Nobreak DC

Criei esse projeto a partir da necessidade de ter uma fonte de 12V 5A independente se existe ou não tensão na rede:

Nobreak DC (UPS)

Nobreak DC (UPS)

Juntamente com o circuito são utilizadas uma fonte de computador (PSU), uma fonte de 18V@1A (ver meus outros projetos) e uma bateria de chumbo ácido (lead acid battery). Quando existe tensão na rede, a fonte de computador fornece 12 V à saída do circuito (OUT). No momento em que falta energia na rede a bateria passa a suprir a saída. Incluí um carregador de bateria juntamente ao circuito para que esta se mantenha sempre carregada, existindo também uma proteção para que não descarregue além dos 11 V, aumentando sua vida útil.

Sinalizações do circuito:

  • O Led1 acende sempre que a bateria estiver com tensão abaixo de 11V (único caso onde não haverá tensão na saída do circuito).
  • O Led2 acende quando há tensão na rede.
  • O Led3 acende quando há tensão na saída.

Explicação do funcionamento:

Abaixo disponibilizo o circuito completo do meu Nobreak de corrente contínua:

Nobreak DC

Nobreak DC

Podemos dividir o circuito em 3 blocos:

  • Carregador de bateria
  • Proteção contra descarga profunda
  • Chaveamento da tensão de entrada

O carregador de bateria é formado em torno do L200, um CI regulador de tensão com limite de corrente.

Carregador de Bateria com L200

Carregador de Bateria com L200

O L200 é alimentado com 18V, permitindo que baterias de chumbo ácido de 12 V sejam carregadas. A tensão de carga (13,8 V) é regulada no trimpot (R4). O ajuste é possível de 2 a 16 V, permitindo que baterias de 6V também sejam carregadas. O resistor de 1R (R3) limita a corrente a 0,45 A. Segundo o datasheet do L200 a equação para o limitador de corrente é I = 0,45/R, sendo I a corrente máxima e R a resistência de R4. É recomendável utilizar uma corrente de carga no máximo 10x menor que a capacidade da bateria. Para uma bateria de 7,2 AH como a que utilizo com este circuito, a corrente máxima de carga recomendada é 0,72 A. Para garantir melhor vida útil optei por utilizar 0,45 A.

_________________________________

O relé K1 executa a proteção contra descarga profunda.

Proteção contra descarga profunda

Proteção contra descarga profunda

Quando a bateria está com carga acima de 11 V o diodo zener D3 (de 11 V) conduz, fazendo com que o transistor T1 (BC547 ou similar) acione a bobina do relé K1. O relé deve ter bobina de 5V para permitir que seja acionado de tensões mais baixas que 12 V. Por causa disso é alimentado pelo zener D2, de 5,6 V.

No momento em que a tensão da bateria cair abaixo de 11 V o diodo D3 deixa de conduzir, e a bobina do relé é desligada, chaveando para o contato normalmente fechado (O). O Led1 acende indicando a tensão baixa e o sinal também é enviado ao conector JP2, que pode ser conectado a um indicador sonoro.

_________________________________

Finalmente, o relé K2 executa o chaveamento de tensão de saída.

Chaveamento da tensão de saída

Chaveamento da tensão de saída

Enquanto houver tensão proveniente da rede (12V@10A) a bobina do relé K2 permanecerá acionada, conectando a saída (OUT) ao contato NA (12V da fonte de computador). No momento que houver queda de tensão na entrada do circuito K2 chaveia para seu contato NF: a bateria.

O Led2 indica que existe tensão na rede e o Led3 que há tensão na saída.

____________________________

Fotos de montagem do circuito:


Circuito montado com as fontes

Circuito montado com as fontes

PCB - Components side

PCI – Lado dos componentes
PCB - Traces side

PCI - Lado das trilhas

Comentários
  1. Filipe Madeira disse:

    O circuito de protecção contra descarga profunda está excelente! No entanto eu precisa de construir ou comprar um circuito contra descarga profunda para outras tensões.. do género 3,6v e corta aos 2,7 (para proteger packs de baterias recarregáveis… quem diz para 3 baterias diz 4.. etc… podes ajudar-me?
    Obrigado.

