Alimentazione di backup (da rete a batteria)

[majinjoko]

Buongiorno a tutti,

 

ho una scheda che - ad oggi - alimento in questo modo:

4 batterie AA (6v) -> convertitore Pololu -> 3.3v -> scheda

 

Il problema è che le batterie durano un po' sotto le aspettative.

Avendo la necessità che funzioni sempre, ma potendomi permettere un istante di "black out", ho pensato di modificare l'alimentazione in modo che:

- dalla rete di casa a 220v ottengo il 5v

- tale 5v entra in un rele nel normalmente aperto (o chiuso)

- l'alimentazione della batteria entra nel normalmente chiuso (o aperto) del rele

- dal comune del rele vado nel pololu e da lì resta come ora

 

Il rele sarebbe doppio, così da gestire positivo e negativo.

L'idea è di pilotare il rele con il 5v che ottengo dalla rete, così in caso mi mancanza di corrente il relè commuta e al pololu arriva l'alimentazione della batteria.

 

Un paio di note:

- al Vin e GND del pololu metterei in parallelo un'induttanza

- se il cambio di alimentazione mi provoca un riavvio della scheda che vado ad alimentare, poco male.

 

 

Al momento non ho possibilità di allegare uno schema, che se serve potrei produrre in serata.

 

Vedete qualche problema/falla in questo approccio?

Suggerimenti per migliorare il circuito?

 

Vi ringrazio fin d'ora.

Buona giornata a tutti,

Michele

[Livio Orsini]

Prima notazione.

Non conosco nei dettagli il tuo apparato ma credo che nella commutazione da rete a batteria, in caso di mancanza rete, tra il tempo di ritardo ed rimbalzi dei relè ci sarebbero problemi.

Solitamente queste commutazioni si eseguono con SSR (transistors o mosfet) ed un rivelatore di assenza rete che comanda la commutazione quando l'alimentatore ha ancora l'energia immagazzinata dai condensatori di filtro.

 

Meglio ancora, ed è la soluzione che adotterei io, usare un a cumulatore in configurazione batteria tampone. Questo ti garantisce di non aver alcun problema in caso di mancanza e ritorno della rete.

Il sistema sarebbe semplicissimo, basta un accumulatore da 6V ed un alimentatore.

[majinjoko]

Ciao Livio,

 

grazie delle dritte.

Ho provato a cercare "Accumulatore in configurazione batteria tampone" e mi saltano fuori le "batterie" che - ad esempio - uso nella centralina dell'antifurto. Ti riferisci a quelle? Oppure potresti dire cosa cercare per ottenere i prodotti a cui ti riferisci?

 

Infine una curiosità: quali potrebbero essere i problemi dell'approccio a cui avevo pensato? Le variazioni di corrente non dovrebbero finire sul pololu (il convertitore dc-dc) e, al limite, provocare un istante di assenza di alimentazione sulla board?

[Darlington]

Il modo più semplice è di usare tre diodi: uno in serie all'alimentazione principale, uno in serie alla resistenza di carica tampone delle batterie, uno in serie alle batterie.

 

In questo modo non hai i buchi dovuti al tempo di scambio dei contatti che diceva Livio.

 

Funziona se l'applicazione assorbe poca corrente, diciamo meno di 5A, oltre diventa difficile trovare diodi adeguati di dimensioni "umane"

[Livio Orsini]

3 ore fa, majinjoko scrisse:

Ti riferisci a quelle?

 

Quelle sono un esempio di batteria caricata in tampone. Anche la batteria dell'auto è caricata in tampone. Sull'involucro della batteria di solito è indicato con il termine inglese "stand by use" e specifica la tensione costante di carica e la massima corrente iniziale di carica.

Ad esempio un accumulatore da 12 V nominali deve essere carica in tampone con tensione di 13.6 V -13.8 V, mentre per una carica ciclica, senza carico, la tensione sale a 14.7 V - 15 V.

Infatti se misuri la tensione degli alimentatori delle centrali di allarme è 13.8 V

 

3 ore fa, majinjoko scrisse:

Infine una curiosità: quali potrebbero essere i problemi dell'approccio a cui avevo pensato?

