или находиться в диапазоне 600-700 циклов, DoD обычно равен 40%.
2. В системах резервного электропитания или автономных системах off-grid. Для хранения электричества, полученных с помощью возобновляемых источников энергии (солнце, тепла, ветра). Хотя правда для off-grid систем данный тип АКБ не подходит как раз из-за малого количества времени жизни перезаряда и уровня DoD. Другими словами, если АКБ разрядиться до 70-90% — это приведет к его полной замене. Поэтому в off-grid системах применяют li-ion батареи или AMG батареи, либо уж очень дорогие необслуживаемые GEL батареи.
3. Резервное питание промышленных объектов, электростанций, подстанций.
4. Для автоматики электротехники, в железнодорожном и в воздушном транспорте.
5. Мототехнике или в системах для автозапуска дизель-генераторов.
6. В системах СКУД, в качестве резервного питания электромагнитных замков.
7. В системах пожарной и охранной сигнализации (ОПС).
8. Для систем аварийного освещения телекоммуникации и связи.
9. Для питания переносного оборудования (DC).

Комбинированные аккумуляторные батареи — новое развитие технологии свинцово-кислотных батарей. Например, технология PLT, в которой пластины изготавливаются из чистого свинца, а электролит применяется на основе геля, позволило увеличить срок службы батарей до 15 лет, DoD до 50%, а количество циклов разрядки до 1000 раз.

При сравнение гелевых батарей для ИБП по ценовой диапазон колеблется от 10 000 руб до 40 000 руб., разница по цене наблюдается в технологиях изготовлении и емкости батареи

Такая технология применяется в VENTURA VG 12-200, но примерная цена данного аккумулятора составляет 26000 руб. Цена батарей в системах бесперебойного питания составляет от 300 руб.

Основные показатели

У гелевых аккумуляторов, которые используются в качестве ИБП, следующие показатели:

• батарея имеет ресурс порядка 500-700 циклов заряд-разряд;
• во время глубокого разряда пластины остаются покрытыми, поэтому они меньше подвержены коррозии;
• очень важна точность заряда, поскольку при его превышении возможно вспучивание батареи;
• очень чувствительны к перегреву и короткому замыканию;
• важно придерживаться значений заявленных показателей производителя по температуре и диапазону напряжения зарядки;
• отлично выдерживают глубокую разрядку (но не все);
• имеют высокое внутреннее сопротивление, поэтому не могут дать большие токовые величины;
• могут эксплуатироваться во всех положения, кроме положения «вверх дном»;
• при мелких повреждениях не происходит утечка электролита, поскольку он имеет вязкую структуру;
• гелевые аккумуляторы могут выдерживать сильные холода вплоть до -45 градусов.

Технические и эксплуатационные характеристики

Узнаем о технических и эксплуатационных характеристиках гелевых аккумуляторов, представленных на российском рынке:

• Емкость аккумулятора при вольтаже 12В — от 2 до 100 ампер-час. При помощи небольших аккумуляторов мощностью менее 20ач можно обустроить автономное питание в небольших помещениях, тогда как гигантские «батарейки» сгодятся для использования в качестве ИБП в сфере «зеленой» энергетики и системах автономного энергообеспечения.
• Габариты — есть как маленькие «батарейки», так и крупные аккумуляторы. Например, гелевый аккумулятор Ventura GP 12-12 емкостью 18 ампер-час имеет габариты 181x76x166 мм.
• Вес — от 3 до 20 кг, хотя можно встретить как более легкие, так и более тяжелые модели, а средний бесперебойный источник питания имеет вес порядка 10-15 килограмм.
• Цена — от 1 до 20 тысяч рублей. Стоимость напрямую зависит от емкости аккумулятора, его размеров, страны-производителя и так далее. Например, одна модель аккумулятора AplhaLINE AGM мощностью 60 ампер-час с пусковым током 680 ампер будет стоить 8900 рублей, тогда как другая модель мощностью 75 ампер-час с пусковым током 750 ампер того же производителя будет стоить 10900 рублей.
• Основные производители, у которых можно купить аккумуляторы — Bosch, Varta, Titan, Multi, Delkor, Тюменский аккумуляторный завод, Аком и другие.
• Основные страны-производители — Чехия, Китай, Польша, Россия и другие.

Какую модель гелевого аккумулятора Вы бы ни выбрали, рекомендую в первую очередь соблюдать рекомендации производителя по температуре окружающей среды в месте расположения батарей, температуре при которой происходит зарядка и уровню напряжения зарядки. Данные указанные производителем являются номинальными, т.е. заявленный срок службы будет зависеть от выполнения этих рекомендаций.

