Аварийное освещение

Автор:
Опубликовано 05.01.2006

На старой работе я занимался ремонтом УПСов (источников бесперебойного питания). Несколько списанных полусульфатировавшихся аккумуляторов удалось поднять до 50-70% емкости, и они пылились дома в шкафу.

Однажды дома отключили свет, и мы несколько часов сидели в темноте. «Что за мазафака такая???» - подумал я. - «Имея дома заначку с аккумуляторами, сижу в полной темноте, и ничего не сделать и никого не видно!!!» Позже, я раскопал в шкафу полку с аккумуляторами и принялся за дело. Пришла в голову мысль сделать систему аварийного освещения, чтобы в следующий раз не остаться с носом. Вернее, не видя даже собственного носа.

Идея УПСов отпала сразу по причине затрат на трансформаторы, сложную систему управления, или даже если не морочиться и купить готовый – надо тратить деньги. Поэтому было решено закупить только лампы 12В, а все остальное делать из подручных материалов.

Первоначально система была такая: релюха коммутирует аварийную лампу, а компаратор следит за разрядом аккумулятора и при разряде ниже нормы отключает лампу. Далее я обнаружил, что дома нет релюхи. Из принципа, в магазин за релюхой не пошел, зато откопал мощный половик (полевик – хе-хе…) 60 N 06, который при комнатной температуре жмет 60А, а напряжение сток-исток у него 60В. Мне хватит.

После долгих вечеров, проведенных в П-Каде, получилась вот такая схема:

Сей девайс состоит из двух частей – верхняя и нижняя :) Верхняя схема – компаратор защиты, нижняя – простая пищалка на логике. Защита умеет отключать нагрузку при разряде аккумулятора ниже 10 Вольт и при к/з в нагрузке. Надо же спасать половик от чрезмерной тяжести! Писчалка писчит так: счетчик ИЕ7 считает такты генератора на первых двух инверторах от ЛА3, и на каждом 16-м такте дает низкий уровень на выходе переноса TCu . Четвертый инвертор по этому сигналу командует ключом на Q 3 и пищит :) Такой сигнал не напрягает уши периодичностью звука, но сообщает нам, что с осветительной сетью произошла… э-э… неприятность.

Собстно, пищалка есть зуммер (пьезик) со встроенным генератором, и подключается в разъем Х5.

Назначение разъемов на схеме:

Х1 – 12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор. Емкость по барабану, больше – лучше. У меня запараллелены два 7-амперных и один 12-амперный. Хоть и напрямую параллелить их нельзя, из-за неравенства токов, но что-то они работают вместе и особо не жалуются. Все равно не новые, не жалко :)

Х2, Х3 – галогенные лампы 12В 20Вт, для подсветки мебели, для фонариков, автомобильные – какие есть. Надо, чтобы в сумме больше 50Вт не было, иначе время работы системы уменьшается. А ведь особой яркости не надо, разве что если делать свет в каждую комнату :)

Х4 – сюда подключаем маломощный понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 11-12вольт. Я влепил туды кадровый транс от лампового телека ТВК110-Л2.

ВАРНИНГ!!! Не балуйтесь напряжением на вторичке. У заряженного свинцового 12вольтового аккумулятора напряжение на клеммах под конец заряда 13,8вольт, при напряжении 13,8…14,4 аккумулятор живет в режиме хранения. Большее напряжение ему вредно.

Х5 – разъем для пятивольтового зуммера со встроенным генератором. Если эта писчалка 12вольтовая, то контакт 1 разъема Х5 надо переключить на 12В.

Настройка:

Схема, собранная с указанными номиналами, работает и так, причем вполне сносно. Единственно – надо обязательно проверить защиту от короткого замыкания. См. где-то ниже.

Назначение элементов, а также если надо что-то перестроить:

R4 D2 , R8 D3 – цепочки гистерезиса. При переключении компаратора эти цепочки изменяют напряжения на входах компараторов так, чтобы обратное переключение компараторов было при бОльших уровнях напряжений.

R4 – гистерезис между напряжениями разряженного и заряженного аккумулятора.

R8 – для отключения нагрузки при коротыше на выходе. Не настраивается. Равен R4 .

R3 – задает порог защиты от разряда аккумулятора. Больше номинал – выше напряжение.

Q1 – силовой ключ, как ни странно :) Его нужно посадить на небольшую алюминиевую пластинку 5-10 см 2 – при срабатывании защиты от короткого замыкания в транзисторе выделяется большая мощность, ее надо отвести от кристалла транзистора.

R6 – порог защиты от козы. Больше номинал – больше ток.

R7 – токоизмерительная сопруха. При 0,22Ом лампа может быть до 20Вт, если надо больше (как например у меня 2 лампы по 20Вт), ставьте 0,15Ом.

R10 C2 Q 2 – схемка обнаружения пропадания сети (странная фраза!). Сигнал с затвора Q1 (с коллектора Q 2) идет на ЛА3 и тормозит счетчик. Генерации звукового сигнала нету. Или наоборот, когда сети нет, пищалка начинает работать. Открытый Q2 коротит затвор транзистора Q1 на землю, и лампы не горят.

