Бесперебойник на 12 вольт своими руками: Страница не найдена — Ваш умный дом

Содержание

ИБП для микросервера своими руками с использованием автомобильного аккумулятора

Плата стабилизатора установленная на самодельной шине

Вдохновившись своим успехом в отношении создания небольшого источника бесперебойного питания с выходом на 12 Вольт, я решил слегка расширить границы и обеспечить нормальным бесперебойным питанием не только свой интернет центр, но и микросервер вкупе с активным свичом.

Микросервер выполняет у меня функции хранилища для записей видеонаблюдения под управлением Xeoma, на нем дополнительно запущены Transmission, Resilio и некоторые другие сервисы. Свитч же не только является центральной точкой по раздаче почти всех Ethernet каналов по дому, но еще и питает несколько IP-камер при помощи технологии PoE. Кушают оба собрата достаточно, дабы отказаться от использования маленького аккумулятора от ИБП или даже двух таких. Задача — обеспечить как можно более длительный срок работы устройств в случае отсутствия внешнего питания. Отключают «свет» в деревне частенько, даже зимой. Иногда без электричества приходится сидеть по несколько часов, а старожилы рассказывают, что временами «блэкаут» доходил аж до трех дней.

У моей нагрузки потребляемое напряжение питания различается. Микросервер питается 12 вольтами от внешнего адаптера питания, а внутри стоит плата преобразователь — прародитель PicoPSU. Для свича, из-за его функции PoE, необходимо питание в 54 вольта.

В процессе обработки корпуса. К месту пришлась микродрель и маленькие отрезные круги

В качестве резервного источника напряжения я приобрел самый дешевый из доступных в магазине аккумулятор на 55 А*ч. Им оказался «Курский аккумулятор» модели 6СТ-55N. У аккумулятора обратная полярность выводов, что вылилось в торчащие за габарит аккумулятора стандартные клеммы. Споры в сети в отношении возможности использования стартерных автомобильных аккумуляторов в качестве источников тока для ИБП не замирают ни на микросекунду. Одни заявляют, что использовать автомобильные аккумуляторы для ИБП нельзя, так как режимы работы автомобильных и аккумуляторов для ИБП отличаются и автомобильные аккумуляторы очень быстро выходят из строя. Их оппоненты возражают и приводят примеры, когда специализированные аккумуляторы выходят из строя очень быстро, а при грамотном использовании и автомобильные работают годами. Углубляться в технические подробности и залезать в электрохимию с ее безопасными потенциалами, реакциями двойного слоя, электрической проницаемостью, ионной и электронной проводимостью, диссоциацией и прочим темным лесом, я не буду, но скажу лишь то, что по наблюдениям, многие, в том числе и мои соседи, вполне успешно используют автомобильные аккумуляторы в связке с ИБП и их опыт достоен внимания. А поскольку стоимость сопоставимого по заряду автомобильного аккумулятора иногда в разы ниже, чем специализированного от ИБП, то даже более частая их замена будет в целом дешевле, чем использование того источника тока, который подразумевается штатно. Кстати, более низкая цена именно на стартерные батареи обуславливается не какой-то более простой конструкцией, а более широким рынком сбыта и конкуренцией между производителями.

Первая версия внутренностей самодельного ИБП

Для обеспечения конвертации сетевого напряжения в постоянный ток, а также для зарядки аккумулятора я нашел интересное устройство производства Chux. Модель SC-180-12 работает от переменного тока в широком диапазоне, начиная от 100 и до 264 вольт (есть переключатель между европейским стандартом напряжения и американским). Имеет два выхода. На первом выдает 12 вольт и держит нагрузку до 13.5 ампер, на втором выдает 13.8 вольт и может отдавать 1.5 ампера. Напряжение на первом канале дополнительно регулируется подстроечным резистором на плате устройства. Максимальная мощность, о которой заявляет производитель составляет 180 ватт. Именно то, что мне требуется для питания моих устройств (пиковое потребление у которых может доходить до 120 ватт).

