Pembaruan ACS 77

Penghematan Energi Jam Radio ACS-77

Perusahaan Auerswald pada pertengahan tahun 1980-an meluncurkan jam radio ACS-77 sebagai kit "Renkforce". Jam ini didasarkan pada prosesor Z80 dan banyak logika TTL. Yang membedakannya adalah tampilan LED 7-segmen yang mudah dibaca dan tampilan teknologinya. Menariknya, ACS-77 saya tidak dilengkapi CPU dari Zilog atau sumber kedua lainnya, melainkan dengan U880 tanpa lisensi dari produksi DDR, bertuliskan "80 - CPU RD MME".

ACS77 dalam kondisi asli dengan casing. Saat mencari konsumen siaga di rumah tangga, saya akhirnya sampai pada jam radio tua yang indah ini: Konsumsi asli: 10,7 Watt. Biaya tahunan: 10,7W x 24h x 365d = 93,7kWh (!!!) (x 0,22€/kWh = €20,63/tahun) (harga per April 2011) dan sudah berjalan selama sekitar 25 tahun. Cukup banyak listrik. Dan uang. Saatnya mengubahnya!

Hasil dari masing-masing "tindakan perbaikan" dengan biaya operasional per tahun yang dicapai (harga per 2011). Secara total, pengurangan hingga kurang dari 20% dari kondisi asli telah dicapai.

Status proyek: selesai - tindakan 1, 2 (04/2011), 3 (12/2016), 4 (01/2017), 5 (11/2020) telah dilaksanakan, 6 ditunda.

Tindakan 1: Mengganti catu daya (digantikan oleh tindakan 5)

Catu daya ACS-77 saya dibangun dengan transformator, penyearah jembatan Si, elko 2000uF, dan dua regulator seri 7812 + 7805, sangat klasik. Sayangnya juga sangat tidak efisien, karena jam dalam kondisi asli mengambil 230mA dari catu daya 12V dan 270mA dari catu daya 5V. Hanya panas buangan dari kedua regulator seri sudah membuat papan PCB catu daya menjadi hitam... Transformator itu sendiri dengan inti EL 54/18,8 hanya mencapai efisiensi sekitar 67%. Solusi: catu daya switching murah. Pilihan saya jatuh pada AP12UV-01 dari ANAM Instruments, Korea. Catu daya ini memiliki 5V/1A dan 12V/0,5A dan dengan regulator switching TOP223Y seharusnya memiliki efisiensi sekitar 85% (maksimal 90% menurut lembar data). Catu daya dapat dipasang langsung ke dalam casing jam tanpa kabel - atau dibiarkan sebagai catu daya eksternal dengan soket dioda 5-pin. Saya memilih varian built-in agar tidak ada kotak tambahan yang berkeliaran. Pengukuran konsumsi baru dengan catu daya switching AP12UV-01: 6,4W. Setidaknya sudah 4,3W dan 40% lebih sedikit konsumsi - dengan penghematan tahunan sekitar €8,30, catu daya baru akan terbayar dalam tiga bulan (dan mungkin juga mengurangi risiko kebakaran, jika melihat catu daya lama). Seandainya saya mengubahnya lebih awal! Efisiensi sebenarnya dari AP12UV-01 dengan konsumsi ACS-77 asli 270mA@5V dan 230mA@12V -> 1,35W + 2,76W = 4,11W -> 64%... juga tidak begitu mengesankan, mungkin karena terlalu besar - dalam keadaan idle sudah mengkonsumsi 1,45W. PERHATIAN: Catu daya AP12UV juga akan diganti pada langkah 5 dan diganti dengan catu daya USB modern + StepUp untuk LED dan HF - lihat di bawah.

Tindakan 2: Mengganti tampilan

Segmen HA1105R lama dapat diganti dengan SA39-11SRWA modern yang kompatibel pin (misalnya dari Reichelt Elektronik), dimana resistor seri juga harus dinaikkan secara signifikan: Awalnya pada resistor 390 ohm jatuh sekitar 9,3V -> If = 23mA. Dengan rasio tugas 1:6 memberikan sekitar 4mA nyata, jadi perkiraan intensitas cahaya sekitar 220ucd. Menurut lembar data, Vf=1,6V, jadi 12V-9,3V-1,6V = 1,1V jatuh pada driver baris dan kolom. SA39-11SRWA memiliki setidaknya 9000ucd pada If=10mA dan Vf=1,8V... jadi If hanya bisa sekitar 6% dari 23mA -> 1,4mA. Jika ingin sedikit lebih terang, lebih baik berikan 3mA: Pada resistor seri baru harus turun 12V-1,1V-1,8V = 9,1V pada 3mA -> Rvor=3k3 dari seri E12, namun resistor 1/4W sekarang sudah cukup. Secara teoritis, penggantian segmen memberikan pengurangan konsumsi sekitar 2,6W lagi, jadi peningkatan 40% lagi. Dengan sedikit usaha, tampilan juga dapat dihubungkan ke catu daya 5V, tetapi saya tidak ingin mulai dengan kabel halus di papan PCB dalam casing plexiglass, dan juga tidak terlalu layak secara energi. Investasi €7,98 baru terbayar setelah sekitar 19 bulan (terlepas dari petualangan penyolderan yang memakan waktu) - meskipun lama, namun jika diukur dari waktu jam telah berjalan, itu masih layak, apalagi tampilan menjadi sedikit lebih terang. Pengukuran konsumsi baru dengan tampilan 7-segmen SA39-11SRWA: 3,8W. Teori cocok dengan baik - dan biaya operasional turun menjadi €7,32. Dari catu daya 12V sekarang hanya diambil sekitar 62mA.

