Форум РадиоКот

Добрый день! Нужна помощь в разработке резервного питания для коммутатора D-Link DES-3200-26. Для экспериментов взял эту модель свитча, так как у нас она самая распространенная, та и места свободного в корпусе много.
Сейчас используются c этими коммутаторами комповые бесперебойники + 40-ка амперным аккумулятором + зарядное устройство.
Минусы такого устройства: Низкий КПД, через час работы отключается, громоздкий.
Вот решил выкинуть из свитча штатный блок питания и на его место воткнуть питальник с возможностью заряда АКБ.

Для начала набросал принцип работы. Вот не знаю, правильно ли я мыслю? При отключении сети 220 вольт, реле переключает питание с блока питания на аккумулятор. Автоматика следит за разрядом АКБ до например 12,2 вольта и включает ЗУ, по достижению 13,8 вольта отключает.







В качестве питальника и зарядки взял проверенную схему Starichok51





Жду ваших советов и предложений.
Не проходите мимо, очень нужна ваша помощь, сам я не смогу победить эту конструкцию. а электричество сейчас отключают очень часто и на долго.

===========

40 Человек за пол дня заглянули в тему, никто не прошел мимо, все так и бросились помочь -спасибо. Ну да ладно не обрубили на корню мою затею, и на том спасибо.
Прикрутил к БП автоматику вкл/выкл заряда аккумулятора, воткнул релюху переключение на АКБ при отключении сети 220в.
Может лучше было бы прицепить вместо релюх симистор, тиристор, но никогда не имел дела с ними. В общем вот что получилось:

А на Main Board свича подаётся 12 вольт с родного БП?

Да, с родного подается 12,2 вольта. Читал на форумах, что проходит питание до 15 вольт.
Вот делают такие бесперебойники. Выходное напряжение 13,8 вольт.

Ага. Поскольку Main Board получает питание, явно превышающее её потребности, это означает, что на ней самой стоят вторичные преобразователи, и, по большому счёту, в стабильном напряжении она не очень-то и нуждается. Это здорово облегчает задачу, и фактически выдаёт прямое разрешение на подсоединение аккумулятора, как источника питания.

Погнали.

=== Часть первая - оптимистичная

Что хочется сразу убрать в сторону - это микроконтроллеры. Примитивная логика элементарно делается на одном-двух триггерах, не вижу необходимости ставить для этого контроллер.
Второе, что не нравится - это реле. Из-за их задержек при переключении и искрении контактов. Есть конечно места, где реле просто необходимы, но здесь, полагаю, можно без них.

Также есть непреодолимое желание использовать имеющийся внутри неплохой БП (ну не делать же новый, нафиг надо!).

Есть у меня в запасниках относительно неплохо работающий триггер на TL431. Вот здесь я его адаптировал под подачу питания на управляющую схему импульсного БП. Хорош тем, что будучи в отключенном состоянии, потребляет только практически только через резисторы делителя напряжения, подаваемого на Adj. А это доли миллиампера. Для того же аккумулятора 7Ah - полная ерунда. Имеет гистерезис. Адаптируем схему под наши нужды.

• • 

Здесь U1, собственно, самая главная. Резисторами R3 и R4 задаётся середина между порогами включения и отключения. А резистор R1 обеспечивает ПОС, за счёт чего образуется гистерезис, разносящий состояния "Вкл" и "Выкл" на разные уровни напряжения. Расчёт этого дела прост - считаем, что R1 подключен то параллельно R3 (состояние "Вкл), то параллельно R4 (состояние "Выкл").
Без R1, кстати, схема совершенно была бы непригодна для чёткой коммутации - не обеспечивает TL431 такого большого усиления.

Микросхема ОУ. Мысль такова. В штатном БП коммутатора, построенном по типовой схеме, если оптрон обратной связи, ток через который задаётся классическим узлом на TL431. Почему бы его не использовать для ограничения тока зарядки аккумулятора? Не вопрос! Ставим токовый датчик и ОУ, усиливающий сигнал от него.