Поскольку китайский блок сразу же дает 12 вольт, я решил их использовать для питания микросервера. А вот для получения 54 вольт пришлось использовать повышающий стабилизатор с чудным названием IGMOPNRQ. Продавец обещал 400 Вт выходной мощности, 15 А максимального тока. Потребление с 8,5 вольт и до 50 вольт, при входе с 10 вольт и до 60 вольт. У устройства есть два массивных радиатора, а также два подстрочных резистора обеспечивающих подстройку выходного напряжения и максимального тока.

Все три устройства, а именно, блок от Chux, плата от IGMOPNRQ и аккумулятор из Курска, были собраны в единую схему и работали в таком состоянии месяца два. Не было особо ни времени ими заниматься, ни желания. Однако, уже ближе к осени, все устройства все же были собраны в рамках единого металлического корпуса. В качестве корпуса взял обыкновенный ящик для автоматов. Установил в него свои шины, нарезал отверстий под датчики и провода. Установил все на стену и подключил нагрузку.

Поначалу все вроде бы работало, но потом меня не настигло сразу несколько разочарований.

Во-первых, я сжег один из вольтметров, просто подав на него высокое напряжение. Пришлось заказывать новый. А жизнь ИБП без дополнительного вольтметра лишена какой-либо осмысленности.

Во-вторых, датчик тока на 100 А не видел мою нагрузку от слова совсем. Итого, остался только вольтметр электросети.

В-третьих, в закрытом корпусе температура быстра поднималась до 38 градусов, что явно не очень здорово, особенно когда температура воздуха в помещении около 20 градусов.

В-четвертых, через некоторое время Chux начинал подавать на аккумулятор 14.3 или 14.4 вольта. Я связался с производителем, но он меня заверил, что так и должно быть. Напряжение, на мой взгляд, высоковато для кислотного аккумулятора, тем более родом из Курска. Но никаких настроек на Chux для изменения напряжения нет. Без нагрузки подобного поведения за Chux замечено не было. А вот с нагрузкой… Не знаю, сколько протянет аккумулятор в таком режиме.

В-пятых, при переключении на аккумулятор, ну, когда пропадает сетевое напряжение, Chux никак его не стабилизирует. Просто подает, что есть на аккумуляторе на выход. В результате микросервер аварийно отключался, так как вовсе не желал работать от 13. 8 вольт, что шли напрямую с аккумулятора прямо в момент отключения.

Добавленные кнопки и капсула для предохранителя

Поэтому настала пора реализовывать вторую ревизию устройства. Первым делом пришлось отказаться от бесполезной катушки датчика тока, так как, что с ней, что без нее, нулевой результат гарантирован. Следующим шагом был доустановлен новый вольтметр, взамен погибшего по моей вине. Далее пришлось насверлить в корпусе дополнительных отверстий для вентиляции. Отверстия уютно примостились на верхней и на нижней кромках металлического корпуса. Пока выполнялись все эти работы, с далекой родины коронавируса прибыл еще один блок для стабилизации выходного напряжения в 12 вольт.

Внутренности ящика ИБП в финальной ревизии

Прибором для стабилизации оказалось устройство с не мене интересным наименованием – RCNUN. На единственном шильдике красуется номенклатура стабилизатора RC8-40S1206, работает он от напряжения в диапазоне 8-40 вольт, что полностью укладывается в допуски автомобильного аккумулятора и китайского Chux (хочется надеяться, что Chux будет отключать питание с аккумулятора при его разрядке до критического уровня). Металлический литой корпус с оребрением и неразборная конструкция наводят на мысли о залитых компаундом внутренностях, а его номинальная мощность в 72 ватта с лихвой покрывает потребности микросервера. RCNUN пришлось установить с обратной стороны шины, так как спереди места совсем не осталось.

Дополнительно установил кнопки-выключатели на подключение аккумулятора и на сетевое питание. Кнопки с индикацией: 12-ти вольтовая со светодиодом, а 220-вольтовая с миниатюрной неоновой лампой внутри. И вишенкой на торте конструирования оказался разъем для установки плавкого стеклянного предохранителя на цепь в 220 вольт. На цепь 12 вольт, на плюсовом проводе от аккумулятора, так же установлен плавкий флажковый-предохранитель.