В действительности данные условия редко можно соблюсти. Поэтому ресурс самых простых батарей составляет 1-3 года, после чего они высыхают и вздуваются. В более дорогих моделях, при соблюдении рекомендаций по глубине разряда (DoD) живут намного дольше 5-10 лет. Пример, где соблюдают условия, заявленные производителем, являются ЦОД (центры обработки данных).

Преобразователь напряжения Ritmix RPI-6010 Charger. Технические характеристики, опыт использования, отзывы владельцев

Технические характеристики

Автомобильный инвертор 12-220 Ritmix RPI-6010 Charger – это не просто мощный и надежный преобразователь, но еще и по-настоящему универсальное устройство 3 в 1, предлагающее своему владельцу возможность осуществлять подзарядку автомобильного аккумулятора от обычной бытовой электросети, а также выступать в качестве источника резервного питания для подсоединенных к устройству электроприборов. В основном своем качестве автомобильного инвертора RPI 6010 Charger подходит для подключения и подзарядки различной электроники, а также бытовой техники, рассчитанной на работу в сетях переменного тока 220 вольт. Источником питания для Ritmix RPI-6010 Charger, в зависимости от выбранного режима работы, может служить бытовая электрическая сеть в квартире или доме, бортовая сеть автомобиля или внешний аккумулятор. Заявленная мощность устройства составляет, по данным сопровождающей его документации, 600 ватт, пиковая – 1200, напряжение на выходе – модифицированная синусоида.

Режимы работы и защита от перегрузок

Ritmix RPI-6010 Charger при необходимости автоматически переключается из одного режима работы в другой за считанные секунды. Так, при подзарядке батареи от сети, устройство самостоятельно переходит в режим ожидания, когда аккумулятор полностью заряжен. Не менее оперативно инвертор переключается в режим резервной батареи при внезапном прекращении подачи электроэнергии из источника питания или от сети. Простая и понятная световая индикация на панели устройства подскажет, в каком режиме оно в данный момент функционирует. От перегрева RPI-6010 Charger предохраняет не только встроенный охлаждающий вентилятор, но и защитная схема, полностью отключающая инвертор в критический момент. Кроме того, в данной модели разработчики реализовали защитные схемы, спасающие инвертор и его соседей по цепи в случае короткого замыкания, слишком высокого напряжения на входе, других перегрузок, а также сигнализатор низкого напряжения питающей электрической сети. Порог отключения устройства при низком входном напряжении составляет от 9,2 до 9,8 В, а при повышенном – 15-16 вольт.

Опыт использования RPI-6010 Charger

Автомобильный преобразователь напряжения с функцией подзарядки Ritmix RPI-6010 Charger при использовании в путешествии подключается напрямую к аккумулятору Вашего авто с помощью специальных зажимов. Таким образом, Вы сможете исключить повреждения проводки автомобиля, не рассчитанной на большие нагрузки, и оставить в целости и сохранности предохранители. Напряжение на выходе-евророзетке составляет около 230 вольт, а частота – 50 герц. Тесты показали, что можно вполне спокойно использовать с помощью инвертора достаточно мощную бытовую технику, подзаряжать в походных условиях ноутбук в режиме ожидания или батарею фотоаппарата. Устройство располагает usb-портом для подключения гаджетов помельче, таких, например, как планшеты, мобильные телефоны, плееры или электронные читалки. Напряжение и сила тока на выходе usb, соответственно, составляют 5 В и 500 мА. Учитывая достойную мощность RPI-6010 Charger, мы советуем использовать его при включенном двигателе, чтобы не разрядить и не повредить аккумулятор машины.

Подзарядка аккумулятора: безопасность превыше всего

Для подзарядки аккумуляторной батареи вашего автомобиля, а также для подключения в качестве источника резервного питания, инвертор следует присоединить к сети 220 вольт. Для этого преобразователь Ritmix RPI-6010 снабжен проводом со стандартной вилкой, подходящей для евророзетки. Основное правило при зарядке аккумулятора любого типа: чем медленнее – тем лучше. На рынке представлены пускозарядные устройства, позволяющие зарядить батарею автомобиля менее чем за час или запустить двигатель при полностью разряженном аккумуляторе. Однако необходимо знать, что такая шоковая терапия сильно сокращает жизнь батарее и снижает емкость. Оптимальное время зарядки аккумулятора заявленной емкостью 60 ампер-часов составляет порядка полсуток, а для реанимации до уровня, достаточного для запуска двигателя, достаточно и 5-7 часов. Следует учесть, что работа с аккумуляторной батареей в любом случае сопряжена с повышенной опасностью, ведь батарея содержит большое количество жидкого электролита. Мы рекомендуем внимательно ознакомиться с инструкцией по использованию инвертора, особенно перед такой операцией, как зарядка аккумулятора автомобиля от сети.

