microgeek.eu

Cześć,

Jestem w trakcie wykonywania takiego UPS DIY dla Raspberry. Najpierw w skrócie opiszę jak to ma działać, potem chciałbym zadać parę pytań odnośnie obsługi MOSFET'ów IRF9540N (właściwie to będzie jedno duże pytanie), a więc tak:
Projekt zakłada istnienie dwóch niezależnych źródeł zasilania Raspberry:
- jedno (podstawowe) to jest zasilacz dla Raspberry (o wydajności 2A) - oznaczone jako 5 VDC MAIN,
- drugie źródło to jest bateria (taka jaką zasila się komórkę) - oznaczone jako 5 VDC BATT
Jest też trzecie źródło zasilania (12 VDC BATT), ale to niezależne zasilanie jest przewidziane jako źródło zasilania dla zasilacza odpowiedzialnego za ładowanie baterii.
Przełączanie między źródłami zasilania dla Raspberry odbywa się za pomocą tranzystora MOSFET IRF9540N o konale P o nazwie "MOS_PCH_1" ze schematu ideowego. Natomiast tranzystor MOSFET IRF9540N o kanale P o nazwie "MOS_PCH_2". Tutaj jest taka zasada, że działanie tego pierwszego "MOS_PCH_1" uaktywnia działanie (sygnał na bramkę) dla tego drugiego "MOS_PCH_2". Ten drugi tranzystor "MOS_PCH_2" odpowiedzialny jest za załączenie ładowania baterii z innego źródła zasilania 5 VDC niż jest zasilane Raspberry (Raspberry ma swój zasilacz, który jest tylko dla niego, a bateria ma zupełnie osobne źródło ładowania). Źródło zasilania 5 VDC dla baterii stanowi zasilacz na układzie LM7805 z kondensatorami: C11, C12, C13 i C14.
Dalej na schemacie wersji 1 widać diodę, która ma za zadanie blokować cofanie się zasilania chwilowego pomocniczego z zestawu kondensatorów: C1-C10. Zadaniem tych kondensatorów jest chwilowe "podtrzymanie przy życiu" Raspberry kiedy to nagle zostanie odcięty dopływ zasilania głównego (tego "5 VDC MAIN"). Innymi słowy - te kondensatory C1-C10 zasilają Raspberry non-stop i stanowią bufor energii dla Raspberry zanim zadziałają MOSFET'y.

Teraz pytanie:
Otóż mam wątpliwości co do tego jak mają być obsłużone bramki MOSFET'ów, tzn. czy aktywować je bezpośrednio tak jak w schemacie w wersji 1 (jak poniżej):

...czy może bramki MOSFET'ów aktywować (każdy indywidualnie) poprzez filtr złożony z cewki 100 [µH] i kondenstora 100 [nF] tak jak tutaj:


Bardziej doświadczonych użytkowników tego Forum (Koleżanki i Kolegów) bardzo proszę o pomoc z tymi MOSFET'ami. Z góry dziękuję.

Pozdrawiam! J23

To może zadam pytanie: Jaki przyświecał Ci cel stosowania aż takich zaawansowanych filtrów LC i potencjometrów w statycznym układzie?

ZbeeGin pisze:To może zapytam pytanie jaki przyświecał Ci cel stosowania aż takich zaawansowanych filtrów LC i potencjometrów w statycznym układzie?

W statycznym układzie? Hmm.. No dobra, przyjmijmy takie założenie na początek, ale już spieszę z odpowiedzią.
1. Bezpieczeństwo - układ ma chodzić włączony non-stop w odległym miejscu, bez możliwości majstrowania przy nim podczas pracy. Wszelkie fluktuacje napięcia, prądu (a to występuje inaczej w różnym obszarze) nie mają mieć najmniejszego wpływu na funkcjonowanie UPS'a. Nie ma być mowy o tym, że układ przestanie działać z takiego czy innego względu.
2. Chociaż specyfikacja (dokumentacja) dla IRF9540N przewiduje szpilki i inne różne zachowania na wejściu bazy MOSFET'a BARDZO zależałoby mi żeby mieściło się to raczej po środku skali.

