NASUMAZE-1
Nabíjeèka Superkondenzátorù
z Malých Alternativních Zdrojù Energie
Mikroprocesorem
øízená nabíjeèka superkondenzátorù (2,7 V, 100 – 3000 F) z malých
alternativních zdrojù energie (3 – 20 V, max. 1 A):
-
Solární
panely
-
Alternátor
s usmìròovaèem (jízdní kolo, rotoped, vìtrná turbína, vodní turbína)
-
Termoelektrický
generátor (krb, kamna, solární vaøiè)
Výhody
superkondenzátorù vs. baterie: rychlé nabíjení velkými proudy,
prakticky nekoneèný poèet nabíjecích cyklù (více než 1 000 000),
velmi vysoký výstupní proud (až tisíce A), nemá pamìový efekt, nevadí mu
výkyvy v nabíjení (ideální pro solární nebo vìtrné zdroje), velmi malé
ztráty energie pøi nabíjení.
Nevýhody
superkondenzátorù vs. baterie: malé poèáteèní napìtí a rychlý pokles
napìtí (je potøeba zvyšující DC/DC mìniè, napø. MAX856), mnohem rychlejší
samovybíjení, mnohem vyšší cena, hmotnost a objem na jednotku kapacity (èasem
se zlepší).
Využití
v domácnosti:
skladištì energie ze slunce, vìtru, vody a živé síly (napø. køeèek :) pro
èastou opakovanou spotøebu (LED osvìtlení, elektrovýbava jízdního kola,
elektronické hraèky a jiní žrouti baterií, ostrovní nabíjeèka mobilù a ruèních
vysílaèek).
Popis obvodu
Mikroprocesor PIC12F1840
mìøí napìtí na nabíjeném superkondenzátoru, signalizuje mìøené napìtí
v intervalu po 0,25 V kombinací blikání zelené a modré LED (viz
štítek), pøi pøekroèení 2,7 V zapne sirénu a vypne nabíjení rozepnutím
tranzistoru BS170 (N-MOSFET), který rozepne nízkoodporový výkonový P-MOSFET IRF4905.
Oba tranzistory jsou v klidu drženy rozepnuté pull-down/up rezistory. Pro
minimalizaci ztrát napìtí jsou použity Schottkyho
diody 1N5817 a LDO stabilizátor LE33CZ. Obvod lze napájet i ze
síového zdroje, musí se ale snížit proud pod 1 A externím rezistorem Rx ve
svorkovnici K1. Zdroj se musí pøipojovat až po superkondenzátoru, jinak hrozí
poškození mikroprocesoru. Funkce jednotlivých souèástek viz tabulka souèástek.
Inspirace:
Petr Musel, Solární regulátor RS-12, Praktická Elektronika 08/2005, s. 13, s vylepšením:
menší, ale výkonnìjší mikroprocesor s pøímým mìøením napìtí, menší ztráty na
diodách a stabilizátoru, menší odpor tranzistoru P-MOSFET, jednodušší
signalizace LED, použitelnost i pro slabé zdroje.
Vytvoøeno dubnu 2013.
Funkèní schéma
Pájecí schéma
Tabulka souèástek
|
Kód
|
Souèástka
|
Typ
|
Funkce
|
|
B
|
LED
|
LED
modrá 5 mm; 5,6 cd; 3,2 V; 20 mA
|
Signalizace
napìtí na superkondenzátoru
|
|
C1
|
Kondenzátor
|
10
µF/25 V tantalový
|
Filtrace
výstupu stabilizátoru
|
|
C2
|
Kondenzátor
|
100
nF/50 V keramický
|
Filtrace
výstupu stabilizátoru
|
|
C3
|
Kondenzátor
|
100
nF/50 V keramický
|
Filtrace
vstupu stabilizátoru
|
|
C4
|
Kondenzátor
|
10
µF/25 V tantalový
|
Filtrace
vstupu stabilizátoru
|
|
C5
|
Kondenzátor
|
220
nF/63 V keramický