 

IL relè si diseccita quando la tensione sarà scesa sotto i 4V, ovvero quando anche il condensatore sarà scarico; inoltre l'apertura sarà piuttosto lenta, allungando i tempi di apertura che, per natura, sin più lunghi dei tempi di chiusura.

Così rischi che il dc-dc converter rimanga disalimentato per un po', quindi ne risente anche la tensione di uscita.

Al ritorno di rete si chiudono i contatti con una serie di rimbalzi degli stessi. Questo genera un bel treno di disturbi che, probabilmente, il dc-dc converter non riesce a filtrare.

 

Se l'apparecchiatura che vai ad alimentare è molto delicata la via migliore è quella di alimentare senza soluzione di continuità.

Se ben ci pensi anche gli UPS, almeno un certo tipo di UPS, lavorano in questo modo. C'è un alimentatore che mantiene carica la batteria, l'inverter drena energia dalla batteria, ma questa è sempre ricaricata dalla rete. Quando manca la rete allora la batteria inizia a scaricarsi.

[majinjoko]

Buongiorno a tutti,

 

ho voluto costruire, come esperimento, il circuito a cui avevo pensato all'inizio. Prendetelo come un esperimento da pivello che vuole imparare 😀

 

Ci sono due differenze rispetto a quello che scrivevo in apertura:

- ho usato una batteria da 9V, invece di 4 AA

- ho aggiunto un diodo sul + della batteria e un altro diodo sul + del 5 v (quello che esce dal trasformatore collegato al 220 di casa)

 

Il risultato è che funziona *abbastanza* bene.

-> quando "salta la corrente" e subentra la batteria, la board rimane alimentata, a valle del pololu (il convertitore dcdc che alimenta la stessa) leggo 3,3v costanti

-> quando "rientra la corrente", la board si riavvia e per un istante i 3,3v spariscono

 

immagino che nel secondo caso il problema si verifica perché il pololu passa da una Vin di 9V a una Vin di 5V.

Ho fatto uno stress test per vedere il comportamento di pololu e board e sembra che non ci siano grossi problemi.

 

Forse, nel mio caso, visto che nel caso pessimo si parla di 12 "interrozuoni di corrente" in un anno, potrebbe anche essere una strada praticabile.

 

 

Vorrei chiudere ribadendo che ho voluto solo riportare un'esperienza pratica per arricchire il thread, sono ben conscio che le soluzioni proposte da voi siano sicuramente migliori!

[lemmondroberto]

il 17/10/2018 at 10:16 , majinjoko scrisse:

al Vin e GND del pololu metterei in parallelo un'induttanza 

Attenzione, mettere un' induttanza in parallelo ad una alimentazione in dc eqivale ad un cortocircuito

[Livio Orsini]

Speriamo per lui che non l'abbia ancora fatto.

[majinjoko]

Scusate, intendevo un condensatore. Ho preso un'enorme cantonata!

[gabri-z]

3 ore fa, majinjoko scrisse:

intendevo un condensatore. Ho preso un'enorme cantonata!

Molto meglio per te ..

[majinjoko]

Buonasera a tutti,

 

come scrivevo sopra, ho realizzato il circuito con relé per "gioco", sto imparando e mi piace fare diverse prove.

Sono quindi ben conscio che non è assolutamente la soluzione migliore al problema che ponevo in apertura.

 

Tuttavia, "sbattendoci la testa", mi sono venute un po' di domande. Inizio a postarle in coda a questa discussione, se è il caso di aprire un altro thread per piacere ditemelo che procedo.

 

Il circuito è molto semplice:

- corrente continua a 5v (che arriva direttamente dalla rete elettrica con un convertitore)

- corrente continua a 9v da batteria

- rele che viene alimentato e pilotato dal 5v, quando questo manca il rele viene disalimentato e subentra la 9v

 

Ovviamente in questo modo.. il relè è alimentato per la stragrande maggioranza del tempo (nell'ipotesi pessimistica di stare senza corrente per 24 ore in un anno.. il relè rimane alimentato per 364 giorni su 365).

Se questo relè alimentato a 5v consuma 200 mA, come faccio a capire "quanto mi costa", o almeno una stima molto approssimativa?

