Autor Tema: Alimentación redundante a micro (Red y Batería)  (Leído 6045 veces)

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Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« en: 19 de Diciembre de 2019, 12:24:46 »
Hola a todos !!

Les escribo ya que estoy analizando el diseño de un circuito de alimentación a un micro, que cumpla la función de conmutar a batería en caso de una falla de alimentación externa, es decir un funcionamiento similar a lo que hace una UPS, sin que el micro vea esa conmutación.

La idea es que mientras que el circuito proveniente de la red se encuentre funcionando, la batería no esté entregando corriente, solo debería entregar corriente en caso de falla externa.

Lo más simple y rápido que se me ocurre implementar es un relé o transistor con un contacto normalmente cerrado desde la batería, de manera tal que ante una falla externa, quede alimentado directamente por esa batería.

Agradecería consejos de quienes hayan implementado algo similar !!

Saludos a toda la comunidad
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #1 en: 19 de Diciembre de 2019, 13:49:49 »
Eso es muy simple de implementar y sin necesidad de utilizar relevadores, ya que eso podría hacer que tu circuito se apague por un instante.
Lo mejor es usar un circuito con diodos.

Actualmente lo que tienes es alimentación 110V o 220V ac--->transformador---->rectificador----->Filtro capacitivo----->Regulador (posiblemente un LM7805).

Ahora bien si quieres alimentar el circuito de forma automática cuando la fuente de 110V o 220V ac falla, se hace lo siguiente:

110V o 220V ac ----->transformador -----> Rectificador ---->Filtro capacitivo -----> Regulador (LM7805)
                                                                                                                  ^
                                                                Batería 12V---->Diodo en serie----|

De esta manera el voltaje entre el rectificador y el Regulador cuando se alimenta desde el transmformador es más grande y eso hace que el diodo en serie con la batería esté abierto, por lo tanto la batería no suministra ninguna corriente al circuito.
Cuando no hay voltaje en el transformador (o sea la fuente de poder de AC falla), entonces el diodo se polariza y la batería alimenta al regulador 7805, peromitiendo así una alimentación automática sin necesidad de agregar ningún relevador.

Ahora bien, esto no está considerando el cargador de la batería, que ya es otro tema.

saludos,

elreypic.

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #2 en: 19 de Diciembre de 2019, 14:44:37 »
Hola Reypic !

Habia pensado en implementar esto, pero me quedan las dudas si realmente la batería no proporciona alguna corriente, ya que por más pequeña que sea, no me sirve si asi lo hace.

En este caso si el circuito es alimentado desde la red, obtengo 5 Vcc antes del regulador de 3.3 V, en caso que el circuito sea alimentado por una batería, obtengo 3.6 V antes del regulador.

Si el circuito es alimentado por la red, el diodo queda polarizado inversamente con los 5 V frente a los 3.6 V.

En caso que el diodo quede polarizado directamente, estaría perdiendo 0.7 V por la caida del mismo y obtendria 2.9 V a la entrada del regulador .
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #3 en: 19 de Diciembre de 2019, 15:05:30 »
Sería bueno también ponerle un diodo a la salida de la fuente, para que cuando el micro sea alimentado mediante la bateria, la etapa de salida de la fuente no vea ninguna tensión. A su vez esto sirve para enviar una señal al micro tomada antes del diodo, de que la tensión de red está cortada.

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #4 en: 19 de Diciembre de 2019, 15:53:52 »
Hola Reypic !

Habia pensado en implementar esto, pero me quedan las dudas si realmente la batería no proporciona alguna corriente, ya que por más pequeña que sea, no me sirve si asi lo hace.

En este caso si el circuito es alimentado desde la red, obtengo 5 Vcc antes del regulador de 3.3 V, en caso que el circuito sea alimentado por una batería, obtengo 3.6 V antes del regulador.

Si el circuito es alimentado por la red, el diodo queda polarizado inversamente con los 5 V frente a los 3.6 V.

En caso que el diodo quede polarizado directamente, estaría perdiendo 0.7 V por la caida del mismo y obtendria 2.9 V a la entrada del regulador .

Ya cuando mencionas los parámetros de operación la sitación cambia, lo anterior lo supuse como adivinando, porque no proporionaste ningún parámetro y pues así es difícil proponer algo más específico, ¿estás de acuerdo?
De ahí la importancia de proporcionar tantos datos como sea posible, ya que no somos adivinos de lo que estás intentando hacer.
Esa caída de tensión en el diodo se puee minimizar si usas un diodo Schotky, pero esa caída en el diodo va a depender del tipo de diodo y de la corriente que circulará por este. De igual manera el regulador que necesitarás tendrá que ser de muy baja caída (drop off). Lo que aun teniendo 3.6V de alimentación de una batería, tendría que ser muy eficiente.

saludos

elreypic.

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #5 en: 19 de Diciembre de 2019, 16:57:23 »
Tal cual, debería hacerlo con diodos Schotky para obtener una menor caida.