Внешний аккумулятор: какой выбрать

Источник резервного питания лучше выбрать из ряда герметичных не нуждающихся в обслуживании аккумуляторах с гелеобразным или щелочным электролитом. Эти типы батарей достаточно безопасны и экологичны, в силу чего подходят для использования в подсобных и, при необходимости, даже жилых помещениях. Также отметим хорошее сохранение заряда в течение всего срока эксплуатации, возможность быстро подзаряжать батарею без потери ее эксплуатационных качеств. В принципе, при условии, что в сети нет энергоемких потребителей, для подстраховки электрики Вашего дачного дома, гаража или одной-двух фаз домашней сети, в тандеме с RPI 6010 можно использовать одну или несколько автомобильных батарей, уже поживших и отслуживших свой срок по прямому назначению. Способ соединения – последовательно или параллельно – зависит от того, какой характер потребления электроэнергии Вы рассчитываете удовлетворить, иными словами, что для вас важнее: способность вашей резервной системы быстро отдавать большую мощность или же емкость, продолжительность ее автономной работы.

Аккумулятор фактически является расходным материалом в или в системе автономного или резервного питания. И чем лучше Вы подберете аккумулятор к своей системе, тем дольше он проработает и тем меньше в конечном итоге будет стоимость электроэнергии, вырабатываемой Вашей системой.

На что обратить внимание при выборе аккумуляторных батарей?

Попробуем дать несколько советов, следуя которым можно подобрать оптимальную модель:

1. Основным параметром любого аккумулятора является его емкость. В зависимости от того, в какой системе он будет применяться, нужно выбирать необходимый номинал.

   В случае, если аккумулятор будет применяться в системе резервного питания и соответственно разряжаться он будет довольно редко (при сбое основного источника электричества), можно рассчитывать необходимую емкость исходя из 100% цикла разряда. И хотя 100% разряд вреден для любых свинцовых аккумуляторов, особенно, если нет возможности сразу их зарядить, в случае эксплуатации резервной системы таких разрядов накопится максимум десяток за год. А любой свинцовый аккумулятор (кроме автомобильных) способен выдержать до 200 полных (на 100%) циклов разрядки. То есть, при таком режиме теоретический срок службы должен составить 200/10=20 лет, однако максимальный срок службы аккумуляторных батарей равен 10 годам. Поэтому для не имеет никакого смысла приобретать избыточные емкости исходя из 30% или 50% цикла разряда.

   Саму же ёмкость нужно рассчитывать исходя из количества энергии, которую необходимо запасти.

   Например, поставлена задача обеспечить круглосуточную работу насоса системы отопления и периодическую работу освещения:

   • мощность насоса — 50 Вт (работает 24 часа в сутки),
   • мощность нескольких энергосберегающих ламп — 100 Вт (работают в общей сложности 3 часа в сутки),
   • срок работы резервной системы — 2 суток.

   Расход электроэнергии за 2 суток составит 50*24*2+100*3*2=3000 Вт*час.

   С учетом потерь в (возьмем для расчета — 10%), необходим запас энергии 3000+10%=3300 Вт*час.

   При напряжении 12 В, необходимый номинал составит 3300/12=275 А*час, т.е. в этом случае необходимы 2 батареи емкостью по 140 А*ч.

   Данный расчет приведен для случая, когда отсутствует автономный источник энергии, например в виде солнечных батарей. Если же в системе резервного питания предусмотрены и допустим они выдают 500 Вт*сутки (а столько выдает одна 100 Ваттная панель в солнечную погоду), то необходимо внести соответствующую поправку в расчет, а именно:

   При напряжении 12 В, необходимый номинал составит (3300-500*2)/12=192 А*час, т.е в этом случае будет достаточно 2-х батарей емкостью по 100 А*ч.

   Для автономной системы желательно производить расчет исходя из 30% разрядного цикла, поскольку в этом случае срок службы аккумуляторов будет фактически определяться количеством циклов заряда/разряда, а это количество тем больше, чем меньше глубина разрядки.

