HRP-N3 - серия источников питания с максимальной пиковой мощностью в 350% от MEAN WELL

Драйвер соленоида использует всю энергию батареи

Texas Instruments LP339 TLE2426

В этой статье описана малопотребляющая схема детектора движения с увеличенным временем работы от батареи. Часть конструкции включает в себя электромагнитный механизм отключения, который срабатывает всякий раз, когда обнаруживает движение. В оригинальной конструкции схема драйвера соленоида работала нормально, пока батарея была свежей, но теряла работоспособность, когда батарея достигала середины своего срока службы, хотя в батарее оставалось достаточно энергии для работы соленоида. Виной всему было внутреннее сопротивление батареи. Внутреннее сопротивление стандартного щелочного элемента растет по мере увеличения его срока службы, в то время как напряжение холостого хода элемента практически не меняется. Это повышенное сопротивление приводит к резкому падению напряжения питания всякий раз, когда схема драйвера пытается включить соленоид, препятствуя надежной работе.

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

В оригинальной конструкции эта проблема решалась за счет использования электролитического конденсатора большой емкости, включенного параллельно батарейному источнику питания. Этот конденсатор выполнял функцию накопителя энергии и предотвращал резкое падение напряжения питания, позволяя устройству продолжать работу при намного более глубоком разряде батареи. Однако электролитический конденсатор был громоздким и дорогим и создавал проблемы размещения в корпусе.

В схеме на Рисунке 1 проблема решается за счет обратной связи, включенной так, что любое падение напряжения питания только увеличивает возбуждение соленоида. При испытании эта схема работала даже тогда, когда номинальное напряжение батареи 6 В опускалось до 2 В. Соленоидом управляет 3-амперный p-n-p транзистор Q1 с большим коэффициентом передачи тока и низким напряжением насыщения. Для включения соленоида Q1 должен резко и полностью открываться, чтобы минимизировать падение напряжения и максимально использовать срок службы батареи. Микросхема LP339 похожа на почтенную LM339, но потребляет меньше энергии, что делает ее более подходящей для приложений с батарейным питанием. Интересно, что она также может отдавать больший выходной ток. Три устройства, включенных параллельно, обеспечивают базу Q1 током порядка 200 мА, что достаточно для того, чтобы транзистор оставался полностью насыщенным и питал соленоид током 2 А. В конструкции не требуется токоограничивающий резистор в базе транзистора Q1, поскольку выходные токи LP339 естественным образом ограничены значениями примерно 60 или 70 мА каждый.

Эта схема детектора движения может работать с 6-вольтовой батарей, напряжение которой упало до 2 В.
Рисунок 1. Эта схема детектора движения может работать с 6-вольтовой батарей, напряжение которой
упало до 2 В.

Как только механизм отключения срабатывает, S1 размыкается, отключая все питание от схемы. Устройство остается в этом состоянии до тех пор, пока механизм отключения не будет сброшен вручную. Полное отключение занимает всего около 10 мс, что экономит заряд батареи и предотвращает чрезмерное рассеивание мощности в Q1 и LP339. На оставшейся секции LP339 реализован оконный компаратор. Оконный компаратор необходим, поскольку выходные сигналы датчиков движению обычно представлены переменными напряжениями. Порог обнаружения должен быть установлен в равной степени для положительных и отрицательных отклонений сигнала. Другими словами, любой выход сигнала за пределы окна должен считаться обнаружением движения. В состоянии покоя при отсутствии входного сигнала цепь, состоящая из резисторов R3, R5 и сдвоенного диода D2, поддерживает потенциал инвертирующего входа компаратора IC1A выше уровня земли на величину падения напряжения на одном диоде, а потенциал неинвертирующего входа – ниже уровня земли на величину падения напряжения на одном диоде. Благодаря этому напряжение на выходе IC1A и, соответственно, на инвертирующих входах IC1B, IC1C и IC1D поддерживается на низком уровне. Поскольку R1 и R6 смещают неинвертирующие входы IC1B, IC1C и IC1D примерно на 0.75 В, выходы компараторов остаются выключенными.