El regulador que voy a utilizar tiene entre 210 mV (Typ) y 350 mV (max) de dropout voltage, por lo que al ser la tensión de salida de 3.3V, la tensión mínima en la entrada del regulador debe ser mayor o igual que 3.3V + 0.350 = 3.65 V. En el caso de un regulador de 2.8 -> Vin mayor o igual a 2.8+0.350 = 3.15, a cualquiera de los dos si le sumo la caida del Schotky (0.5V aprox), tendria que alimentarlo con 4.15 V y 3.65 V respectivamente. Lo más comun sería lograr 3.6 o 3.7 V lo cual son baterías standares.

Me parece que voy a estar muy al límite con la tensión minima de entrada al regulador. Que opinas ?

Saludos !

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #6 en: 26 de Diciembre de 2019, 18:00:57 »
Hola Reypic !

Habia pensado en implementar esto, pero me quedan las dudas si realmente la batería no proporciona alguna corriente, ya que por más pequeña que sea, no me sirve si asi lo hace.

En este caso si el circuito es alimentado desde la red, obtengo 5 Vcc antes del regulador de 3.3 V, en caso que el circuito sea alimentado por una batería, obtengo 3.6 V antes del regulador.

Si el circuito es alimentado por la red, el diodo queda polarizado inversamente con los 5 V frente a los 3.6 V.

En caso que el diodo quede polarizado directamente, estaría perdiendo 0.7 V por la caida del mismo y obtendria 2.9 V a la entrada del regulador .

Ya cuando mencionas los parámetros de operación la sitación cambia, lo anterior lo supuse como adivinando, porque no proporionaste ningún parámetro y pues así es difícil proponer algo más específico, ¿estás de acuerdo?
De ahí la importancia de proporcionar tantos datos como sea posible, ya que no somos adivinos de lo que estás intentando hacer.
Esa caída de tensión en el diodo se puee minimizar si usas un diodo Schotky, pero esa caída en el diodo va a depender del tipo de diodo y de la corriente que circulará por este. De igual manera el regulador que necesitarás tendrá que ser de muy baja caída (drop off). Lo que aun teniendo 3.6V de alimentación de una batería, tendría que ser muy eficiente.

saludos

elreypic.

Hola Reypic !

Estuve analizando un poco que implementar, y una alternativa a esto es colocar un relé alimentado desde la fuente de alimentación, con esa misma tensión alimentando el circuito a través del normal cerrado. Cuando se corte la tensión de la fuente, el relé se desenergiza y el circuito queda alimentado a través de la batería por el contacto normalmente cerrado del relé. Ahora bien, tengo el inconveniente de unos 20 ms del circuito sin tensión al cambiar de estado el relé, lo cual haría que el mismo se apague.

Por otro lado, analizando lo de los diodos, en el caso de tener 3 pilas de 1.5 V, obtendría una tensión de 4.5 V antes del diodo.

Si a su vez también coloco un diodo desde los 5 V de la fuente, y resto 0.7 V de caida, obtendría 4.3 V del otro lado del diodo, lo cual el diodo proveniente de la batería algo de corriente también estaría suministrando (muy poca).

Alguno ha utilizado un circuito con transistor para reemplazar el relé en este caso ???

Saludos !
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #7 en: 27 de Diciembre de 2019, 03:06:19 »
No mencionas cuál es la corriente que circulará a través de los diodos, pero si lo maximizamos hasta 1A, y usas Dos diodos 1N5817; uno en serie con la fuente de 5V y otro en serie con las baterías. Este diodo solo tiene una caída de 0.45V a una corriente de 1A, lo que significa que tendrías 4.55V después del diodo De la Fuente y 4.05 V después del diodo de las baterías. Como cátodo del diodo de fuente tiene un voltaje más alto que el voltaje del ánodo del diodo en las baterías, ese diodo no conduce, entregando corriente solamente la fuente de 5V.
Esa es mi propuesta, pero ya depende de ti.

elreypic

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #8 en: 27 de Diciembre de 2019, 10:10:27 »
No mencionas cuál es la corriente que circulará a través de los diodos, pero si lo maximizamos hasta 1A, y usas Dos diodos 1N5817; uno en serie con la fuente de 5V y otro en serie con las baterías. Este diodo solo tiene una caída de 0.45V a una corriente de 1A, lo que significa que tendrías 4.55V después del diodo De la Fuente y 4.05 V después del diodo de las baterías. Como cátodo del diodo de fuente tiene un voltaje más alto que el voltaje del ánodo del diodo en las baterías, ese diodo no conduce, entregando corriente solamente la fuente de 5V.
Esa es mi propuesta, pero ya depende de ti.

elreypic

Tal como dices Reypic, lo voy a hacer de esa manera. La corriente máxima será de 500 mA, por lo que ese diodo está super olgado. Más chicos no estoy consiguiendo, por lo que voy a usar el 1N5817 que tiene un forward voltage tipico de 450 mV, el mismo es en funcion de la corriente por lo que seguramente es menor (Tal como muestra el gráfico del datasheet adjunto).

De esta manera es la solución más simple para alimentación redundante.