R5 R6 задают некоторое опорное напряжение, которое ОУ сравнивает с напряжением на датчике. Если напряжение на датчике (на его правом конце) ниже, чем опорное, на выходе ОУ низкое напряжение и он не влияет на работу основного регулятора. Если аккумулятор разряжен, ток, текущий в него, вызывает увеличенное падение напряжения на датчике. Как только оно достигает опорного, на выходе ОУ растёт напряжение, а оно в свою очередь подаётся на ногу Adj TL431, находящейся в блоке питания. TL431 "думает", что это выходное напряжение так выросло, и увеличивает ток через оптрон, заставляя БП снизить выходное напряжение. Вот так оно работает. К сожалению, я не успел смакетировать этот узел с каким-нибудь конкретным блоком, но, полагаю, проблем быть не должно, за исключением того, что нужно определиться с ёмкостью конденсатора и величиной резистора. Резистор, полагаю, пара килоом будет нормально, а конденсатор нужно подобрать так, чтобы не было возбуждения блока, когда он будет работать в режиме ограничения тока. Если возбуждение есть - конденсатор нужно увеличить.

Да, совсем забыл. Штатный БП нужно предварительно отрегулировать на выдачу напряжения, соответствующего напряжению "хранения" аккумулятора. Для свинцового оно составляет 13,6~13,8 вольта (чем теплее в помещении, тем это напряжение ниже).

Спасибо Андрюша за помощь!
Вот собрал по быстрячку по твоей схеме, а проверить на работоспособность пока не имею возможности из за отсутствия P-Ch полевика.

=== Часть вторая - офигистичная

После частного обсуждения первой части, выяснилось, что есть трудности с добыванием P-канальных транзисторов. Фигово. Но зато N-канальных везде как грязи. Ладно, моя будет переделывать схему.

Поскольку N-канальный, чтобы его коммутировать без лишних телодвижений, придётся опускать в минусовой провод, это вызывает некоторые трудности. Во-первых, трудность, связанная с тем, что и любимая LM358, и TL431 "привязаны" к минусу. Если LM ещё можно с трудом перенастроить на "+", то с TL делать нечего - источник опорного напряжения в ней чётко своим минусом сидит на аноде.
Во-вторых, из-за этого будет чуток непонимания. По простой причине, что здесь у нас будет две "плавающие" точки отсчёта. Одна для TL и аккумулятора, другая для ОУ. Погнали!


Собственно, схема.

• • 

Правая часть, начиная с VT2 и всё остальное - это дубляж предыдущей схемы, перенесённый на новые реалии. VT2 здесь как бы заменяет P-канальный полевик из предыдущего варианта, подавая "+" на затвор теперь уже N-канального полевика. Достаточно всё просто. Расчёт резисторов аналогичен.

Но если бы остановиться только на одной TL431, то, в отличие от предыдущей схемы, здесь есть проблема. Предыдущая схема, даже если подключенный аккумулятор был разряжен, открывала полевик как только начинал работать БП. Здесь без дополнительного пинка, увы, не обходится. Этот дополнительный пинок организует правый по схеме ОУ. Он занимается тем, что следит за направлением тока через Rш. Как только ток принимает направление "в аккумулятор" + ещё чуть-чуть (это задаётся делителем R5 R6), на выходе ОУ образуется низкое напряжение, открывающее VT1. Ну, а открытый VT1 уже тянет за собой и всю правую часть схемы...

Левый ОУ делает всё то же самое, что делал ОУ в предыдущей схеме - он следит за величиной тока.

При указанных номиналах, ток зарядки составляет где-то 2,5А. Скорее всего это много, и откорректировать это можно, уточняя сопротивления Rш, R2, R4. Чем меньше напряжение в точке Ui, тем меньше ток зарядки. Для 7Ah аккумулятора его надо бы выставить порядка 0.5 ампера (увеличив R2 и уменьшив R4), да и штатный БП, думаю, не потянет больше.

Макет собрал - работает. Последовательно R10 и R13 установил сверхъяркие красные светодиоды - чисто посмотреть, что и когда включается. Светодиод с R10 можно смело использовать в качестве индикатора зарядки, а светодиод с R13 ведёт себя не совсем чётко. Ну, это уж TL431 так работает, не компаратор она... (хотя, я почему-то не попробовал светодиод шунтировать резистором - попозже попробую).

Может показаться, что лишний Rш и можно замер тока делать на открытом канале полевика. Увы. Когда полевик закрыт и питания нет, это означает, что "минус" аккумулятора - это полный минус относительно 4-й ноги ОУ с вытекающими отсюда утечками и необходимостью защиты ног.