Внешний вид ИБП и его аккумулятора. Корпус успел заляпаться.

В итоге, пока проводились все переделки, окрашенный корпус ящика весь исцарапался и пришлось его еще раз покрасить. После установки, буквально на следующий день, электрики, по своей давней привычке взяли и вырубили электричество. К сожалению, в тот момент я отсутствовал у самодельного ИБП и не мог проконтролировать как быстро произойдет разряд аккумулятора. Отрадно, что переключение на резервную мощность произошло совершенно штатно, ни микросервер, ни свитч не почувствовали никаких изменений и продолжили работать в своем штатном режиме.

Немного позже, собравшись силами, я все же запустил испытания на долговечность питания микросервера, свитча и камер от самодельного ИБП на автомобильном аккумуляторе. Предыдущим днем, электроэнергию уже отключали, правда ненадолго, поэтому хотелось надеяться, что аккумулятор в устройстве будет заряжен на все 100%, однако, как показали измерения он оказался недозаряжен и стартовал, фактически, с 80% заряда.

Разряд аккумулятора от времени под нагрузкой

Зато эти 80% он держал до обидного долго — практически пять часов и только на шестом часу испытания, напряжение на аккумуляторе понизилось до 75%.

График разряда аккумулятора под нагрузкой

Попутно я записывал не только изменение напряжения на аккумуляторе, но и температуру в ящике ИБП, благо там установлен термометр. При температуре окружающего воздуха в 21 градус Цельсия, температура в ящике, на пятый час испытаний понизилась на 7 с лишним градусов. Из чего можно сделать вывод, что основным генератором тепла в системе является как раз китайский Chux, а не китайские же платы преобразователи.

И подводя итог. Устройство получилось работоспособным. Свои функции выполняет. Однако, недопонимание уровня напряжения заряда у Chux все еще не покидает меня. С одной стороны, напряжение в 14.4 вольт является рабочим напряжением активной стадии зарядки аккумулятора, с другой стороны, такая стадия не может длиться неделями. Соответственно остается открытым вопрос — как же долго автомобильный аккумулятор сможет протянуть в таком режиме и не сильно ли потеряет в емкости, если вообще не скончается смертью храбрых.

Upd.24.06.20: К сожалению счастье длилось не так долго. Однажды в теплую летнюю ночь в доме вырубило электричество. На следующее утро выяснилось, что электричество отключило УЗО. И оно старательно продолжало его отключать, даже когда были отключены все потребители и снята вообще нагрузка с распределительного щита. Дело становилось ясным, что где-то либо нейтраль легла на «землю», либо кто-то на землю дает небольшой потенциал. Спустя два часа перекоммутации и отключения линий в распределительном щите удалось выяснить, что помеху выдает ни что иное, как собранный ИБП на основе автомобильного аккумулятора. Хотя сам ИБП и был отключен от фазы сети кнопкой, он продолжал работать от аккумулятора и исправно питал подключенную нагрузку. При отключении «земли» от ИБП ситуация должна была исправиться и все заработало, УЗО перестало отключать питание. Но, как только я включил кнопкой подачу высокого напряжения на ИБП, так произошло микроскопическое шоу фейерверков. Сгорел предохранитель в ИБП на 5А и пошел легкий запах поджаренных электронных компонентов. Но ИБП усердно продолжал питать нагрузку постоянным током и судя по индикаторам она ни на йоту не изменилась, несмотря на все попытки ИБП выйти из строя окончательно.

Мой сгоревший предохранитель на 5А

Пришлось переключить подключенную нагрузку на другой источник постоянного тока, а самодельный ИБП раскрутить и постараться найти, что там вышло из строя. Исходя из приведенных симптомов, из строя вышла плата от Chux.

