Om een computer te beschermen tegen variaties in de netspanning wordt een zogenaamde UPS (Uninterruptable Power Supply) gebruikt. Ook als de netspanning helemaal wegvalt, wordt de computer enige tijd van stroom voorzien door een accu in de UPS.
Een automatisch systeem zorgt ervoor dat de UPS wordt ingeschakeld als dat nodig is. In figuur 1 is een deel van dit systeem getekend.
Bij punt A is de gelijkspanning gelijk aan 1,0% van de netspanning. Dus als de netspanning 230 V is, is bij A de gelijkspanning 2,3 V.
Het automatisch systeem moet aan de volgende eis voldoen:
- Als de netspanning hoger wordt dan 250 V, of lager dan 190 V, wordt het signaal bij B hoog en wordt de UPS ingeschakeld.
Opgaven
a) Maak de schakeling in een print van figuur 1 compleet zodat aan bovengenoemde eis is voldaan. Geef voor elke comparator aan hoe groot de referentiespanning moet zijn.
De UPS kan maar beperkte tijd energie leveren. Daarom wordt het automatisch systeem uitgebreid zodat het ook aan de volgende eisen voldoet:
- Zodra de UPS wordt ingeschakeld, wordt tevens een teller gestart vanaf 0.
- Zodra de UPS 10 seconden aaneengesloten is ingeschakeld, wordt er blijvend een zoemer ingeschakeld.
- Zodra de netspanning weer binnen de toegestane grenzen ligt, gaat de zoemer uit en springt de teller weer op 0.
In figuur 2 is een deel van deze schakeling getekend.
De grijze rechthoek bevat de schakeling die bij de vorige vraag is ontworpen. Voor het vervolg van deze opgave is het niet van belang of je hierin de juiste verwerkers hebt aangebracht.
Als het signaal bij B hoog is, is de UPS ingeschakeld.
b) Maak de schakeling op de uitwerkbijlage compleet zodat ook aan de drie bovengenoemde eisen is voldaan.
De UPS is gekoppeld aan een computer met een elektrisch vermogen van 480 W. Als de netspanning wegvalt, zorgt de accu in de UPS enige tijd voor de voeding van de computer. Er is dan tijd om de computer netjes af te sluiten, zodat er geen gegevens verloren gaan.
De accu kan maximaal 55 Wh energie aan de computer leveren.
c) Bereken hoeveel minuten men dan tot zijn beschikking heeft om de computer af te sluiten.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Er moet een hoog signaal naar B gaan als de spanning onder de 1,9 of boven de 2,5 V komt. Voor de 1,9 V is een invertor nodig. Voor de 2,5 V kan het rechtstreeks verbonden worden met punt B.
Omdat er een hoog signaal naar B moet gaan als aan 1 van de 2 voorwaarden voldaan is, is er een OF-poort nodig.
Dit allemaal samen geeft:
Hierbij moet de referentiespanning van comperator 1 ingesteld worden op 1,9 V, en de referentiespanning van comperator 2 moet ingesteld worden op 2,5 V.
Uitwerking vraag (b)
Zolang er een hoog signaal vanaf punt B komt, moet de teller aan gaan, en aan blijven. Punt B moet dus verbonden worden met de aan/uit van de teller.
Als de teller bij 10 is, moet de zoemer een hoog signaal krijgen. Dit is te realiseren door uitgang 8 en 2 via een EN-poort aan te sluiten op de zoemer. Als er echter nog steeds een hoog signaal vanaf B komt, telt te teller verder en zal de zoemer bij 12 seconde weer uitgaan. Er moet dus achter de EN-poort een geheugencel geplaatst worden.
Als er een laag signaal vanaf B komt, moeten zowel de teller als de geheugencel gereset worden. Dit kan met een invertor.
Dit allemaal samen geeft:
Uitwerking vraag (c)
De totale energie die de accu kan leveren is:
E = 55 Wh = 55 J/s * 3600 s = 1,98 * 105 J
Het vermogen is 480 W. Dit geeft voor de tijd:
t = E / P = 1,98 * 105 / 480 = 413 s = 6,9 minuten