A teraz BARDZO poproszę o dalsze konstruktywne odpowiedzi. Bardzo dziękuję.

Pozdrawiam! J23

P.S. Układ jest w 70-80% przestestowany z filtrami LC i działa to całkiem dobrze. Niedługo dam więcej informacji co i jak.

Wykonałem kolejny szereg testów, tym razem bez układów LC przed bazami tranzystorów MOSFET, wg schematu:


Cały obwód działał stabilnie, ale jest jedna sprawa, na którą nie znajduję odpowiedzi. Otóż, o ile napięcie otwarcia bazy (Gate threshold) dla MOSFET'ów w obu przypadkach ustawione jest na ok.3,0-3,1 [V], to już rezultat podawania napięcia przez dren jest różny dla każdego z MOSFET'ów... Problemów najmniejszych nie stwarza oczywiście ten MOSFET przy układzie zasilacza 12V -> 5V czyli "MOS_PCH_2" - on funkcjonuje tak jak powinień, czyli w przypadku "zera" na bazie podaje "jedynkę" (napięcie 5 [V] ) na drenie, ze źródła 5 [V], a w przypadku "jedynki" ( ok. 3,0-3,1 [V] ) na bazie podaje "zero" na drenie. Ten działa ładnie.
Natomiast ten drugi MOSFET czyli "MOS_PCH_1" w przypadku podawania "jedynki" ( 3,0-3,1 [V] ) na bazę daje ok.0,018 - 0,02 [V] na drenie i poniżej nie spada już napięcie, z kolei kiedy jest u niego "zero" na bazie to -przy tym samym ustawieniu potencjometru regulującego- daje on na drenie w porywach 2,9 [V] i więcej nie... (a powinien dawać coś ok. 5 [V], jeśli nawet nie wprost 5 [V] ). Nie potrafię zlokalizować wycieku tego napięcia... Jak ktoś ma jakiś pomysł, albo wie o co chodzi to proszę o pomoc. Dziękuję.

Pozdrawiam! J23

Udało mi się znaleźć rozwiązanie dziwnego zachowania MOSFET'a Otóż chcąc za wszelką cenę zabezpieczyć układ przed utratą cennej energii wprowadziłem w szereg dodatniego napięcia diodę 4001 mającą -teoretycznie- zabezpieczyć cały obwód przed przewczesną utratą energii z tych dziesięciu kondensatorów - co po testach okazuje się, że dioda w tym obwodzie nie jest absolutnie potrzebna (robi więcej złego niż dobrego).

Końcowy (wg mnie poprawny) schemat ideowy powinien wyglądać tak:


Schematu montażowego jeszcze nie mam - dodam jak tylko się pojawi i będzie on działał prawidłowo.
Wszystkim kibicującym, trzymającym kciuki, chcącym pomóc i Koledze ZbeeGin za wyprowadzenie mnie z błędnej ścieżki - bardzo dziękuję.

Pozdrawiam! J23

Jeśli chcesz zabezpieczyć swój układ przed różnymi zakłóceniami to zabezpiecz go od wejścia. Tam możesz dać dławiki by narosty nieco złagodzić; dać warystory za nimi, które przejmą na siebie ewentualne przepięcia.

ZbeeGin pisze:Jeśli chcesz zabezpieczyć swój układ przed różnymi zakłóceniami to zabezpiecz go od wejścia. Tam możesz dać dławiki by narosty nieco złagodzić; dać warystory za nimi, które przejmą na siebie ewentualne przepięcia.