2. После того, как Вы определились с емкостью, необходимо выбрать конкретную модель/марку аккумулятора.

   При выборе марки нужно обратить внимание на то, для скольки-часового разряда указана емкость . Дело в том, что разные производители указывают номинальную емкость для разных условий, например для 10-и часового или для 20-и часового разряда. Та марка, у которой указан номинал для 10-и часов, будет обладать большей реальной емкостью, чем 20-и часовая при условии одинакового номинала.

3. Также, при выборе марки стоит сравнить вес аккумуляторных батарей при одинаковой емкости. Дело в том, что фактически емкость свинцовых аккумуляторных батарей определяется весом активной массы свинца, а он занимает большую часть в её весе. Соответственно, батарея с большим весом скорее всего будет обладать лучшими характеристиками (большей реальной емкостью и количеством циклов заряда/разряда).
4. Одним из важных параметров является тип аккумуляторной батареи — AGM, GEL (гелевый) или жидко-кислотный (чаще всего - автомобильный).

   Для систем автономного питания применять автомобильные не рекомендуется по той причине, что они не предназначены для длительной разрядки малыми токами и имеют минимальное число циклов среди прочих типов (обычно, не более 50). Их основное предназначение — отдать очень большой ток стартеру в течение нескольких секунд при старте двигателя.

   Однако, существует еще один тип жидко-кислотных аккумуляторов, которые специально предназначены для разрядки малыми токами, так называемые OPzS. Этот тип имеет максимальное число циклов заряда/разряда, в большинстве случаев является обслуживаемым (т.е. требующим контроля за параметрами электролита), а кроме того имеет максимальную цену и по этой причине мало распространен.

   Самым распространенным по причине низкой стоимости является AGM тип. Более дорогой, гелевый (GEL) тип также находит свое применение в солнечных электростанциях. О том, читайте на нашем сайте.

5. При выборе аккумуляторной батареи для автономной системы нужно отдать предпочтение марке с максимальным числом циклов заряда/разряда для требуемой глубины разрядки. О причинах этого уже сказано выше.
6. В свою очередь, для резервных систем нужно выбирать модель с максимальным сроком службы. Соответственно, лучше отдать предпочтение моделям гелевых или AGM аккумуляторов с 10-и летним сроком службы.

Надеемся, приведенные выше советы помогут Вам !

Для обеспечения надежной работы многих стационарных устройств необходимо применять резервное питание. Чаще всего для этих целей устанавливают аккумулятор, но за ним надо следить, не допуская сильного разряда и вовремя ставить на подза- ряд. Удобнее эту обязанность поручить автоматике.

Для подзаряда аккумулятора необходимо соответствующее устройство (внутреннее или внешнее). Зарядное устройство можно выполнить в составе системы бесперебойного питания и полностью автоматизировать процесс, т. е. оно может включаться при снижении напряжения на аккумуляторе ниже порогового уровня , или же применить «плавающий» подзаряд . Под плавающим зарядом подразумевают подключение аккумулятора параллельно с нагрузкой (рис. 2.18), когда источник питания служит только для компенсации токов саморазряда в элементах питания. В этом случае схема получается наиболее простой.

В этих схемах поступающее напряжение с трансформатора выбирается таким, чтобы зарядный ток, проходящий через аккумулятор, компенсировал ток естественного саморазряда. Нужное напряжение после выпрямителя можно подобрать экспериментально установкой дополнительных диодов или с помощью отводов от вторичной обмотки трансформатора (у некоторых унифицированных трансформаторов, например из серии TH, ТПП и др., есть возможность немного изменить напряжение во вторичной цепи за счет переключения отводов в первичной обмотке). При этом контролируем ток в цепи аккумулятора по амперметру. Обычно значение тока «плавающего» подзаряда не должно превышать 0,005…0,01 номинального для аккумулятора. Уменьшение тока заряда приводит только к увеличению продолжительности процесса (в данном применении время заряда значения не имеет - оно всегда будет достаточным).

Такие схемы можно применять, если ваша сеть достаточно стабильна и питающее напряжение не выходит за рамки допуска

Рис. 2.18. Схемы, обеспечивающиеплавающийподзаряд аккумулятора резервного питания

(в крупных городах за этим следят). В противном случае между трансформатором и аккумулятором устанавливается стабилизатор напряжения и диод, препятствующий прохождению тока аккумулятора в стабилизатор, когда трансформатор не включен (рис. 2.19). Микросхема KP142EH12 может быть заменена аналогичной импортной LM317.

