Андрей Кашкаров - Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем
Решение с помощью аккумуляторов: подключил параллельно разъему питания в корпусе устройства бывший в употреблении аккумулятор AP-Li-10B/12B с номинальным напряжением 3,7 (емкость 900 мА/ч) от старого фотоаппарата Olympus. Подключение представлено на рисунке 1.52.
Перед подключением данный аккумулятор был вынут из пластикового корпуса с отключением от платы контроллера заряда. Теперь при отключении внешнего питания (от выносного блока с тремя батареями) сигнализация сохраняет работоспособность.
Однако аккумулятор с таким подходящими габаритами и энергоемкостью найдется не у всех. Можно установить Li-Pol-аккумулятор типа LP401230 c тем же номинальным напряжением 3,7 B и энергоемкостью 100 мА/ч (см. рис. 1.53).
Рис. 1.52. Вид на подключенный АКБ AP-LM0B/12B
Энергоемкости 100 мА/ч в данном случае вполне достаточно для решения поставленной задачи. Литий полимерные аккумуляторы многих современных (особенно малофункциональных, простых) сотовых телефонов могут работать без подзарядки больше месяца.
Однако недостаток этого решения в том, что Li-Pol-аккумулятор быстро портится (теряет емкость) в условиях постоянного и продолжительного подключения к источнику питания (в данному случае – внешнему блоку). Хотя в данном случае на это можно не обращать внимания, поскольку «резервный» источник питания нужен только на несколько секунд, сразу после отключения основного (штатного) выносного блока питания.
Рис. 1.53. Вид на Li-Pol-аккумулятор типа LP401230 c тем же номинальным напряжением 3,7 В перед установкой и подключением к корпусу MT9021
Рис. 1.54. Ионистор DB-5R5D474T, подключенный параллельно контактам разъема питания
«Минус» аккумуляторного решения в том, что при постоянно замкнутой цепи включателя питания напряжение приложено к плате до тех пор, пока не разрядится аккумулятор, что прямо зависит от его энергоемкости. Следовательно, отсутствие возможности отключить устройство внешне приведет к тому, что сигнализация будет слать «тревожные» sms постоянно (один раз в 10 минут – в соответствии с программой, заложенной производителем), пока в зоне охраны (датчик движения) находится и перемещается какой-то объект. А этим объектом вполне может быть и хозяин автомобиля. Для этого случая мною предусмотрено простое решение.
Решение с помощью ионистора. Вместо аккумулятора в те же точки – с соблюдением полярности – подключается ионистор емкостью 0,47 Фарады и напряжением 5 В. Стоимость его едва превышает 60 рублей, поэтому такая замена вполне оправданна. Вид на подключенный ионистор марки DB-5R5D474T представлен на рисунке 1.54.
Также и во многих других случаях ионистор эффективно заменяет встраиваемые в прибор резервные источники питания, что рассмотрено далее на конкретном примере. При всех описанных возможностях ионисторы заряжаются и посредством электрического тока.
Ионисторы накапливают энергию в момент максимальной производительности устройств, генерирующих электрическую энергию. И в данном случае ионистор как нельзя лучше подходит для аккумулирования энергии и последующей ее отдачи в короткое время (впрочем, вполне достаточное для уверенного оповещения данной сигнализации посредством отправки sms).
Некритичность режима заряда, практически неограниченное число циклов заряда-разряда, нетребовательность в регламенте (обслуживании) делают ионистор весьма перспективным радиоэлементом в современных электронных устройствах различного назначения.
В данном случае не потребуется накрывать корпус сигнализации «чулком», чтобы ослепить ее электронный глаз, поскольку энергии, отдаваемой ионистором с такими характеристиками емкости (проверено практикой), достаточно только для питания устройства в течение 1–1,5 минут; затем напряжение на его выводах уменьшается ниже значения 3 В, и устройство отключается. Ионистор потом заряжается при подключении штатного выносного блока с элементами питания. А если ту (штатную) цепь питания никто не прерывает, то ионистор постоянно подключен к источнику питания и может работать так сколь угодно долго, беря на себя функцию резервного источника питания, активного в «тревожном» течении 1–1,5 минуты.
Работа с солнечной батареей. При всех описанных возможностях ионисторы заряжаются и посредством электрического тока, получаемого даже от солнечной батареи.