    • tobiasmugge disse:

      Filipe
      Você pode aplicar a mesma teoria, alterando somente o valor do D3 para a desejada.
      O problema nesse caso seria a necessidade de operar o relé a estas baixas tensões, alterando o dimensionamento de outros componentes.
      A corrente é alta? Poderias estudar outras soluções se a corrente é baixa.

  2. Manuel Vieira disse:

    No circuito de protecção contra descarga não está referido o tipo de transistor. Será possível referenciá-lo?

    Muito obrigado e parabéns pelo excelente trabalho.

  3. Paulo Sousa disse:

    Olá Tobias.
    Em primeiro lugar, parabéns pelos projetos, são muito bem elaborados e detalhados.

    Eu não entendi muito bem porque você usou duas fontes de alimentação, uma para o carregador de bateria e outra para a saída.

    O meu caso é que tenho equipamentos wireless que são alimentados geralmente por fonte de 12v 1A, através de um cabo de +/- 15m, isso porque a fonte fica na parte interna dos prédios.

    É possível utilizar esse seu nobreak na ponta proxíma dos meus equipamentos wireless?
    Digo, eu posso substituir as duas fontes por apenas uma?

    • tobiasmugge disse:

      Paulo, obrigado pelos elogios!

      Usei duas fontes por causa da eficiencia. A fonte que carrega a bateria precisa operar com uma tensão maior que a da bateria somadas as perdas do controle de tensão e de corrente do circuito de carga. Para uma bateria de 12 V chumbo ácido a tensão de carga é 14 V. Somados ~3 V de queda nos transistores e diodos do circuito de carga já temos 17 V!

      Lembre-se que a bateria fornecerá apenas 12 V… E você não pode suprir 17 V para as cargas (aparelhos). E baixar de 17 para 12 V usando um 7812 ou outro regulador de tensão faria a eficiencia ser muito baixa!

      Sobre a sua segunda pergunta: eu projetei esse sistema para fornecer tensão para lâmpadas de LED. E elas não se importam muito se a tensão variar de 11 a 13 V, que é o que você pode esperar alimentando a carga diretamente com a bateria. Para seus equipamentos wireless creio que seria mais sensato usar baterias com tensão um pouco maior (15 V) e usar um circuito regulador de tensão para rebaixar para os 12 V. Assim, se a bateria variar de 14 a 16 V a saída está sempre em 12. Como fonte da bateria use o mesmo circuito que eu mas com 20 V, ou um pouco mais. A outra fonte, para facilitar, compre de 12 V 3A. Se precisar incluir mais um equipamento depois ainda teria essa folga.

      Qualquer dúvida posta aí.

  4. Henri Braian Maciel disse:

    Olá, a um tempo eu também precisei de 12v DC continuo, para alimentas KITS de radio + Modem + HUB… Juntos exigiam uns 3,2A… Para resolver o problema eu usei 3 peças… 2 didos IN4007 + 1 Resistor 4,7K 1W… Um diodo passa o 12+ direto aos aparelhos… antes deste diodo, o resistor 4,7k passa uma carga mínima a batería… logo em seguida, deste polo 12+ da bateria onde vem a carga minima, coloca-se o outro diodo passando o 12+ da bateria para os aparelhos… Basicamente o resistor carrega a bateria lentamente, pois a energia elétrica quaze nao falta, e os diodos fazem com que os aparelhos sejam alimentados seja pela fonte ou pela bateria, sem que a carga da bateria possa ser consumida pela fonte. =/

  5. rui disse:

    os meus parabens pelo seu projecto

    eu recisava de um circuito contra descargas profundas da bateria

    eu explico : o que pretendia era uma circuito que pude-se ser ligado entre a geladeira de 12v e a bateria do carro afim de evitar que a mesma fique descarregada e depois o carro nao pegue

    o consumo da geladeira e de 75w

    sera possivel me ajudar ?
    agradecido desde ja

    • tobiasmugge disse:

      Use somente a parte do segundo relé no meu projeto. Deve funcionar para o que você quer.