IMPORTANTE: Hay que tener en cuenta que siempre va a estar activa la fuente de mayor voltaje, por lo que si se alimenta el circuito de manera errónea con una batería cuya tensión supere a la de la fuente, el circuito pasará a estar alimentado desde la batería.

Ya que estamos en el tema.. En caso que tome el valor de tensión antes del diodo y lo envíe a una entrada digital del micro, podré identificar desde el micro, que ha ocurrido un corte de suministro eléctrico desde la fuente. Ahora bien.. me surge la siguiente duda: El micro está alimentado a una tensión de 2.5 V (ya que posterior a los diodos hay un regulador). ¿Existe algún inconveniente que el micro al estar alimentado en 2.5 V, le envie a una de sus entradas digitales 5 V ? No encuentro ese dato en el datasheet, siempre habla de la tensión máxima.

Saludos y gracias por la ayuda Reypic !
« Última modificación: 27 de Diciembre de 2019, 10:34:01 por Simon21 »
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #9 en: 27 de Diciembre de 2019, 13:15:56 »
Que tal Simon21,

Yo creo que sí puedes hacer eso usando una resistencia en serie para limitar la corriente de entrada en el pin, de otra manera dañarías el pin del microcontrolador.
Pero creo que lo más seguro sería que usaras un transistor como inversor, de esta manera cuandola fuente está activa el transistor se satura y te entrega un "0" (Nivel lógico bajo) y cuando la fuente se apaga, entonces el transistor entra en corte y tendrás un "1".

elreypic.

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #10 en: 27 de Diciembre de 2019, 13:33:57 »
Que tal Simon21,

Yo creo que sí puedes hacer eso usando una resistencia en serie para limitar la corriente de entrada en el pin, de otra manera dañarías el pin del microcontrolador.
Pero creo que lo más seguro sería que usaras un transistor como inversor, de esta manera cuandola fuente está activa el transistor se satura y te entrega un "0" (Nivel lógico bajo) y cuando la fuente se apaga, entonces el transistor entra en corte y tendrás un "1".

elreypic.

Tal cual Reypic, lo voy a resolver con un transistor, para no mezclar tensiones en el micro. Para saturar un transistor BC548, basta con una resistencia de 10 Kohm en su base para generar la conmutacion con la presencia de los 5 Vcc. 

Por otro lado, estuve revisando el datasheet y encontre que el valor máximo de Vin (high) es VCC+0.5V como máximo. Por lo que si lo estas alimentando en 2.8V, como máximo debe ser 3.3V.

Saludos !!


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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #11 en: 27 de Diciembre de 2019, 16:25:57 »
Hola nuevamente,

Con los 5Vcc proveniente de la fuente, excito el transistor a través de una resistencia de 5 Kohm en la base y otra de 5 Kohm en el emisor.

Para el calculo de la corriente de base da 10 Kohm, produciendo una corriente de base de unos 600 uA (Suficiente para saturarlo).

El motivo por el que utilizo 2 resistencias de 5 kohm (en vez de una sola de 10 Kohm en la base), es debido a que necesito enviar al micro un "1" al momento que conmuta el transistor y un "0" al momento que deja de hacerlo.

A su vez esto tiene que funcionar en paralelo con el switch que se observa, para otra funcionalidad adicional que tiene el micro.

Que les parece ?? Tengo mis dudas que esto realmente funcione, ya que son 2 alimentaciones separadas....

Saludos !!
« Última modificación: 27 de Diciembre de 2019, 18:12:18 por Simon21 »
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #12 en: 27 de Diciembre de 2019, 18:57:56 »
Recuerda que estás trabajando con baterías y al final es muy importante mantener el consumo lo más bajo posible.
Otra cosa, no puedes dejar la base del transistor flotada y en esa configuración, mi propuesta es la siguiente:

 

* PWR_detector.JPG
(37.23 kB, 416x313 - visto 542 veces)


No sé cuál sea la función que pretendes con el pulsador, y cómo lo diferencías de la activación del transistor.

elreypic

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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #13 en: 30 de Diciembre de 2019, 10:41:58 »
Hola Reypic. No me termina de convencer este circuito, por los valores para saturar al transistor. Cómo los calculaste ?? Al estar la resistencia en el emisor, cambian algunas cosas en el cálculo.

Yo planteo la siguiente situación:

Para calcular la Icsat tenemos lo siguiente: 3.3V-Vcesat-(Icsat+Ib)R2=0

Por otro lado, para calcular la Ib tenemos lo siguiente: 5V-IbxR1-Vbe-(IcsatxIb)R2=0

Reemplazando por los valores del circuito que envias, no dan correctamente.

Me parece que esto es válido para colocar la carga en el colector, en el caso del emisor como lo hacemos ahora, habria que implementar otro circuito.

Que te parece ?

Saludos
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Re:Alimentación redundante a micro (Red y Batería)
« Respuesta #14 en: 30 de Diciembre de 2019, 12:55:20 »
Me parece que la mejor opción es colocar un divisor resistivo en la entrada proveniente de la fuente, con 2 resistencias de 10 k obtengo los 2.5 V para enviar al micro y listo  :D

Que te parece ??

Saludos
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