Ні один електронний пристрій не може бути застраховане від раптового зникнення живлення. Особливо, якщо мова йде про мережевому напрузі 220 В і справа відбувається в сільській місцевості. Для підвищення надійності намагаються передбачити запасний джерело енергії. В ідеальному випадку він повинен при аварії автоматично включатися в роботу, причому самостійно, без участі людини.

Для резервування зазвичай використовують змінні й акумулятори. При батарейному харчуванні бажано застосовувати «алкалінові» гальванічні елементи (Alkaline). Вони мають велику ємність, низький саморозряд, правда, і за ціною дорожче. Відрізнити, що є що, можна з маркування на корпусі, наприклад, «R6» (звичайна батарея типу АА) і «LR6» (те ж саме, але Alkaline).

Специфіка сучасних МК полягає в тому, що вони можуть програмно переходити в енергозберігаючий режим очікування SLEEP з дуже малим споживанням струму. Це дозволяє замість батарей / акумуляторів використовувати електролітичні конденсатори великої ємності або, ще краще, іоністори.

Перші іоністори були розроблені в 1966 р. фірмою Standard Oil Company. Вони являють собою спеціальні накопичувальні конденсатори з органічним електролітом. Типова ємність досягає 0.1 … 50 фарад при робочій напрузі 2 … 10 В. Для довідки, ємність Землі (кулі розміром із Землю, як відокремленого провідника) становить всього лише 0.0007 фарад.

Іоністори відомі в зарубіжній технічній літературі як конденсатори з подвійним електричним шаром (Double-Layer capacitors), суперконденсатори (SuperCaps), резервні конденсатори (Backup capacitors). Зустрічаються і фірмові назви: UltraCap (EPCOS), Gold Capacitors (Panasonic), DynaCap (ELNA), BOOSTCAP (Maxwell Technologies). У країнах СНД використовується стійкий термін «іоністор», відображає іншу особливість цих приладів – участь іонів у формуванні заряду.

   

Сучасні іоністори умовно поділяються на три групи в залежності від рекомендованого в даташіте тривалого струму навантаження:

• Low current (низький струм, менше 1.5 мкА);

• Medium current (середній струм, від 1.5 МКАД 10 мА);

• High current (великий струм, від 10 мА до 1 А).

Робоча напруга іоністорів підкоряється ряду: 2.5; 3.3; 5.5; 6.3 В.

На Рис. 6.16, а … т показані схеми організації безперебійного живлення.

   

   

Рис. 6.16. Схеми організації безперебійного живлення (початок):

а) діоди VDI, VD2 служать для розв’язки каналів, щоб струм з основного джерела не перетікав у резервний, і навпаки. Якщо два джерела живлення різні за величиною, то основним буде канал з більш високою напругою. При абсолютному рівність живлячих напруг діод Шотткі в резервному каналі слід замінити звичайним кремнієвим діодом 1N4004.

б) розв’язують діоди VDI, VD2 включаються до (а не після) стабілізатора напруги DA 1. Основне живлення надходить через звичайний діод VD1 (щоб на ньому розсіювалося побільше потужності), а резервне батарейне – через діод Шотткі VD2 (щоб напруга на вході стабілізатора DA I було якомога вище);

в) діоди VD2 … VD4 включаються після (а не до) стабілізатора DA 1;

г) діод VD2 дозволяє організувати додаткове джерело негативної напруги -0.7 В, який, однак, перестає функціонувати з переходом на резервне живлення від батареї GB1. Діод Шотткі VD1 можна замінити звичайним кремнієвим діодом КД102А;

д) іоністор З J дозволяє «на ходу» проводити заміну виснажилися батарей GBl, GB2, не перериваючи харчування МК досить тривалий час. Якщо напруга на іоністор знижується повільно, то М К не вимагає рестарту. Резистор RI обмежує струм заряду іоністор;

   

   

Рис. 6.16. Схеми організації безперебійного живлення (продовження):

е) стабілізатор DAI обмежує початковий струм заряду резервного іоністор СЗ на рівні не більше 100 мА. Для довідки, великий струм, починаючи приблизно з 250 мА, може пошкодити иони-стор. Діод VDI знижує вихідна напруга на 0.2 В. Крім того, при відключенні основного харчування він не дає розряджатися іоністор СЗ через вихідні ланцюги всередині стабілізатора DA1