Может показаться, что ноги 3,5 и 6 можно напрямую зацепить на нужные точки. И опять увы - не получается, если нужна правильная работа ОУ. Во-1, резисторы служат защитой при всяких аварийных ситуациях. Во-2, через входы ОУ текут токи, какие бы малые они ни были. При работе с низкими потенциалами неодинаковость сопротивлений вызывает паразитное смещение входов, что в свою очередь вызывает вывих мозга у неподготовленных к этому.

Ну, в общем, можно делать тестовую печатку и делать пробные включения, подгоняя девайс к реальным условиям.

=== уфф... пойду, посплю...

А, забыл... Макетирование показало наличие непонятного глючка.
В общем, в исходном состоянии если есть подключенный и подсаженный аккумуляттор, БП отключен, полевик закрыт по разрядке аккумулятора.
Напряжение на БП установлено явно ниже порога включения, и даже ниже напряжения на аккумуляторе.
Включаю БП - и весьма часто имею тут же сработавший на включение триггер TL431 - полевик открылся. А вроде не должен.
Что это, Миллер настолько силён, что обеспечивает импульс через 330 кОм, или ещё что?
Стоит ли ради искоренения этого дела добавлять "драйвер для бедных"?
По-идее, эксплуатации данная проблема мешать не должна...

Если у Вас свинцовый аккумулятор - лучше используйте float charge вместо cyclic charge, всё сильно упростится.

Да, собственно, так и предлагается - аккумулятор в буферный режим, а схема - это его отключалка.

Проверил шунтирование светодиода, что последовательно с R13, резистором. 10кОм параллельно светодиоду - это то, что надо. Теперь чётко "горит-не горит".

"Затормозил" ради эксперимента правый ОУ-компаратор (конденсатор 0,01 мкФ между "Out" и "-"). Это показало, что глючок с открыванием по подаче питания растёт из ОУ - светодиод (последовательно с R10) чуть пыхает в эти моменты. Дальнейшее ковыряние показало банальность - это мой лабораторник при включении кнопкой даёт выброс на выходе, который и приводил к срабатыванию компаратора. Изменение тактики (не выключая лабораторник, просто "тыкать" провод) привело к полному отсутствию наблюдений данного эффекта. Вот так...

Резюме: можно собирать.

И ещё маленькое замечание/сомнение. При использовании VT1, VT2 с маленьким коэффициентом усиления (те же КТ361 часто бывают с h21 много меньше сотни), R10 и R13 возможно нужно будет уменьшить, например, до 6.8 кОм. Либо увеличить R11, R12, например, поставив 2.2 кОм. Я использовал 2SA733 c h21 ~250 - отлично работают при указанных на схеме номиналах.

Тип коммутирующего полевого транзистора не критичен. Я поставил какой-то CEP аж на 70A и 30 вольт, правда, предпочтительны 50-60 вольтовые с пороговым напряжением от полутора до 2,5 вольт (через делитель R14 R15 на затворе в закрытом состоянии будет маленькое, порядка 50~80мВ, но положительное напряжение). Радиатор ему не требуется - холодный, как лягушка осенью Можно ставить из принципа "а чего у нас там завалялось". Ну, конечно, по току его возможности должны с запасом перекрывать потребности...

Что-то не запустилась моя отключалка. Вместо аккумулятора подключил блок питания, не один светодиод не засветился, замерял напряжение на клемах подключения штатного БП, напряжение соответствует напряжению лабораторного БП. подстроичники ничего не изменяют.
Где я накосячил

На плате R15 10 кОм нужно подключить не к Drain, а к Gate.
У светодиодов полярность нужна наоборот - просто перевернуть. Ток у транзисторов течёт из базы вниз, поэтому к базе должен быть анод светодиода, а не катод. НО и сам светодиод должен быть не между базой и точкой R10R11 (R12R13), а чисто последовательно только с резистором R10 и R13, как если бы светодиод и резистор представить просто резистором.

Косяки исправил, все работает. Теперь буду пробовать с аккумулятором.
Спасибо.

Ещё маленькое замечание. Минус батареи - это не Gnd. Gnd - это минус БП. Это я насчёт надписи Gnd около контакта "-" на аккумулятор

Методика настройки гистерезиса "по-быстрому".

Нужно сымитировать аккумулятор конденсатором большой емкости (4700 или сколько там мкФ) и источником тока - лабораторником на режиме ограничения тока. Милиампер так... а не знаю, 20-50-200 - видно будет (ручка-то крутить есть).