С3 – периодичность звукового сигнала. Больше емкость – реже писк.

D4 – мост на 3-4ампера. У меня стоит KBU 805, он на 8А 500В.

IC1 – сдвоенный компаратор. КА4558, NJM 4558 – названий дофига.

IC2 – 155ИЕ7. Или 555ИЕ7, она жрет меньше.

IC3 – 155ЛА3. Лучше, если 555ЛА3. По той же причине.

IC4 – 7805, стабилизатор +5В для питания пищалки. В схеме – он же генератор опорного напряжения для 4558.

Проверка работы:

Собранную схему включаем в сеть, подключаем аккумулятор и лампы. Лампы гореть не должны. В разрыв дорожки от D1 к разъему Х5 подключаем амперметр и мерим ток заряда. Нормальным током заряда в нашей схеме для семиамперного аккумулятора будет ток 0,5…1А. Убираем амперметр, восстанавливаем дорожку. Вытыкаем вилку из розетки, лампы должны загореться, а через несколько секунд мы услышим одиночный сигнал зуммера. Скотчем заклеим ему дышло, чтобы не парил :) Начинаем проверку режимов работы. Сеть отключена, работаем от аккумулятора.

На выводе 6 мелкосхемы 4558 ищем опорное напряжение 5В.

Пятая лапка у 4558 имеет половину напряжения аккумулятора, около 5,5…6,5В

Седьмой вывод 4558 напряжением 8…12В открывает половик Q 1 и лампы светятся, аднака! :)

Как только аккумулятор разрядится ниже 10вольт, напряжение на выводе 5 станет всего на пару милливольт меньше, чем на выводе 6, и компаратор переключится. На выводе 7 напруга спадет до 1,3…1,5вольт, половик закрывается, лампы гаснут. Через цепочку D 2 R 4 это самое напряжение 1,3…1,5вольт поступает на измерительный вывод 5 мелкосхемы 4558 и уменьшает его еще на 1Вольт. Теперь, чтобы компаратору включить лампы, аккумулятор должен зарядиться до 13вольт. Тогда лапка 5 станет снова больше, чем лапка 6, компаратор переключится обратно и лампы зажгутся. Но будет это только после того, как нам дадут свет и аккумулятор зарядится. Но это будет следующий цикл работы.

Очень важная штука – проверка работы защиты от короткого замыкания. Не расстраивайтесь, если при испытаниях пожгете пару половиков. Тяжело в учении! Перед испытаниями на козу аккумулятор нужно зарядить.

Следует отдельно рассказать о холодных нитях ламп.

У отключенной, обесточенной лампы накаливания, ее еще можно назвать «холодная», сопротивление спирали в несколько раз меньше, чем у горящей. Пусковой ток, иногда десятикратный, который в десять раз больше, вреден и для лампы, и для нашей схемы.

Для примера: у ламп, которые я использовал, нить накала 0,8Ом. Это 20ваттная лампа! При старте мощность составляет 180Вт!!! По закону Ома, высчитанная включенная (горячая) спираль получается 12*12/20=7,2Ом. Таким образом, при включении ламп, через половик течет ток 30А (2 лампы по 15А), который через доли секунды спадает всего до трех. Наша схема защиты от короткого замыкания должна быть нечувствительной к пусковому току, но должна быть готовой обесточить всё и вся мало ли если что. Номиналы на схеме такие, что схема «тянет» две лампы, но третья для нее будет лишней, три лампы схема даже не попробует включить. Если к двум включенным лампам мы подключаем третью, и схема выключается, тогда мы снова зажигаем лампы, берем кусок провода и коротим разъем Х2 или Х3.

…

После того, как вас выпишут из больницы :) продолжим :)

- Предохранитель целый, лампы не горят. Все закончилось так, как должно было быть. Включим снова, попробуем еще несколько раз. Схема должна выдерживать короткое замыкание, это ее обязанность.

- Предохранитель жженый, полевик пробит. Неудача. Варианты: транзистор не стоял на радиаторе, транзистор «левый», коротнули не там, ошибка в монтаже. У меня при испытаниях ничего не погорело, все работает.

З.Ы. В статье несколько раз встречается словосочетание «снова зажгем лампы». В схеме нет кнопки «сброс». Защита сбрасывается сама при заряде аккумулятора. При номиналах как на схеме система видит посаженный аккумулятор как ниже 10,1В, а заряженный – выше 13,1В. Таким образом, чтобы «снова зажечь лампы», нам надо воткнуть схему в розетку и подождать, пока напряжение на аккумуляторе поднимется до 13,1В. Если аккумулятор заряжен ( что требуется для испытаний), то ждать немного.

З.З.Ы. У схемы один важный минус – после разрядки аккумулятора на нем продолжает висеть компаратор и жрущая логика. Т.е. если свет так и не дадут, аккумулятор будет посажен вжопу и убит спустя пару недель. Но это в версии 1.1 :)

З.З.З.Ы. Да, кстати, у зуммера дышло уже можно отлепить от скотча…