Рис. 2.19. Схема зарядного устройства со стабилизатором напряжения

Более совершенная схема зарядного устройства приведена на рис. 2.20. Она не только поддерживает стабильное напряжение на

аккумуляторе, но и имеет настраиваемую токовую защиту, которая предотвращает повреждение элементов в случае короткого замыкания на выходе (или неисправности аккумулятора). Ограничение тока полезно и в тех случаях, когда подключается новый аккумулятор (еще не заряженный или сильно разряженный ранее). В этом случае ограничение тока на нужном уровне предотвращает перегрузку питающего сетевого трансформатора (он может быть маломощным - 14…30 Вт, так как в режиме «Тревога» необходимый ток вполне может обеспечить сам аккумулятор). Кроме того, внутри микросхемы есть температурная защита, отключающая ее выход при перегреве, что исключает повреждение компонентов.

Для сборки устройства можно воспользоваться односторонней печатной платой из стеклотекстолита, показанной на рис. 2.21, ее внешний вид приведен на рис. 2.22.

При монтаже применялись детали C1 - любой оксидный, С2-С4 - из серии K10. Подстроечный резистор R4 - многооборотный СП5-2В. В качестве микросхемы можно использовать любые из серии K142EH3 или K142EH4 - они имеют планарные выводы. Для установки микросхемы со стороны печатных проводников, в плате сделано окно размером 15 x 10 мм и отверстия для ее крепления. Между пластиной теплоотвода микросхемы и платой подкладываются диэлектрические шайбы так, чтобы выводы легли прямо на токопроводящие дорожки. Это позволит ко всей плоскости микросхемы закрепить отводящую тепло пластину.

Рис. 2.21. Топология печатной платы и расположение элементов

Рис. 2.22. Внешний вид монтажа элементов на плате

Трансформатор (T1) можно заменить на ТП115-K9 - он имеет 2 обмотки по 12 В с допустимым током до 0,8 А. В холостом ходу на обмотке будет напряжение 16 В, а после выпрямления и сглаживания конденсатором - 19 В, что вполне достаточно для работы стабилизатора (основную часть времени схема будет работать как раз в режиме хрлостого хода).

Работающая аналогично еще одна схема приведена на рис. 2.2,3- Основой ее является микросхема L200 (отечественных аналогов нет), имеющая выводы (2 и 5) для контроля тока в нагрузке. Приреденное включение микросхемы является типовым: от номинала резистора В2 зависит максимальный ток в цепи нагрузки (Lax = 0,45/R2), а нужное напряжение выставляется резистором R3. Стабилизатор может обеспечить выходной ток от 0,1 до 2 А и имеет внутреннюю защиту от перегрева.

Рис. 2.23. Второй вариант схемы зарядного устройства с ограничением тока

Для монтажа элементов второй схемы зарядного устройства можно воспользоваться печатной платой, показанной на рис. 2.24.

О настройке всех схем со стабилизацией. Вам потребуется миллиамперметр, вольтметр (лучше цифровой) и имитирующий нагрузку мощный резистор. Все это соединяется no схеме, показанной на рис. 2.25.

Сначала при отключенном аккумуляторе соответствующим подстроечным резистором выставляем на выходе стабилизатора напряжение 13 В, После этого переключателем S1 включаем резистор RH и проверяем ток ограничения. Его можно установить любым при помощи подбора резистора токовой обратной связи - R3 в схеме рис. 2.20 (например, для тока 220 мА - R3 = 3,9 Ом; для 300 мА - R3 = 3,3 Ом) или R2 в схеме на рис. 2.23.

Рис. 2.24. Топология печатной платы и внешний вид монтажа

Рис. 2.25. Стенддля настройки и проверки зарядногоустройства

Теперь вместо резистора RH подключаем аккумулятор GB1. Необходимый ток в цепи заряда (для энергоемкости конкрегного аккумулятора) устанавливаем подстройкой выходного напряжения. Окончательную установку следует делать уже после того, как аккумулятор полностью зарядится - этот ток должен компенсировать саморазрядОВ1.

Дополнительная литература

1. Кадино Э. Электронные системы охраны. Пер. с франц. - M.: ДМК Пресс, 2001,c. 11.

2. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 1. - M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 84.

3. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 3. - M.: СОЛОН-Пресс, 2003, с. 133.

4. Сайт фирмы: http://www.dart.ru/index5.shtml?/cataloguenew/acoustics/oscillator.shtml

5. ХрусталевД. А. Аккумуляторы. - M.: Изумруд, 2003.