      • rui disse:

        boa tarde

        agradecido pela sua resposta , a minha duvida era mesmo essa . se dava para usar so a segunda parte de seu projecto

        vou construir um e depois testar e colocar aqui o resultado

        mais uma vez obrigado pela sua disponibilidade

        atenciosamente
        Rui Morais

      • tobiasmugge disse:

        Rui
        Se tiver qualquer problema ou dúvida posta aí que te ajudo no que puder.
        Boa sorte!

  6. Marcello coelho disse:

    Olá Tobias,muito legal seu sistema e sua ajuda aos internautas!
    Preciso de 10 placas como esta inicialmente
    só que com o carregamento entre 1,5ah e 1,8ah
    para recarga de baterias 12v 18amp já que tenho apenas 10 horas para recarga das mesmas.
    Pergunta:
    Teria interesse em fabrica-las? ou poderia me indicar alguem ou alguma empresa que fizesse
    em cima do seu projeto com minha nescessidade de carregamento entre 1,5ah e 1,8ah?
    Desde já muito obrigado!
    Marcello Coelho
    Coelhoinventivo@hotmail.com

    • tobiasmugge disse:

      Eu to morando nos EUA atualmente, e uso o batchpcb.com
      Dá uma olhada na qualidade das placas.. tem nos meus últimos dois projetos.
      Vou te passar um mail..

  7. Jose Roberto disse:

    Caro Tobias, primeiramente quero te parabenizar pelo projeto simples e eficaz, um projeto que não se vê por ai, pois a maioria dos tecnicos ou engenheiros não os projetam pelo simples fato de que: se tão facil complicar porque simplificar?
    Estou um pouco confuso com a formula que você colocou acima : I = 0,45/R, pois bem, o meu caso é o seguinte: a minha bateria é de 12v 18A, e eu precisaria de calcular o valor da resistência para obter uma carga completa em no minimo de 10hs, pois a bateria de GELL trabalha com cargas de 10%, eu te pergunto, qual é o valor do resistor ha ser usado? eu usei o resistor de 4R, está correto?
    Agradeço antecipadamente pela sua atenção

    • tobiasmugge disse:

      Jose, muito obrigado pelos elogios!
      Ao seu problema: vocë quer carregar a bateria com máximo de 1,8A, ou 10% de 18A.
      Neste caso 1,8 = 0,45/R portanto R = 0,25 Ohms
      4 Ohms daria 0,45/4 = 0,11 A

      Aconselho, após montagem da placa, medir a corrente de carga com multímero.
      Boa sorte!

      • Jose Roberto disse:

        É sempre um pazer dialogar com pessoas que tem o conhecimento maior do que o nosso.
        No meu caso a minha bateria é de 18A, portanto os fabricantes aconcelhão carregala com 10% da corrente que seria de 1.8A.
        então a conta seria assim:
        0.45/0.25 = 1.8A
        então o meu resistor seria de 0,25 Ohms?
        Mais uma vez grato pela atenção.

  8. Flavio disse:

    Olá.
    Estou montando o esquema que passou, mas não encontro em lugar algum o CI L200.
    Teria como utilizar outro como o lm317? Poderia me passar qual seria a modificação?

    Agradeço muito se puder me ajudar.

  9. Themistocles disse:

    Oi Tobias, como faço pra usar em 24volts, 2 baterias em série?
    E…meus parabéns pelo projeto.

    • Eduardo disse:

      Tobias,

      Confeccionei o seu projeto, funcionou certinho! Meus parabéns…

      Porém, fiquei com umas dúvidas. Usei um multímetro em série para medir a corrente e outro em paralelo para medir a tensão na saída do carregador da bateria. Tenho as seguintes perguntas, se for possível me ajudar nas respostas teóricas…seria muito bom!

      1 – Regulei a tensão em 13,8V, quando conecto a bateria a tensão medida vai para 12,5V. Você sabe me dizer por a queda de tensão?