Цепляем на место штатного БП какую-нибудь нагрузку, лампочку, или резистор. Также по-вкусу, но чтобы потребляемый ток был больше, чем выдаёт лабораторник. И сюда же цепляем осциллограф на режиме измерения постоянки.

Также осциллограф (или его второй канал) можно зацепить на клеммы нашего аккумулятора-конденсатора (да и вообще поползать щупом по схеме).

Включаем лабораторник. Конденсатор током заряжается, по достижении порога открывается транзистор, лампочка загорается, конденсатор разряжается, транзистор закрывается. И так по кругу. Всё это смотрим осциллографом - чётко видно пороги срабатывания. Подстроечником крутим куда надо. А надо настроить отключение на пороге 11.2~11.4 вольта, а включение где-нибудь 12,5 или выше. При указанных на схеме номиналах отключение ожидается на 11,1 вольта, включение на 13,2.

При необходимости, величину гистерезиса можно уточнить резистором R14 (ничто не мешает воткнуть на время настройки подстроечник последовательно с имеющимся R14). Сопротивление больше - гистерезис меньше, и наоборот.

При R14 470 кОм, получается гистерезис 11,2~12,7 вольта, R13 при этом может быть как 56, так и 51 кОм (выводится подстроечником).

p.s. Если не предполагается "подтыкание" заряженных аккумуляторов для обеспечения работы при отсутствии основного питания, то заужать гистерезис, может и не стоит так сильно... Ну, это уже на практике выяснять...

Испытания с аккумулятором 7А/ч прошли успешно. Номиналы компонентов рассчитаны точно. гистерезис -норма, при нижнем положении подстроечника окл. 10,2 вольта, вкл. 11,85 вольт. При верхнем положении 11,2/13,3 вольта. Также плавная регулировка ограничения тока. В общем, устройство получилось лучше чем я себе представлял.
Следующие испытания будут после сборки на чистовую и в реальных условия работы свича.
Андрюша, спасибо тебе огромное.

Собрал питальник, все работает, все настраивается и регулируется.
Но вот беда с нагревом ключа SSS6N60. Частота 70 кГц, нагрузка 3 ампера, за 20 минут радиатор нагрелся до 90*. Уменьшил нагрузку до 2,5 ампера, за 40 минут нагрелся до 80*.

Хватает ли 600-вольтового транзистора? Расчёт можно глянуть?
Есть ли возможность попробовать поставить транзистор с меньшим Turn-Off Fall Time, например IRFBC40, 2SK3562 (и ещё десятки типов, оптимизированных на быстрое выключение), а можно и то и другое вместе, например, 2SK3264.
Снаббер греется?

Сейчас есть только NDF04N60ZG, 07N60C3, SSS7N60.
Кроме ключа ничего не греется.

Сергей, это я своих первых схемах рисовал в затворе резистор 15 Ом. но когда начал реально изготавливать, тоже получил большой нагрев ключа.
поскольку транс работает в разрывном режиме тока, быстро открывать ключ нет необходимости. поэтому заменяем 15 Ом на 100 Ом и ставим параллельно резистору обратный диод для быстрого закрытия ключа.

Володь, еще вчера вспомнил что где-то ты писал за этот резистор и то что даже без радиатора не греется. Посмотрел другие 2 БП, родной от свича и от ноутбука. резисторы в одном 100 Ом, во втором 75 Ом. Я поставил 91 Ом(у меня их много ) но на нагрев не повлияло.
Ща попробую поменять полевик на NDF04N60ZG.

Меня смущает не 15 Ом (imho беспроблемный резистор), а то, что Fall Time у использованных транзисторов составляет 100~150 нс. Дело в том, что когда я балуюсь ремонтами, несколько раз наскакивал на то, что при попытке замены отсутствующих на складе нужных транзисторов на транзисторы с длинным Fall Time приводит к очень приличному росту их температуры. Поэтому и задал вопрос про транзисторы. К сожалению, xNyy обладают довольно скромными параметрами в этом плане. Те же 2SK уже заметно шустрее, а 3SK тем более.

Есть также вопрос к снабберу - может емкость попробовать чуток увеличить?

ну да, 100-150 нс - многовато на такой частоте.
я потом перешел на sss2n60, и с заменой затворной цепи, они стали "холодными" даже без радиатора.
кстати, 2-амперного ключа хватит примерно до 50-60 Ватт.