Для резервирования питания ответственных энергопотребителей используют параллельное соединение нескольких источников питания, исключая при этом взаимное влияние одного источника на другой.
При повреждении или отключении одного из нескольких питающих устройств нагрузка автоматически и без разрыва цепи питания подключится к источнику питания, напряжение которого выше остальных. Обычно в цепях постоянного тока для разделения питающих цепей используют полупроводниковые диоды. Эти диоды препятствуют влиянию одного источника питания на другой. В то же время на этих диодах нерационально расходуется некоторая доля энергии источника питания. В этой связи в схемах резервирования стоит использовать диоды с минимальным падением напряжения на переходе. Обычно это германиевые диоды.
В первую очередь питание на нагрузку подают с основного источника, имеющего обычно (для реализации функции самопереключения на резервное питание) более высокое напряжение. В качестве такого источника чаще всего используют сетевое напряжение (через блок питания). В качестве источника резервного питания обычно используют батарею или аккумулятор, имеющие напряжение заведомо меньшее, чем у основного источника питания.
Самые простые и очевидные схемы резервирования источников постоянного тока показаны на рис. 10.1 и 10.2. Подобным образом можно подключить неограниченное количество источников питания к ответственному радиоэлектронному оборудованию.
Схема резервирования источников питания (рис. 10.2) отличается тем, что роль диодов, разделяющих источники питания, выполняют светодиоды. Свечение светодиода индицирует задействованный источник питания (обычно имеющий более высокое напряжение). Недостатком подобного схемного решения является то, что максимальный ток, потребляемый нагрузкой, невелик и непревышает максимально допустимого прямого тока через свето-диод.

Рис. 10.1. Основная схема резервирования источников питания

Рис. 10.2. Схема резервирования источников питания с использованием светодиодов

Рис. 10.3. Схема резервирования источника питания охранного устройства

Кроме того, на светодиоде падает около двух вольт, необходимых для его работы. Световая индикация неустойчива при несущественной разности напряжений питания.
Схема авторезервирования источника питания для ответственного оборудования - охранного устройства - приведена на рис. 10.3. На схеме условно показан основной - сетевой источник питания. На его выходе - нагрузке RH и конденсаторе С2 - формируется стабильное напряжение 12 6 или более! Батарея резервного питания GB1 подключена к сопротивлению нагрузки через цепочку диодов VD1 и VD2. Поскольку разность напряжения на этих диодах минимальна, ток через диоды в нагрузку не протекает. Однако, стоит отключиться основному
источнику питающего напряжения, как диоды откроются. Таким образом питание подается на нагрузку без перебоев.
Светодиод HL1 индицирует исправное состояние резервного источника питания, а диод VD2 не допускает питание светодио-да от источника основного питания.
Схему можно изменить таким образом, чтобы два светодио-да независимо друг от друга индицировали рабочее состояние обоих источников питания. Для этого достаточно схему (рис. 10.3) дополнить элементами индикации.
Устройство для автоматического включения резервной батареи питания описано в патенте ГДР № 271600 , а его схема показана на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Схема устройства для автоматического включения резервной батареи питания

В исходном (штатном) режиме ток от источника основного питания Еа через светодиод-индикатор тока нагрузки поступает в нагрузку. Транзистор VT1 открыт, транзистор VT2 закрыт, резервная батарея питания Еь отключена. Как только произойдет отключение основного источника питания, светодиод HL1 погаснет, закроется транзистор VT1 и, соответственно, откроется транзистор VT2. Батарея Еь подключится к нагрузке.
Недостатком устройства является то, что максимальный ток через нагрузку не может превышать максимально допустимого тока через светодиод. Кроме того, на самом светодиоде теряется до 2 В. Если пожертвовать функцией индикации и заменить светодиод на германиевый диод, рассчитанный на повышенный ток, это ограничение снимется.
Для нормальной работы телефонных автоматических определителей номера (АОН) необходимым условием является
использование резервного источника питания. Схема одного из них показана на рис. 10.5.
Когда источник питания включают в сеть, срабатывает реле К1, которое одновременно является датчиком разряда аккумулятора GB1. Через резистор R2 протекает зарядный ток 5... 10 мА. При отключении сетевого напряжения устройство получает питание от аккумулятора GB1, однако, если напряжение на аккумуляторе упадет ниже 6,5 В, реле отключится. Контакты реле разомкнут цепь питания и защитят таким образом аккумулятор от дальнейшего разряда.