      2 – No processo anterior de carregamento de baterias que eu fazia era com uma fonte de alimentação normal e o monitor de corrente tendia a zero, mostrando que a bateria estava carregada. No seu projeto com o monitoramento da corrente via multímetro não consegui observar essa tendência da corrente. A corrente sempre marca a mesmo, 0,42A. Sabes me dizer se ela cairá ou continuará com este consumo sempre?

      Usei baterias de 12V-7A e 12V-4,5A, o comportamento para as duas são os mesmos.

      Obrigado e mais uma vez parabéns.

      • tobiasmugge disse:

        Eduardo

        Muito bom saber que a gente não passa o trabalho de publicar nossos projetos a toa!
        Respostas teóricas:

        1- Isso é normal. Esse circuito é na realidade uma ‘Fonte de tensão regulavel com limite de corrente’. Quanto maior é a diferença de tensão entre a fonte e a bateria, maior tende a ser a corrente. Por isso que, a 12,5V o limite de corrente entra em ação, reduzindo a tensão de saída da fonte. Se você tem o limite de corrente a 0,5A, por exemplo, a tensão de saída vai ser a que você regulou (13,8V) SOMENTE quando a corrente estiver abaixo de 0,5A! Tão logo a corrente aumente, a tensão de saída diminui pra manter esse limite de 0,5A.

        2- Sim, a corrente cairá. Ela vai ficar em 0,42A até que a tensão da fonte atinja aprox 13V. Veja bem, 0,42A é o limite! O carregamento IDEAL de uma bateria tem duas fases. Uma de corrente constante, a primeira fase. Essa que você está experenciando. Nessa fase voce mede carregamento analisando a tensão! Ela vai subir lentamente. Em algum momento a corrente começará a cair, nesse ponto a tensão tende a ficar constante em 13,8V ou próximo disso. Essa é a segunda fase. Voce mede carregamento analisando a corrente.

        Sobre a capacidade da bateria, aconselha-se corrente de carregamento menor do que a capacidade da bateria dividida por 10. Para uma bateria de 4,5Ah o carregamento a 0,42A está perfeito! Próximo do limite máximo, garantindo carregamento rápido e durabilidade. Carregar uma bateria de 7Ah a 0,42A não é problema. A durabilidade da bateria vai aumentar um pouco, mas em compensaçao o tempo de recarga vai ser maior.

        Experimente! Eu to desenvolvendo uma placa melhor agora, quero conseguir calcular % de carregamento. Pra isso vou medir tanto corrente quanto tensão e dividir as fases. Vai ser no mínimo interessante.

        Abraço!
        Tobias

  10. silvio disse:

    Bom dia necessito de algo parecido só que são baterias de jet ski de 12v de 19 e 36 amperes ,baterias de chumbo ,preciso de vários carregadores mais ou menos 40 vou colocar em caixas com 12 unidades cada , so que o preço deles prontos e muito alto gostaria de tentar fabricar se vc pode me ajudar com projeto e onde comprar as peças eu te agradeço.precisadria de ser flutuante apos a carga completa ele entra em modo de espera tensão de entrada 220v ok. grato

    • tobiasmugge disse:

      Esse circuito não vai te ajudar, foi pensado para baterias menores. E pela diferença ser tão grande não vai ser mudando um ou dois componentes que terás o que precisa. Aconselho contratares um engenheiro para fazer o projeto.

  11. luis fernando mendes disse:

    boa tarde eu fis e ficou muito bom estou ussando e nao tenho queixas e muito bom parabens e obrigado

  12. Marco Antonio disse:

    Boa noite, parabéns pelo projeto.

    Estou confeccionando uma estação meteorológica pra um projeto da faculdade, necessito de um no-break para 5V, posso utilizar esse circuito como base ? Apenas trocando os reles para 5 e regulando as tensões, utilizando uma bateria de telefone sem fio para alimentar no momento em q acabar a força?

    Obrigado

Deixe uma resposta

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair / Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair / Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair / Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair / Alterar )

Conectando a %s