|
Filtrace
vstupního napìtí
|
|
D1
|
Dioda
|
1N5817
Schottky 20 V/1 A
|
Ochrana
proti zpìtnému proudu
|
|
D2
|
Dioda
|
1N5817
Schottky 20 V/1 A
|
Ochrana
proti pøepólování
|
|
DZ1
|
Zenerova
dioda
|
7,5V/0,5W/
BZX83V007.5
|
Ochrana
proti pøepìtí z programátoru
|
|
G
|
LED
|
LED
zelená 3,3 V/5 mm/13 cd/20 mm
|
Signalizace
napìtí na superkondenzátoru
|
|
IC1
|
Integrovaný
obvod
|
Napìový
stabilizátor LE33CZ/3,3 V/150 mA, LDO
|
Stabilizace
napájení PIC
|
|
IC2
|
Integrovaný
obvod
|
Mikroprocesor
PIC12F1840
|
Øídící
procesor
|
|
JP1
|
Jumper
|
Jumper -H/B
|
Oddìlení
napájení PIC pøi programování
|
|
K1
|
Svorkovnice
|
ARK306/2P
|
Pøipojení
rezistoru Rx
|
|
K2
|
Svorkovnice
|
ARK306/3P
|
Pøipojení
tranzistoru Q1
|
|
K3
|
Svorkovnice
|
ARK306/3P
|
Pøipojení
tranzistoru Q2
|
|
PAD1
|
Konektor
|
Napájecí
konektor 2,1 mm souosý, vidlice + zásuvka
|
Pøipojení
zdroje
|
|
PAD2
|
Konektor
|
Napájecí
konektor 2,1 mm souosý, vidlice + zásuvka
|
Pøipojení
superkondenzátoru
|
|
PAD3
|
Pin
|
Kolík
ZL201
|
Pøipojení
programovacího konektoru VPP
|
|
PAD4
|
Pin
|
Kolík
ZL201
|
Pøipojení
programovacího konektoru PGD
|
|
PAD5
|
Pin
|
Kolík
ZL201
|
Pøipojení
programovacího konektoru GND
|
|
PAD6
|
Pin
|
Kolík
ZL201
|
Pøipojení
programovacího konektoru VDD
|
|
PAD7
|
Pin
|
Kolík
ZL201
|
Pøipojení
programovacího konektoru PGC
|
|
Q1
|
Tranzistor
|
IRF4905,
P-MOSFET, -55V/-74A
|
Spínání
nabíjení superkondenzátoru ze zdroje
|
|
Q2
|
Tranzistor
|
BS170,
N-MOSFET, 60V/ 0,5A
|
Spínání
Q1 z PIC
|
|
R1
|
Rezistor
|
10
kΩ/ 0,6W/ metalizovaný
|
Blokace
resetu PIC
|
|
R2
|
Rezistor
|
100
kΩ/ 0,6W/ metalizovaný
|
pull-down
pro vypnutí Q2
|
|
R3
|
Rezistor
|
100
kΩ/ 0,6W/ metalizovaný
|
pull-up
pro vypnutí Q1
|
|
R4
|
Rezistor
|
1
kΩ/ 0,6W/ metalizovaný
|
Snížení
proudu pro mìøení napìtí na superkondenzátoru
|
|
R5
|
Rezistor
|
10
kΩ/ 0,6W/ metalizovaný
|
Snížení
proudu LED
|
|
Rx
|
Rezistor
|
Podle
typu zdroje
|
Omezení
nabíjecího proudu pod 1A nebo pod limit zdroje
|
|
REP1
|
Sirénka
|
KPE242/
4,1 kHz/ 3 - 16V/ 70 dB
|
Signalizace
napìtí na superkondenzátoru
|
|
VAR1
|
Varistor
|
SIOV-SO7K50/
65V/ 1200A
|
Filtrace
proudových špièek
|
|
VAR2
|
Varistor
|
SIOV-SO7K50/
65V/ 1200A
|
Filtrace
proudových špièek
|
|
|
Fotovoltaický
panel
|
Rich
Solar RS-M 12V/5W, max. 17,1 V, 0,285A
|
Zdroj
pro nabíjení
|
|
|
Super-
kondenzátor
|
1200
F/2,7V, EDLC(DH), ESR 0,5 mΩ, max. stálý proud 63 A, max. špièkový
proud 955 A
|
Nabíjený
zdroj
|
|
|
Krabièka
|
Krabicová
rozvodka 75x75x35 mm
|
|
|
|
Plošný
spoj
|
Univerzální
pásový plošný spoj 74x58 mm
|
|
|
|
Pojistkové
pouzdro
|
KS-PDF80A
s pojistkou 3,15A
|
Ochrana
superkondenzátoru proti zkratu
|
Štítek
Fotodokumentace
Grafy nabíjení a vybíjení kondenzátorù 2,7 V / 1200F
(Sluneèný
den 19.4.2013, mezi 9 – 14 hod)
Program
