Улучшенный вариант источника бесперебойного питания на 5 В

Описываемый маломощный источник бесперебойного питания (ИБП) с напряжением на выходе 5 В является модернизированным вариантом устройства [1]. Его назначение, технические характеристики и принцип работы остались те же. Изменениям подвергся только узел защиты Li-Ion аккумулятора от глубокой разрядки. Большинство дискретных элементов этого узла были заменены микроконтроллером.

Схема улучшенного варианта источника бесперебойного питания показана на рис. 1. Узел защиты Li-Ion аккумулятора G1 выполнен на широко распространённом микроконтроллере (МК) DD1 PIC12F675-I/P от Microchip Technology. Реле К1 подключено непосредственно к выходу МК. И что самое важное, такое решение позволило избавиться от подстроечного резистора для проведения настройки порога отключения реле К1. В результате повысилась надёжность как защитного узла, так и ИБП в целом. Кроме этого, заменены некоторые элементы более доступными.

Рис. 1. Схема улучшенного варианта источника бесперебойного питания

Рассмотрим работу ИБП с учётом улучшенного узла защиты аккумулятора G1 от недопустимой разрядки. В основном режиме входное напряжение +5 В поступает на контакт 1 разъёма Х1. Далее это напряжение через диод VD4 поступает на вход VIN+ модуля А1. Следовательно, на выходе VOUT+ модуля А1 также будет присутствовать предварительно установленное напряжение +5 В. Оно поступит на выход ИБП - контакт 5 разъёма Х1. Будут запитаны МК DD1 и через диод VD2 реле К1. Кроме этого, входное напряжение +5 В поступает на контакт 4 микросхемы DA1. Соответственно на выходе Vbat этой микросхемы (вывод 3) будет присутствовать напряжение для зарядки аккумулятора G1. Это же напряжение через резистор R4 поступает на вход АЦП AN0 (вывод 7) МК DD1. МК контролирует напряжение на аккумуляторе G1. Если контролируемое напряжение будет более 3 В, на линии порта GP5 (выход 2) МК DD1 будет присутствовать низкий логический уровень. Поэтому на реле К1 поступит напряжение, и его контакты К1. 1 будут замкнуты. В результате будет осуществляться зарядка аккумулятора G1 через микросхему DA1.

Теперь, допустим, отключилось входное напряжение +5 В на контакте 1 разъёма Х1. Напряжение питания для модуля А1 теперь будет поступать с аккумулятора G1 через диод Шоттки VD3 и замкнутые контакты К1. МК DD1 продолжает контролировать напряжение на аккумуляторе G1. По мере расходования запасённой энергии аккумулятором G1 напряжение на нём будет снижаться. При достижении установленных 3 В на линии порта GP5 (выход 2) МК DD1 появится высокий логический уровень. В результате реле К1 будут обесточено, контакты K1.1 разомкнутся, исчезнет выходное напряжение +5 В ИБП. Так работает защита от глубокой разрядки G1.

Микроконтроллер DD1 выполняет единственную функцию - управление реле К1 в зависимости от напряжения на аккумуляторе G1. Он работает под управлением hex-файла, который загружают во FLASH-память МК. Исходный текст написан и затем скомпилирован с помощью компилятора MikroBasic PRO for PIC [2] и со всеми комментариями приведён в программе, выложенной на сайте редакции. Используемый MK [3] имеет в своём составе четыре входа АЦП, но использован один из них. О выборе порога отключения именно в 3 В было сказано в [1], а сейчас рассмотрим, как определялся этот порог для нашего случая с микроконтроллером.

Как известно, модуль АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в соот-ветствующий десятиразрядный цифровой код. Максимальное напряжение, подаваемое на АЦП AN0 (вывод 7 DD1), - +5 В и соответствует внутреннему образцовому, которое в нашем случае равно напряжению источника питания. При этом условии десятиразрядный код АЦП будет соответствовать значению 1023. Нам требуется определить цифровой код, соответствующий 3 В, при котором MK DD1 отключал бы реле К1. Из этой пропорции можно вычислить код 1023x3/5 = 613,8. Округляем его до 614, и это значение используется при работе программы МК DD1. Процесс управления реле К1 микроконтроллером DD1 легко понять, обратившись к исходному тексту программы.

На входе AN0 МК DD1 последовательно с контролируемым источником включён резистор R4 сопротивлением 10 кОм. Можно было бы его и не устанавливать. Но тогда при ошибочной прошивке МК возможно появление на этом входе низкого логического уровня, что может привести к выходу МК из строя. Да и такая схема отключения ИБП кнопкой SB1 работать не будет. Сопротивление резистора R4 выбрано согласно техническим характеристикам [3] на МК DD1 и не должно быть более 10 кОм. Реле К1 РЭС55А исполнения РС4.569.600-07 подключено непосредственно к выходу 2 DD1. Надёжность такого решения подтверждено продолжительной безотказной работой устройства. Последовательное включение диода VD2 в цепь питания реле К1 обеспечивает снижение тока через обмотку реле. Падение напряжения на диоде - примерно 0,7 В, а реле К1 нормально срабатывает и при напряжении 4 В на обмотке.

Чертёж печатной платы приведён на рис. 2. На ней установлены модуль А1, панель для МК PIC12F675-I/P, реле, диоды VD1, VD2, VD4 - серии Ш400х, диод Шоттки VD3 - Ш581х, оксидные конденсаторы С1, С2 - К50-35, остальные -К73.МикросхемаDA1 MCP73831/2 установлена со стороны печатных проводников.

Рис. 2. Чертёж печатной платы

Автор: М. Ткачук, г. Алматы, Казахстан