Da reminescenze scolastiche ricordo che 5v * 0.2A = 1W, che moltiplicato per 24 ore per 365 giorni fa 8,76kW. Ma qui ragiono in continua, mentre la bolletta è sull'alternata.. (e sto ignorando l'inefficienza del convertitore 220vAC->5vDC..), ma è più per curiosità di capire come si dovrebbe fare..

 

 

Sto così ragionando su come girare la questione: è possibile fare in modo che il rele resti chiuso per la maggior parte del tempo?

Sì, se riuscissi ad alimentarlo e pilotarlo con la batteria a 9v.. però in questo caso come faccio a capire che la corrente a 5v c'è o meno?

Esiste un componente eletronico che funge da "interruttore normalmente chiuso" che non sia però un rele, ma che consumi meno?

L'idea sarebbe: collego il rele al 9v, ma il 5v in qualche modo interrompe il 9v fintanto che la corrente di casa è presente.. Non so se sia chiaro. Potrei ottenere la stessa cosa con un rele pilotato dal 5v che "interrompe" il 9v, ma così.. cadrei nello stesso problema di ora!

 

Un'altra strada sarebbe utilizzare un rele bistabile che non consuma se non in transizione.

Qui vado completamente al buio. Leggo che un rele bistabile ha bisogno di un impulso basso breve <1s per commutare. Quindi, in parole povere, devo mandare a terra il pin di comando per <1s. Però in questo caso: come posso produrre tale segnale quando il 5v scompare (e anche quando riappare)? Farei alimentare il bistabile alla batteria da 9v ma non so come pilotare l'impulso di commutazione.

Di nuovo, sto tralasciando una parte importante: come passare da 9v a 5v.

 

Mi rendo conto di aver messo tantissima carne sul fuoco. Spero di non aver esagerato. La curiosità verso questo mondo è veramente tanta e - purtroppo - avrei bisogno di un paio di indicazioni almeno per capire in che direzione cercare.

 

 

Se c'è qualcosa che non va o che manca, ditemi pure.

 

Grazie per la pazienza,

buona serata a tutti!

[ilguargua]

Inizialmente inspirato da come gestisce le alimentazioni Arduino, ho finito per fare qualcosa di diverso :

 

 

U1 è il regolatore Polulu già in tuo possesso, M1 un mosfet canale P, M2 e M3 mosfet canale N (in realtà si possono usare anche 2 NPN)

Queste sono le tensioni :

Quando la tensione 5V in ingresso (verde) sparisce, sull'ingresso del regolatore (viola) viene sostituita dai 9V della batteria. i 3.3V (rosso) non subiscono variazioni.

Il tutto non consuma virtualmente niente.

Comunque tieni conto che esistono anche prodotti già pronti, tipo power bank, che ti risolvono il problema in maniera più semplice.

 

Ciao, Ale.

 

[Livio Orsini]

Bella soluzione Ale.

[majinjoko]

Ciao Ale!

Grazie mille, ho appena ordinato i mosfet e i diodi così da provarla il prima possibile.

Una piccola osservazione: anche con l'approccio a rele la tensione Vout non subisce variazioni quando si passa dai 5v ai 9v. Succede nel caso inverso, ovvero dai 9v ai 5v. Pensavo che centrasse il condensatore ma non è così. Nel mio caso, fra l'altro, non è neppure un problema.

 

Una domanda davvero banale: i mosfet che ho comprato sono degli integrati con i piedini come quelli che vedo sui circuiti stampati. Riesco in qualche modo ad utilizzarli su una breadboard? Oppure devo usare una millefori e saldarli? Vorrei in qualche modo provarli prima.

 

Riguardo allo spunto sulle powerbank: ammetto di essere fin troppo "attento", ma sono stato direttamente testimone di almeno un paio di casi di batteria ivi contenuta che si scalda e si gonfia (diciamo che "esplosione" è un termine esagerato ma è quello il senso). Non mi sentirei molto tranquillo a mettere una powerbank sempre alimentata che a sua volta alimenta il mio circuito in una scatola di derivazione di cui vorrei dimenticarmi. Ripeto, probabilmente sono esagerato, ma preferirei valutare altre strade..