ж) транзистор VT1 виконує функцію розв’язує діода нарівні з «справжнім» діодом VD1, але має менше падіння напруги «колектор – емітер» у відкритому стані (0.1 … 0.15 В замість 0.2 В). Основне живлення +5 В (1), резервне живлення +5 В (2);

з) аналогічно Рис. 6.16, ж, але на польовому транзисторі VT1, при цьому падіння напруги на відкритому переході «стік – витік» буде менше, ніж у біполярного транзистора за інших рівних умов;

і) накопичувальний конденсатор C1 підтримує деякий час працездатність МК при відключенні батареї GB1. Тривалість аварійного функціонування залежить від ємності і струму витоку конденсатора C1, а також від тактової частоти МК і його здатності стійко працювати при зниженому харчуванні;

к) завдяки діодному мосту VDI … VD4, вхідна напруга 9 … 12 В може бути як постійним (DC), так і змінним (АС);

   

Рис. 6.16. Схеми організації безперебійного живлення (продовження): л) резервний іоністор С2 деякий час підтримує напругу в ланцюзі +4.8 В (до якої підключається МК) при знятті основного живлення +11 В від мережевого джерела. Транзистори VTI, VT2 не дають розряджатися іоністор через внутрішній опір мікросхеми DAI і навантаження в ланцюзі +5 В;

м) світлодіод HL1 индицирует харчування тільки в тому випадку, коли працює резервна батарея GB1. Резистором R1 встановлюється необхідна яскравість світіння. При замиканні контактів перемикача SAI харчування надходить від основного джерела +5 В, при цьому діод VD1 і транзистор VT1 закриваються і світлодіод HL1 гасне;

н) основний канал харчування – це пальчикові батареї GBl, GB2, а резервний канал – літієвий акумулятор GB3. При відключених батареях GBl і GB2 МК буде отримувати живлення від акумулятора GB3, перебуваючи в черговому режимі, оскільки зовнішні виконавчі пристрої (ланцюг +3.2 В) будуть знеструмлені. Діод VD1 не дозволяє розряджатися акумулятору GB3 через навантаження, підключену до ланцюга +3.2 В;

о) у вихідному стані живлення пристрою здійснюється від трьох батарей GB1 … GB3, при цьому індикатор HL1 світиться зеленим кольором. При подачі зовнішнього живлення +5 В спрацьовує реле К1, контакти К1.1 замикаються, батареї відключаються, індикатор HL1 світиться червоним кольором. Якщо замість червоного спостерігається жовтий колір індикатора, то слід послідовно з виведенням «G» світлодіода включити діод типу КД522Б катодом до HL1. Резистор R1 зменшує струм споживання по ланцюгу +5 В, однак, при нестійкому спрацьовуванні реле цей резистор можна замінити перемичкою; Про

   

Рис. 6.16. Схеми організації безперебійного живлення (закінчення): п) резервний акумулятор GB1 постійно підзаряджається невеликим струмом через резистор R1. Стабілітрон VD6 спільно з діодом VD7 обмежують напругу на акумуляторі на рівні +13.7 В. Діоди VD4, VD5 відкриваються тільки при знятті основного живлення +16 В. Діоди VD3, VD8 небхідно, оскільки ємність конденсаторів на виході стабілізаторів DAI, DA2 більше, ніж на вході (порівняти C1 і CJ, СЗ і С4)

р) живлення +5 В є основним, а живлення від літієвої батареї / акумулятора GBI – резервним. На вихід OUT поступає більша з двох напруг, що подаються на входи VCC і ВАТ мікросхеми DA1. При зниженні напруги на виводі VCC нижче +4.75 В (підлаштовується резистором R2), на виході PFO формується НИЗЬКИЙ рівень. Це система раннього попередження про неполадки в харчуванні, щоб МК міг переключитися на резервний джерело. При зниженні напруги на виводі VCC нижче +4.65 В, генерується імпульс скидання RES;

з) аналогічно Рис. 6.16, р, але з резервним живленням від іоністор C1. Сигнал скидання RES надходить на вхід переривання INT, оскільки апаратно скидати МК не обов’язково через плавного зниження напруги OUT;

т) високий / низький рівнем з виходу МК харчування комутується або від ланцюга +5 В, або від резервного акумулятора GB1, який підзаряджається невеликим струмом через елементи VDI, R4. При пропажі живлення +5 В акумулятор GB1 включається автоматично, при цьому в МК треба зробити скидання, оскільки він може «зависнути» при різкому стрибку напруги.

   
Джерело:
Рюмік С.М. 1000 і одна мікроконтролерних схема.