Плата ИБП Chux

Как видно на фотографии, проблема кроется где-то наверху. После детального рассмотрения был выявлен выход из строя MOSFET-транзистора, двух резисторов возле него, а так же микросхемы ШИМ-контроллера.

Сгоревший транзистор и резисторы обвязки.

Вероятно, что события происходили следующим образом. Ночью сгорел транзистор, его корпус разрушился и произошло замыкание на корпус ИБП, а тот в свою очередь соединялся с корпусом металлического ящика. С учетом того, что все они заземлены, то и происходило короткое замыкание либо фазы на землю (скорее всего), либо нуля на землю (тоже вероятная причина отключения УЗО).

Затем, когда я отключил «землю» от ИБП и подал на него же высокое напряжение, тогда и произошел второй фейерверк. УЗО не отключилось, т.к. на земляной провод уже ничто не попадало и высокое напряжение шло спокойно на сгоревшие микросхемы. Вероятно, что тут и сгорел уже ШИМ-контроллер, хотя все могло быть и наоборот. Примечательно, что на ИБП Chux есть целых два стеклянных предохранителя. Но ни один из них так и не сгорел (один на 10А, второй на 5А). Ну, что же. Причина выяснена, необходимо восстанавливать работоспособность устройства. Чинить Chux я не буду, но постараюсь заменить его целиком.

И сразу у меня встала дилемма выбора. Либо заказать на том же «быстром Алике» очередной Chux, подождать три месяца пока его доставят, либо попробовать применить какой-то его аналог. Порывшись в сети, удалось найти вполне достойную альтернативу в виде устройства от Mean Well. Последние зарекомендовали себя как известный производитель более качественных электронных изделий, нежели мало кому известный Chux. У Mean Well есть целая линейка модулей для ИБП и среди них мне больше всего приглянулась модель AD-155A.

Внутренности Mean Well AD-155A

Модуль AD-155A является самым мощным изделием, выдающим 23 вольта. По характеристикам он способен давать порядка 150 Вт на 12 вольтах. Этой мощности, после корректировки показаний, мне должно быть вполне достаточно, даже с учетом небольшого апгрейда микросервера.

AD-155A выполнен в точно таком же форм-факторе, что и отправившийся к праотцам Chux, поэтому особой возни по его замене не было. Открутил и выкинул одно, вкрутил и подключил другое. Если взглянуть на плату Mean Well, то схематически она напоминает плату от Chux. Конденсатор там же, реле, предохранители. Однако, в глаза бросаются и различия. Так большой электролитический конденсатор у MeanWell только один, но зато он на 400 вольт. Транзисторов же на узкой полосе радиатора у него две, против одного у Chux. В целом плата у AD-155A выглядит более голой, на ней явно меньше элементов. Но это впечатление обманчивое, вся мелочевка собрана на обратной стороне платы.

Функционально AD-155A проигрывает изделию от Chux. Тут нет никакого выносного индикатора состояния. Только один светодиод отображает состояние того, что устройство работает. Аналогично обошлись с зарядкой аккумулятора. Никакой умной схемы тут нет. Плата постоянно выдает 13.8 вольт с током в 0.5 ампера на зарядку аккумулятора и все. Никакой автоматической или ручной регулировки не предусмотрено. Да, аккумулятор будет заряжаться медленнее, чем с применение схем с регулировкой напряжения, но при использовании модуля для резервного питания, когда переход на питание от батареи может случиться и раз в год, данный факт не является критичным.

При первом осмотре модуля меня немного насторожило, что при легком потряхивании или покачивании из устройства доносится легкое металлическое лязганье. Все попытки выяснить, что же это там громыхает, не увенчались успехом. Локализовать источник  звука так и не удалось. Впрочем, на работоспособности звук никакого влияния не оказал. Все работает штатно. Аккумулятор заряжается, резервное питание подается, все работает так, как и должно быть.

Кстати, Mean Well пришлось закупать в российских магазинах. Разница с AliExpress оказалась совсем смешной и составила всего 800₽. Тем более, что Mean Well дает 2-х летнюю гарантию, а заодно обещает 20-ти летнюю работоспособность устройства (сомнительно, но поверить можно).