Ионисторы накапливают энергию в момент максимальной производительности устройств, генерирующих электрическую энергию. Чем это удобно в «связке» с солнечной батареей?
По определению, солнечная батарея имеет максимальную производительность при освещенности ее поверхности и при нагреве самой батареи всего лишь до 25–30 °C. Во время ее эксплуатации летом в солнечную погоду (когда солнечные батареи работают с наибольшей отдачей) неизбежен нагрев всей поверхности модуля. И при температуре выше 60 °C производительность солнечной батареи значительно снижается.
В данном случае блоки из батарей ионисторов как нельзя лучше подходят для аккумулирования энергии в момент максимальной эффективности солнечной батареи.
В условиях пиковой нагрузки (в частности, на транспорте) имеется возможность делать запас энергии в период ее минимального потребления и расходовать при увеличении спроса на нее.
Стоимость в розницу К58-10 емкостью 1 Ф на рабочее напряжение 6,3 В – около 200 рублей, 0,47 Ф на напряжение 5,5 В – всего 50 руб.
1.9.7. Особенности заряда и саморазряд
Особенности заряда и саморазряд влияют на общую продолжительность работы прибора.
На процесс саморазряда время заряда не оказывает определяющего влияния (процесс заряда ионистора малым током оптимален при времени заряда 24 часа и более), поскольку внутреннее сопротивление ионистора в данном случае изменяется лишь за счет сопротивления электрическому току перераспределенных ионов. Отсюда чем ниже температура ионистора, тем больше времени уйдет на саморазряд и тем более высоким в долгосрочной перспективе будет срок службы ионистора.
Если взять за время полезной работы ионистора (Tback-up) срок его реальной службы, то он может быть заранее рассчитан по формуле:
Tback-up = CV/i = C х (V0-ixR – V1)/(I + IL),
где C – емкость ионисторра, Ф; i – ток в течение периода Tback_up, А; IL – ток утечки, А; R – внутреннее сопротивление ионистора (Ом в расчете на 1 кГц); V1 – напряжение (В), до которого разрядится ионистор; V0 – приложенное напряжение, В.
Итак, если взять, к примеру, конкретный ионистор 1905V фирмы Panasonic с параметрами емкости 1 Ф (в расчете 1 Ф – 20 % (допуск) = 0,8 Ф) на напряжение 5,5 В с разрядным током 10 мкА, в условиях: полный заряд при U = 5 В, температура при разряде 40 °C, напряжение, до которого разрядится ионистор, – 2 В, то расчет покажет время, в течение которого такой новый ионистор будет эффективно работать при конкретных приведенных условиях как резервный источник питания (между циклами заряда и разряда), – 55 часов.
С ионисторами б/у время это будет меньше и может доходить до половины приведенного в вышеописанном расчете – за счет потери емкости и изменения внутреннего сопротивления – при прочих равных условиях тока зарядки, приложенного напряжения и температуры окружающей среды.
Еще один важный «штрих» по теме – возможное изменение емкости от тока разряда, приложенного напряжения и температуры окружающей среды фактически, проявляется при старении ионистора (эксплуатации свыше 1000 часов) в непрерывных циклах (заряд/разряд).
Сегодня ионисторы нашли широкое применение в электронике. Они используются в сотовых телефонах, серверах и отдельных ПК, в робототехнике, автоэлектронике, струйных принтерах и во многих других современных электронных устройствах. Как элементы они идеально подходят для разработки электрических схем, в которых необходимы быстрые процессы заряда.
Ионисторы с небольшими токами используются в устройствах резервного питания, схем и электронных узлов памяти, цифровых устройствах.
Ионисторы с относительно большими токами (к примеру, HW-серия) – в электрических схемах управления электродвигателями в автомобильной электронике и во многих других случаях.
Задача для перспективы и будущих разработок: для использования в автономных электрических сетях нужны устройства с аналогичным принципом действия, но более масштабные.
1.10. Как с помощью простой схемы продлить время работы элемента питания
Автомобильные охранные сигнализации среднего класса используют основной (базовый) приемный блок, монтируемый в автомобиле и мобильный блок-передатчик (брелок). Брелок питается от элемента типа Е23А (MN 21) с номинальным напряжением 12 В. Фирмы-производители таких элементов могут быть разными (Durasell, Warta, GP, Alkoline), от этого суть дела не меняется.