Рис. 10.5. Схема автоматического включения резервного источника питания для АОНа

Аккумуляторная батарея состоит из шести элементов Д-0,55. Ее ресурса хватает для автономной работы телефона в течение часа.
В схеме использовано реле РЭС-64А РС4.569.724.
Налаживают устройство подбором резистора R1, которым устанавливают напряжение отпускания реле К1. Подбором R2 устанавливают величину зарядного тока. Для исключения перезаряда аккумулятора рекомендуется снизить величину зарядного тока до 0,2 мА.
Автоматический перевод питания нагрузки, например, радиоприемника, на резервное батарейное питание при отключении сетевого источника питания позволяет осуществить устройство по схеме на рис. 10.6 . Режим работы устройства индицируется свечением светодиода: зеленый цвет -- работа в штатном режиме; красный - в аварийном (на батареях).
Особенностью индикатора является то, что при работе от батареи ее разряд через подключенный основной блок питания исключен за счет использования диода в цепи затвора полевого транзистора.
Для того чтобы при работе устройства от блока питания не происходила подпитка нагрузки от батареи, выходное напряжение блока питания должно на 0, 7... 0, 8 В превышать напряжение батареи.

Рис. 10.6. Схема автоматического переключения нагрузки на резервное питание с индикацией

Рис. 10.7. Схема автоматического коммутатора питания

Дальнейшим развитием предыдущего устройства является автоматический коммутатор питания (рис. 10.7) . Устройство предназначено для установки в любые носимые и переносные устройства (приемники, плейеры, магнитофоны), имеющие внутренние источники питания. Автоматический коммутатор питания позволяет автоматически переходить от внутреннего к внешнему питанию и обратно.
В исходном состоянии, когда внешний источник питания отключен, реле К1 обесточено, и через его нормально замкнутые контакты напряжение подается с батареи GB1 на нагрузку RH и через диод VD1 на нижний по схеме (красный) диод HL1. При подключении внешнего источника питания реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 устанавливаются в нижнее по схеме положение, и питание на нагрузку подается от внешнего источника. Так как на анод верхнего по схеме диода HL1 (зеленого цвета) подается напряжение на 2 В больше, чем на анод нижнего диода HL1 (красного цвета), двухцветный двуханодный светодиод HL1 светится зеленым цветом, указывая на режим работы от сети. При пропадании сетевого напряжения обмотка реле К1 обесточивается, и нагрузка автоматически переключается на работу от батареи GB1. Об этом сигнализирует индикатор HL1, меняя цвет свечения с зеленого на красный. Диод VD1 следует взять типа КД503, КД521 или КД510. Падение напряжения на нем в прямом включении должно быть не менее 0,7 б.-Тогда при свечении зеленого светодиода не будет подсвечиваться красный.
Резистором R2 устанавливают ток через HL1, равный 20 мА. Реле К1 типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.005) или другое с рабочим напряжением не более 5 В. Обычно срабатывание реле происходит при напряжении, на 30...40% меньшем его рабочего напряжения.
При настройке устройства резистор R1 подбирают такой величины, чтобы реле К1 надежно срабатывало при напряжении 4 В. При использовании реле К1 других типов с напряжением срабатывания, близким к 4,5 В, резистор R1 можно исключить.
При сетевом питании электронно-механических часов наблюдается неприятный эффект: при отключении сетевого напряжения происходит остановка хода часов.
Более надежными и удобными в эксплуатации являются комбинированные блоки питания - сетевые блоки питания в сочетании с никель-кадмиевыми аккумуляторами Д-0,1 или Д-0,125 (рис. 10.8) .
Здесь конденсаторы С1 и С2 выполняют функцию балластных реактивных элементов, гасящих избыточное напряжение сети. Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов С1 и С2 при отключении устройства от сети.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то при отрицательной полуволне сетевого напряжения на верхнем (по схеме) проводе диод VD2 откроется, и через него будут заряжаться конденсаторы С1 и С2. При положительных же полуволнах конденсаторы станут перезаряжаться, ток потечет, в первую очередь, через открытый диод VD3 и начнет подзаряжаться аккумулятор GB1 и конденсатор СЗ. Напряжение на полностью заряженном аккумуляторе будет не менее 1,35 В, на светодиоде HL1 -- около 2 В. Поэтому светодиод начнет открываться и тем самым ограничивать зарядный ток аккумулятора. Следовательно, аккумулятор постоянно будет в заряженном состоянии.