PS: una piccolissima aggiunta sulle powerbank. Le ultime che ho acquistato (da 2-3 anni a questa parte) forniscono alimentazione solo se il carico ha un minimo di consumo. Nel mio caso il mio circuito consumerebbe <10mA, quindi la powerbank dopo pochi secondi smetterebbe di erogare. Magari si può aggirare questo limite, ma è uno dei motivi per cui non la considero. Felice di essere smentito anche su questo punto.

[ilguargua]

Le sigle indicate per i mosfet non sono vincolanti, quelli indicati sono fra quelli che ho trovato al volo su LTSpice, puoi anche sceglierne altri in package più maneggievoli. Esempio questo per il canale P e questo o questo per il canale N, sono tutti TO92, più facili da saldare. Si tratta di fare qualche prova, al limite riadattare il valore di qualche resistenza.

Per quanto riguarda i power bank non ne ho grande esperienza diretta, specialmodo in applicazioni di 'lungo corso', quindi concordo con quello che dici.

 

 

Ciao, Ale.

[majinjoko]

Ciao Ale,

grazie per le dritte. Ho ordinato anche la seconda versione dei mosfet, così posso provare più facilmente diverse configurazioni.

 

Buona serata!

[majinjoko]

Ciao Ale,

Scusa un paio di domande veloci.

dove devo collegare il GND del pololu? (non andrebbe al - della sorgente attiva?). E il "GND" di M2 e M3?

Secondo: in questo circuito la batteria "consuma" un po' sempre?

 

Scusa la banalità, ma certe cose sono proprio nuove per me.

 

Grazie!

 

[ilguargua]

I GND vanno tutti insieme, viene scambiato solo il positivo, la batteria in teoria non dovrebbe consumare niente, eccetto i pochi uA di perdita dei mosfet.

 

 

Ciao, Ale.

[majinjoko]

il 3/11/2018 at 23:10 , ilguargua scrisse:

Inizialmente inspirato da come gestisce le alimentazioni Arduino, ho finito per fare qualcosa di diverso :

 

 

Ciao Ale,

alla fine ho realizzato il circuito che mi hai disegnato e funziona, grazie!

 

Alla fine ho usato:

- TP2104 per il P

- 2N7000 per l'N

 

Ho due problemi per cui vorrei farti (o farvi) due domande:

- il primo non è un reale problema, però la commutazione da 9v a 5v (nel tuo schema, da VBATT a VMAINS) è immediata, mentre da VMAINS a VBATT io osservo il che la tensione che misuro in uscita dal circuito parte da 5v , scende fino a circa 1.3v e poi sale a 9v (circa). Al momento sto provando con il circuito "aperto", ovvero uso un tester per vedere qual è la tensione in uscita, non ho ancora provato a metterci condensatore e utilizzatore. Questo avviene per la mancanza di carico?

- il secondo invece è un problema enorme: il tester mi indica che quando VMAINS è attivo, la batteria eroga circa 0.93mA. Usando una batteria da 9V con una capienza di 250mAh, mi durerebbe suppergiù una decina di giorni. Ho messo in serie il tester al +  della batteria e poi l'altro cavo del tester a fare il + del VBATT del circuito. Ha senso un valore così alto? (a rischio di far la figura da asino, sul display del tester leggo 0.93 quando il tester è su "20 m" in modalità misurazione di corrente A.

 

Aggiungo, per completezza e perché nessuno di voi ha la sfera di cristallo, un paio di foto del circuito dove:

- VMAINS viene poi collegata alle due piste in alto (nella foto è scollegata)

- VBATT viene collegata alle due piste in basso (nella foto è scollegata)

- il mosfet P è quello a cavallo dei due "pezzi" di breadboard

- il GND è in comune

- il VOUT del circuito lo leggo tra GND e prelevo il + dalla pista 12 in alto, dove arrivano il diodo e il drain del mosfet P

Ho controllato più volte le resistenze e dovrebbero essere giuste..

 

 

Qualsiasi dritta o spunto, soprattutto per contenere il consumo della batteria quando VMAIN è presente, è più che ben accetto!