Dziękuję za radę Kolego ZbeeGin. Tak zapewne zrobię. Bardziej mnie martwi zasilanie baterii (na schemacie "5 VDC BATT LOAD" w czasie gdy działa główne zasilanie, czyli działa ten zasilacz z 12 V na 5 V - no i tym 5 V zasilam baterię do ładowania. No i wszystko pięknie, tylko co się okazało.. MOSFET'y w takim układzie jak na schemacie to nic innego jak układ Darlingtona i całkiem piękne wzmocnienie sygnału tam się dzieje - do tego stopnia, że upaliłem dwie diody zanim -niestety zbyt późno- skapnąłem się o co chodzi. Tak to już jest jak się człowiek spieszy... Dlatego przed "5 VDC BATT LOAD" dałem rezystor, żeby trochę przychamować niszczycielskie zapędy obu MOSFET'ów.

Oto ostatni działający schemat (ideowy, bo ten działający to jest na uniwersalnej płytce montażowej):


Pozdrawiam! J23

Po ostatnich testach i tak... wstyd się przyznać, ale zrobiłem dużego babola... -minus że dopiero teraz to zauważyłem, plusy są dwa: dostrzegłem go w porę, a dwa nic wielkiego się przez to nie stało. A co jest grane już piszę:
Ten układ ma zasilać Raspberry z sieci (poprzez zasilacz) gdy jest główne zasilanie, oraz zasilać Raspberry z baterii wtedy kiedy następuje odcięcie zasilania. Wszystko pięknie. Docelowo ten układ ma za zadanie ładować baterię ("5VDC BATT LOAD") gdy JEST zasilanie z sieci, a więc Raspberry nie potrzebuje zasilania z baterii i wtedy bateria może się spokojnie ładować. Tak jednak NIGDY się nie stanie DOPÓKI za zasilaczem z 12 [V] do 5 [V] będzie stał tranzystor MOSFET z kanałem P... Tam MUSI być MOSFET z kanałem N jak na poniższym schemacie, czyli ZAMIAST "MOS_PCH_2" ma być "MOS_NCH_2" - dwójka już tak żeby było wiadomo, że to ten drugi...
Mam nadzieję, że to już będzie ten całkiem poprawny schemat:


Reszty schematów nie wyrzucam, niech zostaną, żeby można było na przykładach zobaczyć jak to można łatwo błąd popełnić przy projektowaniu niby to takiego prostego układziku...

Pozdrawiam! J23

Po przemyśleniach i testach doszłem do wniosku, że ostatecznie cały obwód może działać na jednym MOSFET'cie - tym "MOS_PCH_1". Ten drugi MOSFET "MOS_NCH_1"/"MOS_PCH_1" można wraz z potencjometrem (który ustala punkt pracy bazy tranzystora) usunąć. Nie będzie to co prawda aż tak elegancki obwód ale będzie on tak samo funkcjonalny, prostszy, no i tańszy. Jutro/pojutrze wrzucę schematy i może jakieś zdjęcia.
Pozdrawiam! J23

Przesyłam poniżej schemat ideowy ostatnio przetestowanego i tym razem całkowicie poprawnie działającego układu UPS dla Raspberry:

Oto jakie zmiany zaszły i dlaczego:
1. Pozbycie się 10x kondensatorów podtrzymujących energię. Powód: Cóż, okazuje się, że kondensatory wygładzające napięcie wraz z szybkim MOSFET'em całkowicie wystarczają do roli UPS i ich zasób energii + szybkość przełączenia źródła energii za pomocą MOSFET'a doskonale spełnia swoją rolę.
2. Diody - jedna za drenem MOSFET'a, druga za źródłem zasilania (z zasilacza dla RPi) - ich rola jest taka, żeby prąd nie cofał się w niepożądaną stronę.
3. Dodatkowy układ stabilizatora - to jest tak: jeden stabilizator (ten z układem LM7809) jest użyty w celu ładowania zestawu baterii 9 [V], a drugi stabilizator (z układem LM7805) jest użyty w celu uzyskania stabilnego napięcia 5 [V] dla Raspberry, kiedy np. zasilanie sieciowe padnie (albo inaczej: złodziej odetnie zasilanie sieciowe 220V).