Рис. 10.8. Комбинированный блок питания электронно-механических часов

При наличии напряжения в сети часы питаются от нее во время положительных полупериодов, а во время отрицательных полупериодов - энергией, запасенной аккумулятором GB1 и конденсатором СЗ. При пропадании сетевого напряжения источником питания становится аккумулятор.
Освещение циферблата включают размыканием контактов выключателя SA1. В этом случае ток зарядки и разрядки конденсаторов С1 и С2 протекает через нити накала ламп EL1 и EL2, и они начинают светиться. А ранее замкнутый двуханодный стабилитрон VD1 теперь выполняет две функции: ограничивает напряжение на лампах до значения, при котором они светятся с небольшим недокалом, а в случае перегорания нити накала одной из ламп пропускает через себя зарядно-разрядный ток конденсаторов, что предотвращает нарушение работы блока питания в целом.
Двуханодный стабилитрон VD1 типа КС213Б можно заменить на два включенных встречно-последовательно стабилитрона Д814Д, КС213Ж, КС512А. Светодиод HL1 - АЛ341 с прямым падением напряжения при токе 10 мА - 1,9...2,1 В. Лампы накаливания EL1 и EL2 типа СМН6,3-20 (на напряжение 6,3 В и ток и м/ч; или аналогичные, корпус выключателя SA1 должен быть надежно изолирован от сети.
В блоке питания для электронных часов (рис. 10.9) гашение избыточного сетевого напряжения осуществляется резисторами R1 и R2 . Это не самое экономичное решение проблемы, но при малых токах потребления вполне оправдано. Кроме того, при случайном касании выхода выпрямителя максимальный ток через тело человека не достигнет опасных значений (не более 4 мА), поскольку величина ограничивающих ток резисторов достаточно велика.

Рис. 10.9. Схема резервированного питания электронных часов

С выхода стабилизатора (аналога стабилитрона и, одновременно, индикатора включения - светодиода HL1) напряжение питания через германиевый диод VD5 подается на электронные часы. В случае отключения сетевого напряжения часы получают питание от батареи GB1, при наличии сетевого напряжения ток выпрямителя подзаряжает элемент питания. В схеме не использован конденсатор фильтра. Роль конденсатора фильтра большой емкости выполняет сам элемент питания.
Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник бесперебойного питания (рис. 10.10) для кварцевых электронно-механических часов вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА . Напряжение, снимаемое с емкостного делителя С1 и С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2, СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.
Рассмотренные ранее устройства автоматического перехода на резервное питания в случае отключения основного источника использовали в качестве базового (основного) источник постоянного тока. Менее известны схемы резервирования устройств, работающие на переменном токе. Схема одного из них, способного работать в цепях как постоянного, так и переменного тока приведена ниже .

Рис. 10.10. Схема низковольтного источника бесперебойного питания

Рис. 10.11. Схема включения источника резервного питания с гальванической развязко й

Схема включения источника резервного питания с гальванической развязкой (ИР/7) питается от источника управляющего сигнала (рис. 10.11), потребляя при этом минимальный ток (доли мА). Управляющий сигнал поступает на резистивный делитель R1, R2. Стабилитрон VD6 и диоды VD1 - VD5 защищают вход устройства от перенапряжения и неправильного подключения полярности. ИР/7 отключен контактами реле К1.1. Напряжение, снимаемое с резистора R2 и стабилитрона VD6, поступает через диод VD5 на электролитический конденсатор С1 большой емкости. Этот конденсатор при первом включении устройства заряжается до 9... 10 В за 2.. .3 минуты, после чего схема готова к работе. Скорость заряда и потребляемый устройством ток определяются резистором R1. Транзистор VT1 закрыт падением напряжения на VD5.

Через диод VD7 и резистор R4 устройство подключено к ИР/7.
При отключении управляющего напряжения переход эмиттер - база входного транзистора устройства более не шунтируется. Транзисторы VT1 и VT2 открываются. Конденсатор С1 разряжается через реле К1 и транзистор VT2. Контакты К1.1 реле замыкаются, включая ИРП. Питание на схему поступает от ИРП. Одновременно контакты реле К1.2 могут управлять другой нагрузкой. Если на входе устройства вновь появляется управляющее напряжение, транзистор VT1 запирается. Соответственно, запирается и транзистор VT2. Реле К1 обесточивается, отключая своими контактами К1.1 ИРП. Напряжение на конденсаторе С1 сохраняется на уровне 9... 10 Б, и схема переходит в ждущий режим работы.