Схема срабатывает, если входной сигнал оказывается выше или ниже уровня земли более чем на два прямых напряжения диода. Например, если входное напряжение схемы опускается ниже уровня земли, напряжение на инвертирующем входе IC1A снижается до тех пор, пока не станет ниже напряжения неинвертирующего входа. Если входное напряжение повышается, напряжение на неинвертирующем входе IC1A увеличивается до тех пор, пока не станет выше напряжения инвертирующего входа. В любом случае уровень выхода IC1A становится высоким. Это, в свою очередь, включает выходы компараторов IC1B, IC1C и IC1D, открывает транзистор Q1 и активирует соленоид. Резистор R4 обеспечивает положительную обратную связь. Если транзистор Q1 начинает частично открываться, компараторы IC1B, IC1C и IC1D переключаются, гарантированно защелкивая Q1 в полностью включенном состоянии. Таким образом, вся возможная энергия батареи поступает в соленоид. Конденсатор C1 обеспечивает дополнительную положительную обратную связь при провалах напряжения питания. Диод D3 не позволяет входному напряжению LP339 опуститься ниже уровня земли более чем на величину прямого напряжения диода.

Полезным побочным эффектом задержки, вносимой элементами C1 и R6, является предотвращение ложных срабатываний при запуске схемы за счет удержания каскадов IC1B, IC1C и IC1D от переключения до тех пор, пока не произойдет стабилизация сигнала детектора движения. Микросхема IC2 – это «генератор земли», используемый для создания земляной средней точки между шинами питания. В схеме применяются только общедоступные, недорогие и небольшие компоненты. Схема обеспечивает полное использование энергии батареи и не требует громоздкого конденсатора.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments LP339
  2. Datasheet Texas Instruments TLE2426
  3. Datasheet ON Semiconductor 1N4935
  4. Datasheet Nexperia BAV99
  5. Datasheet Diodes FZT788B

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Solenoid Trip Circuit Works at Battery's End of Life

51 предложений от 27 поставщиков
Аналоговый компаратор, Низкая Мощность, 4 Компаратора, 5 мкс, 2В до 30В, DIP, 14 вывод(-ов)
LP339D
Texas Instruments
7.26 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
LP339DR
Texas Instruments
9.83 ₽
Контест
Россия
LP339N
70 ₽
FAV Technology
Весь мир
LP339DRE4
Texas Instruments
по запросу
Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Читаю статью и не могу понять... Автор статьи говорит, что проблема конструкции была в том, что соленоид не мог включаться, когда батарея была наполовину разряжена изза роста внутреннего сопротивления щелочных элементов. И далее он пишет что "В схеме на Рисунке 1 проблема решается за счет обратной связи, включенной так, что любое падение напряжения питания только увеличивает возбуждение соленоида. " ЭТО КАК?! Как можно еще увеличить возбуждение соленоида если ключ, который им управляет полностью открыт!? Если только не допустить, что Соленоид - это живой организм, который может испытывать возбуждение...Хм...Еще он утверждает, что 6-вольтовый соленоид срабатывал даже когда напряжение батареи опускалось до 2В...Энергия эфира? Видимо для этого как раз используется PNP Транзистор с током управления под 200мА, вместо экономичного полевика, ага видимо для увеличения времени работы от батареи.... А еще круто, то что результатом срабатывания датчика является отключение питания самого датчика! Сигнализация? А зачем -хозяин придёт домой и увидит, что датчик сработал - profit! Жееесть... "Оконный компаратор необходим, поскольку выходные сигналы датчиков движению обычно представлены переменными напряжениями. " Автор видимо не в курсе, что датчики движения (PIR, Допплеровские) уже давно комплектуются экономичными biss0001, на выходе которых уже цифровой сигнал. З.Ы. Похоже статья была выдумана с одной целью - реанимация давно канувшей в лету TLE2426, в общем-то неплохая вещь, но совершенно излишняя, если использовать однополярные компараторы и реальные датчики.
  • Я тоже, ознакомившись с описанием, не понял, в чем хитрость.