Układ działa stabilnie, bezpiecznie, szybko i bardzo sprawnie. Prawdopodobnie nie będę już nic w nim zmieniał, więc kolejne sprawy jakie chciałbym wkrótce dodać to już raczej schemat montażowy.

Pozdrawiam! J23

Aktualizacja projektu UPS / sterownika UPS do zasilania Raspberry... Udało mi się dobrać do wnętrza ładowarki do smartfonów (trzeba było trochę brutalnie, ale z odrobiną wyczucia nic złego się nie stało) i okazuje się, że będę ją mógł wykorzystać
Najpierw jednak przybliżę jak wygląda, jakie gniazda/porty udostępnia, co może i jakich przeróbek wymagała do tego projektu. Wygląda ona tak:


Całkiem z lewej jest gniazdo zasilania z ładowarki do urządzenia zewnętrzego czyli "5V OUT", dalej kilka kabelków mojej przeróbki o czym za chwilę, i na końcu gniazdo do ładowania samej ładowarki z jakiegoś stabilnego źródła napięcia 5V (oznaczone jako "5V IN".
Kabelki z przeróbki to są wszystkie ścieżki z "5V OUT" + "5V IN" + ścieżki takiego przycisku/switcha, który aktywuje ładowarkę (ładowarka wyłącza się samoistnie jeśli poziom jej naładowania jest -zdaniem jej układu sterującego- jest zbyt niski). Generalnie potrzebne mi były pierwotnie kabelki tylko do tego switcha, ale doszłem do wniosku, że lepiej będzie wyprowadzić inne sygnały także, żeby np. nie męczyć się potem z gniazdem micro-USB. Kabelków jest pięć a nie cztery, ponieważ -nie wiem czemu dokładnie- ale "5V OUT" i "5V IN" mają osobne masy. Masa dla switcha włączającego baterię jest wspólna z tą masą dla "5V IN".

Podczas oglądania wnętrza ładowarki okazało się, że jest ona wyposażona w niezależny układ stabilizacji napięcia, jakby wewnętrzny zasilacz do ładowania samej siebie, no i wspomniany układ który dba oto, żeby była ona wyłączana kiedy poziom jej naładowania -niby- jest zbyt niski.. To ostatnie w tym projekcie MUSIAŁEM ominąć, więc dlatego wyprowadziłem sygnały ze switcha, żeby regularnie co ok.6-7 sekund aktywować ładowarkę (dba o to układ przerzutnika astabilnego, o czym za chwilę kiedy będę z grubsza omawiał schemat).

Schemat ideowy wygląda tak:


Oznaczenia i znaczenia wykorzystanych pinów (JP):
1. MAIN_5_VDC = zasilanie z zasilacza dla Raspberry (z sieci 230 V)
2. MAIN_12_VDC = zasilanie z niezależnego zasilacza żeby można było ładować ładowarkę, kiedy nie jest wykorzystywana (czyli jest napięcie w sieci)
3. MAIN_GND = pin dla masy od strony zasilacza dla Raspberry (chodzi o to, że kabelek od zasilacza dla Raspberry musiał zostać podzielony, bo nie dysponuję akurat łączem żeńskim micro USB, ani drugim łączem męskim micro-USB).
4. BATT_5_VDC = to jest sygnał 5 [V] z "5V OUT" ładowarki
5. BATT_GND = masa ładowarki (będzie wspólna dla "5V OUT" i "5V IN", bo MOSFET'y w moim projekcie dbają o to, żeby nie było jednocześnie wykorzystane i "5V OUT" i "5V IN".
6. BATT_5_VDC_LOAD = sygnał 5 [V] dla "5V IN" (zasilanie ładowarki)
7. RPI_5_VDC = sygnał zasilania 5 [V] dla Raspberry (wyprowadzony dla portu męskiego micro-USB)
8. BATT_VDC_IN_GND = sygnał masy dla "5V IN"
9. BATT_VDC_OUT_GND = sygnał masy dla "5V OUT"
10. RPI_GND = sygnał masy od strony zasilania dla Raspberry (masa dla łącza męskiego micro-USB).