 

Grazie a tutti e buona serata

[ilguargua]

52 minuti fa, majinjoko scrisse:

Ho due problemi per cui vorrei farti (o farvi) due domande:

 

Purtroppo ti trovi nel non comune caso in cui l'alimentazione di backup è superiore a quella normale (altrimenti ti sarebbero bastati 2 diodi). Per il primo problema si potrebbe provare ad aggiungere una resistenza tra il gate di M3 e la massa, in maniera da completare un partitore con R1, aumentando magari anche il valore di quest'ultima. Per la seconda bisognerebbe fare qualche altra prova, ora non ho il tempo ne di farlo con il simulatore ne di testare un circuito, prova intanto a vedere cosa succede se scolleghi prima il drain di M2 e successivamente R5, in realtà anche con il simulatore mi ricordo che una corrente minima scorreva, ma non ho approfondito.

 

Ciao, Ale.

 

 

[majinjoko]

15 minuti fa, ilguargua scrisse:

ora non ho il tempo ne di farlo con il simulatore ne di testare un circuito

 

Ma figurati, non voglio farti perdere altro tempo, hai già fatto tantissimo così.

Farò le prove che mi hai detto soprattutto per la questione del consumo della batteria, anche solo per vedere fino in fondo che accade.

 

Grazie mille per l'aiuto, buona serata!

 

Piccola aggiunta: ho fatto le prove al volo: scollegando il drain di M2 non cambia nulla (stesso assorbimento sulla batteria), scollegando R5 scompare l'assorbimento ma quando vado a disattivare VMAINS, il VOUT va a zero e non sale a 9v.

Modificato: 18 novembre 2018 da majinjoko
Ho fatto la prova richiesta

[ilguargua]

41 minuti fa, majinjoko scrisse:

scollegando R5 scompare l'assorbimento ma quando vado a disattivare VMAINS, il VOUT va a zero e non sale a 9v.

Vabbè, questo è normale, la prova era solo per capire dove scorre quella corrente. Prova a fare il partitore che dicevo prima con R1, meglio se aggiungi un trimmer da 10/20 Kohm con il cursore collegato al gate di M3 e i 2 estremi tra R1 e la massa, vedi se riesci a trovare un punto con assorbimento 0 (o comunque molto ridotto) e che riesca nel contempo a compiere una commutazione accettabile tra le 2 tensioni.

 

Ciao, Ale.

[ilguargua]

9 ore fa, ilguargua scrisse:

Prova a fare il partitore che dicevo prima con R1

Ripensadoci, non credo sia questa la soluzione. La corrente tramite R5 scorre perchè M3 viene sempre mantenuto in conduzione da Vmains, quello che puoi provare sull'immediato è alzare il valore di R5 fino a 1-2 megaohm, la corrente dalla batteria dovrebbe calare drasticamente. Altrimente appena posso provo un altro schema con un canale P al posto di M3.

 

Ciao, Ale.

[majinjoko]

44 minuti fa, ilguargua scrisse:

Ripensadoci, non credo sia questa la soluzione. La corrente tramite R5 scorre perchè M3 viene sempre mantenuto in conduzione da Vmains, quello che puoi provare sull'immediato è alzare il valore di R5 fino a 1-2 megaohm, la corrente dalla batteria dovrebbe calare drasticamente. Altrimente appena posso provo un altro schema con un canale P al posto di M3.

 

Ciao, Ale.

 

Ottimo! Se riesco stasera provo, anche se temo di non avere resistenze da mega Ohm. Al limite farò una cosa improvvisata con una serie di 10 da 100k Ohm.

Ho anche un trimmer, magari riesce a tirare così tanto (non ho mai provato).

 

Aggiorno poi questa discussione con i risultati.

 

Buon lunedì!

[majinjoko]

Penso di aver combinato qualcosa, il circuito non funziona più.

Pazienza, ci sta, sto imparando.

 

E' possibile in qualche modo guastare i mosfet?

 

Visto che ne comprai 5 di tipo N ma 1 solo di tipo P, per prima cosa vorrei verificare il P. Per testare il mosfet di tipo P posso realizzare solo la parte evidenziata del circuito?

Ovvero collego il + del VBATT a R2 che va al gate, lo stesso + del VBATT al source di M1 e poi misurare la tensione tra drain di M1 e - del VBATT?

Se funziona, dovrei leggere +9V, giusto? Se invece non leggo nulla, devo acquistarne uno nuovo immagino.