Tindakan 3: CMOS-Z80 sebagai pengganti CPU NMOS

Menurut lembar data, dengan beralih dari NMOS ke CMOS Z80 dapat menghemat hingga 200mA - kata, dilakukan: Melalui Alibaba Express dapat dua Z84C0010 daur ulang seharga $4,75 bebas biaya kirim, jika salah satunya dijual kembali, maka €2,24 per CPU sebagai pengganti €5,99 (per 20.12.2016) di Reichelt. Memang memakan waktu 3-4 minggu, tetapi setelah pengujian dengan Z80-Minitester, jelas: mereka bahkan berfungsi. Jadi: CPU NMOS lama disolder, soket dipasang, Z84C dimasukkan, berjalan. (Dengan ROM standar V3.1) Konsumsi daya pada sisi 5V turun dari 270mA menjadi sekitar 183mA, total konsumsi turun menjadi 3,2W, yang terbayar dengan harga listrik saat ini dalam waktu kurang dari 2 tahun.

Tindakan 4: CMOS-EPROM sebagai pengganti NMOS-EPROM

Penggantian EPROM menguntungkan dua kali lipat: Pertama, OTP-PROM AT27C256B yang tersedia di Reichelt (atau 27C256 dari stok lama) jauh lebih hemat daripada 2716 atau 2732 asli meskipun memori berkali lipat, dan... karena waktu retensi data EPROM yang terbatas (10 tahun...), penghitung umur jam juga disetel ulang sebagian. Namun, perlu membuat soket adaptor 1:1 yang juga menghubungkan Pin24 (VCC) soket ACS dengan pin 1,2,27 dan 28 (VPP, A12-A14). Agar tidak bertabrakan dengan prosesor, soket juga harus dikikir sedikit. Isi 2732 asli harus ditempatkan di alamat 0x7000 di EPROM baru. Siapa yang membutuhkan file HEX versi 3.1... silakan hubungi - menemukan pembakar EPROM adalah rintangan berikutnya. Total konsumsi turun menjadi 2,8W, yang terbayar dengan harga listrik saat ini hanya setelah 2,5 tahun, tetapi kegagalan jam karena bit flip di EPROM lama menjadi lebih tidak mungkin.

Tindakan 5: Mengubah catu daya ke USB 5V saja

Mengganti catu daya Anam dan beralih ke catu daya USB plug efisien dan StepUp 5V/12V untuk 12V dari Aliexpress (MT3608 2A Max DC-DC Step Up Power Module Booster sekitar €0,40) benar-benar menurunkan konsumsi menjadi 2,0W.

Tindakan 6: Mengganti LS-TTL dengan CMOS-TTL

Komponen TTL bipolar secara total mengkonsumsi sekitar 100mA menurut data tipikal - jadi pada 5V dari catu daya switching sekitar setengah watt. Sebaiknya dibatasi hanya pada 4 latch yang paling banyak menyumbang, yang mengkonsumsi sekitar 0,33W. Penggantian dengan komponen seri HC baru terbayar setelah lebih dari satu tahun - namun jangka panjang masih oke. Tindakan 6 belum saya laksanakan.

Alternatif Perbaikan dari Kontributor

Saya juga ingin memperkenalkan perbaikan energi di mana ACS-77 tetap lebih dekat dengan kondisi asli: Alih-alih mengganti seluruh catu daya berbasis trafo, cukup ganti regulator linier 7805 dengan regulator switching yang kompatibel pin seperti TSR 1-2450 (€6,40 di Reichelt Elektronik), atau lebih murah dengan "DC-DC Adjustable Buck Converter Voltage Step Down Regulator Module" (ebay €1,42). Regulator 12V bahkan dapat dihilangkan sama sekali - dengan 14 dari catu daya, tampilan LED juga berjalan. Bersama dengan penggantian LED dan resistor seri, CMOS-CPU dan CMOS-Eprom (RD27C32), dapat mencapai 4,2W - jadi 40% dari kondisi asli. Terutama dengan regulator switching dari ebay, solusi yang sangat murah! (Terima kasih banyak untuk versi ini kepada kontributor!)

Alat Ukur

• Pengukur daya KD-302 dari Reichelt - sangat akurat bahkan untuk catu daya switching dan daya rendah. Saya pernah mengukurnya dengan pengukur daya "asli" Yokogawa WT 1600, dan hasilnya sangat baik bahkan pada pengukuran standby di catu daya switching. KD-302 menggunakan IC Daya/Energi Bi-Directional Fase Tunggal CS5460 dari Cirrus, yang melakukan perhitungan daya dll. dalam perangkat keras. Tampilan dll. ditangani oleh mikrokontroler Elan.
• Multimeter pada rentang 200mA dan 10A
• Kamera termal Fluke Ti50FT