U góry jest układ stabilizacji napięcia na bazie układu LM7805CV zamieniający napięcie 12 VDC na 5 VDC żeby można było ładować ładowarkę (nie chciałem wykorzystywać w tym celu zasilacza dla Raspberry, którego cała moc jest przewidziana TYLKO dla Raspberry).

Potencjometry i tranzystory (MOSFET'y i zwykłe bipolarne):
1. R1 ("IF_NO_230V") i P-MOSFET "MOS_PCH_1" - dbają o załączenie sygnału zasilania z ładowarki, gdy nagle zabraknie zasilania z sieci 230 V
2. R8 ("IF_WE_CAN_LOAD") i N-MOSFET "IRF630B" - dbają o możliwość ładowania ładowarki gdy dostępne jest zasilanie z sieci
3. R2 ("IF_BATT_NEED_LOAD") i P-MOSFET "MOS_PCH_2" - dbają o możliwość ładowania ładowarki gdy ładowarka tego potrzebuje (nie jest naładowana) - na marginesie.. Nie wiem czy takie zabezpieczenie jest potrzebne, ale nie zaszkodzi, a na pewno pomoże.
4. R9 ("IF_BATT_START") i tranzystor BC-557 - dbają o to, żeby ładowarka NIGDY nie wyłączyła się kiedy Raspberry potrzebuje zasilania i żeby włączyła się wtedy kiedy zasilania zabraknie - tutaj moja prośba do bardziej doświadczonych Forumowiczów o to, czy tak może to wyglądać (tzn. włączenie tego impulsatora/przerzutnika astabilnego odpowiedzialnego za regularnie włączanie switcha startującego baterię.

Dwie diody 1N4001 dbają o właściwy kierunek zasilania dla Raspberry, natomiast te dwie diody 1N4148 od przerzutnika astabilnego zapobiegają uszkodzeniu tranzystora w momencie gdy na jego bazie pojawia się duże ujemne napięcie (moment wyzwolenia).

No i to by było na chwilę obecną tyle. Bardzo proszę bardziej doświadczonych Forumowiczów o "rzucenie okiem" na schemat tego projektu. Dwóch rzeczy nie jestem pewien: czy ten przerzutnik astabilny jest właściwie "aktywowany" oraz czy nie potrzeba tam jednak kondensatorów podtrzymujących napięcie (przy załączaniu ładowarki), ale to drugie to wyniknie z testów końcowych. Z góry dzięki!

Pozdrawiam! J23

Diody D1, D2 i D3 proponowałbym wymienić na jakieś Schottky, aby zmniejszyć spadek napięcia na ich złączach. Przychodzi mi na myśl SB5100, bo często z nich korzystamy w pracy, ale w Twoim przypadku wcale nie musi to być tak ciężki kaliber.

Dziękuję Anty za odpowiedź. Tylko te diody musiałyby też wytrzymać nieco wyższy prąd (tak na wszelki wypadek). No i właśnie nie mam aż takiego doświadczenia jeśli chodzi o dobór elementów, a druga sprawa to ich dostępność - nie wszystko mam na "wyciągnięcie ręki" (ale coś tam wymyślę). Dzięki!

Musze przyznać, że podoba mi się to co robisz. Widzę tu jednak kilka problemów:
1 - Co w momencie gdy przez długi czas nie ma napięcia 230V a bateria juz jest tak słaba, że RPI się wyłączy w momencie zapisu danych na karcie SD. Często przez takie działanie uszkadzają się właśnie karty SD. Przydała by się jakaś soft-kontrola tego, ktora zamknie wcześniej RPI
2 - i tu jest kolejny problem bo RPI się samo nie podniesie jak ma na zaciskach jakieś napięcie. Potrzebuje chwilowy zanik napięcia do startu.