Довольно легко добавлять новые функции в операционные системы, такие как Linux, при использовании встроенных систем. Однако одна из наиболее важных функций – это обеспечение достаточного времени для безопасного завершения работы системы после внезапного отключения питания. Не обеспечение надлежащего времени завершения работы может привести к тому, что система не сможет перезагрузится при возобновлении подачи электропитания.
Один из способов обеспечения надежного времени завершения работы системы – это разработка резервной системы питания на основе суперконденсаторов. Таким образом питание процессора может поддерживаться в течении нескольких минут, что даст ему возможность записать необходимые файлы на диск и завершить остальные процессы при пропадании основного напряжения питания.
Существуют крупные производители микросхем способных контролировать заряд и разряд суперконденсаторов. Так как в процессе заряда и разряда напряжение на суперконденсаторах меняется, то производители также предлагают и специальные DC-DC преобразователи, которые будут преобразовывать изменяющееся на суперконденсаторах напряжение в неизменное. Эти микросхемы вполне работоспособны и могут поддерживать напряжение на заданном уровне, пока напряжение на суперконденсаторах не снизится до определенного уровня, после чего схема станет не работоспособной.
Напряжение, которое измеряется на клеммах конденсатора, является функцией накопленного заряда и падения напряжения из-за внутреннего сопротивления конденсатора. В случае падения напряжения на зажимах конденсатора ниже определенного уровня преобразователь постоянного тока и прочие нагрузки отключаются. Из-за того что ток в цепи перестает течь, падение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора резко снижается, что приводит к возрастанию напряжения на клеммах конденсатора.
Если в системе протекал значительный ток, то при прекращении его протекания возрастет напряжение, которое может оказаться вполне достаточным для повторного подключения преобразователя DC. Нагрузка снова подключается, снова возникает падение, и снова происходит отключение. Этот режим постоянного включения и отключения может длится довольно долго и создавать непрерывные колебания электрической цепи.
Для предотвращения колебаний системы необходимо ввести задержку, способную предотвращать колебания даже при самом неблагоприятном режиме работы. Эта схема может работать только в диапазоне от 0 до 5 В.
Выше показана схема, способная решить данную проблему. Мощность силовой цепи обеспечивается суперконденсатором. По мере заряда суперконденсатора от 0 до V через стабилитрон D1 протекает очень малый ток. При достижении напряжения на конденсаторе порядка 4,3 В очень малый ток начинает протекать через D1 и R1. При протекании тока порядка 150 мкА через резистор R1 на нем появится напряжение около 0,7 В и транзистор Q1 начинает открываться. При открывании транзистора Q1 через R3 начинает протекать ток, который будет запирать транзистор Q2. Запирание Q2 приводит к открытию Q3 и проведению тока через резистор R8.
Часть этого тока будет протекать в Q1, а часть через резистор R1. Теперь напряжение на R1 не будет зависеть только от стабилитрона D1, а будет зависеть еще и от тока Q3. Именно ток, протекающий через Q3 к R1, и вызывает задержку на отключение, не давая тем самым мгновенно отключить питание при низком напряжении.
Обратите внимание, что напряжение на коллекторе Q2 оказывает влияние на Q4, который закрывает транзистор Q5 и впоследствии отпирает Q6. Падение напряжения на резисторе R13 подает сигнал в схему постоянного тока о напряжении на суперконденсаторе, которое она впоследствии подключает.
При пропадании питания от сети система начнет забирать мощность от суперконденсатора и напряжение на нем, соответственно, начнет падать. Тем не менее напряжение на резисторе R1 будет обуславливаться суммой токов D1 и Q3 и напряжение должно снизится примерно к 2,3 В для отключения суперконденсатора от цепи постоянного тока. Это приведет к закрытию Q1 и открытию Q2, который запрет транзистор Q4. Q4, в свою очередь, откроет Q5, а Q5 закроет Q6. Q6 снимет напряжение с резистора R13, тем самым сигнализируя о низком напряжении на суперконденсаторе.
После отключения нагрузки от цепи постоянного тока напряжение на зажимах несколько увеличится. Тем не менее, это не приведет к повторному включению если не будет превышения более 2 В. Таким образом реализуется данная нехитрая схема исключения колебаний на линии. Различные значения напряжений включения и отключения могут быть подобраны путем замены D1 и подборкой R8.