Опубликовано автором kvv в следующих категориях:
DIY железо статья


Поделиться ссылкой:

Простой источник бесперебойного питания

Данная схема представляет собой простой серийный источник бесперебойного питания (UPS). Система обеспечивает постоянное выходное стабилизированное напряжение 5 В и нестабилизированное 12 В.
В случае сбоя в системе электропитания в работу включается аккумуляторная батарея, при этом при подаче стабилизированного напряжения отсутствуют резкие всплески.

Примечания:
При использовании других стабилизаторов и батарей схему можно адаптировать под другие значения стабилизированного и нестабилизированного напряжения. Для стабилизированного напряжения 15 вольт можно использовать серийные аккумуляторные батареи 12 вольт и стабилизатор 7815. Настоящая схема легко поддаётся подобным модификациям.
Первичная обмотка трансформатора TR1 должна соответствовать параметрам напряжения вашей страны. Вторичная обмотка должна соответствовать по меньшей мере следующим параметрам: 12 В / 2 А. Но также возможно использовать и обмотку под более высокое напряжение, например, 15 вольт. Плавкий предохранитель FS1 обеспечивает защиту от короткого замыкания на выходе, или, разумеется, в случае бракованного или повреждённого элемента аккумуляторной батареи. Светодиод 1 горит только когда присутствует сетевое напряжение; в случае сбоя электроснабжения светодиод погаснет и выходное напряжение будет поддерживаться аккумуляторной батареей. На схеме ниже смоделирована работа схемы при электропитании от сети:

Между выводами VP1 и VP3 возможна подача номинального нестабилизированного напряжения, а между выводами VP1 и VP2 — стабилизированного напряжения 5 вольт. Резистор R1 и D1 представляют собой путь зарядки для батареи B1. D1 и D3 предотвращают загорание светодиода LED1 в условиях сбоя электропитания. Конструкция аккумуляторной батареи предполагает непрерывную подзарядку малым током; зарядный ток определяется как:

(VP5 — 0.6) / R1

где VP5 — нестабилизированное напряжение питания (постоянный ток).

В схему должен быть включён диод D2, при отсутствии которого батарея заряжалась бы от полного подаваемого напряжения без ограничения тока, что привело бы к повреждению и перегреву некоторых аккумуляторных батарей. Ниже смоделирована ситуация прекращения электроснабжения:

Примите во внимание, что стабилизированное напряжение составляет неизменно 5 вольт, в то время как нестабилизированное напряжение может отклоняться в ту или иную сторону на несколько вольт.

Продолжительность работы
При использовании аккумулятора 7 А·ч 12 В и токе нагрузке 0,5 А (при условии отсутствия нагрузки на выходе VP3) стабилизированное напряжение будет поддерживаться в течении примерно 14 часов. Аккумуляторные батареи с большей ёмкостью будут обеспечивать более продолжительную работу, и наоборот.

 

Самодельный бесперебойник на 12 вольт. Мощный источник бесперебойного питания своими руками. Переделка бесперебойника под зарядку

Давно искал возможность обеспечить резервное питание для моей домашней малотоковой нагрузки (роутер, камера и т.п.). Не покупать же под такое отдельный ИБП 220В (отдельный потому, что подобные устройства, как правило, располагаются далеко от основного ПК, который у меня подключен через стандартный ИБП)! В сети (да и здесь на сайте) попадались разные самодельные штуки на базе модулей powerbank»ов и повышающих схем, но ни одного рабочего решения я так и не увидел. И вот, практически случайно, на просторах aliexpress был обнаружен такой мини-ИБП.

По ссылке предлагается ИБП с выходным напряжением 5В. Перед заказом надо списаться с продавцом и определить необходимые параметры — выходное напряжение и тип разъема на кабеле-переходнике (выход у всех моделей — стандартный USB-A male, в комплекте дается кабель-переходник). Я заказал с выходом 12В и с самым ходовым цилиндрическим разъемом 5.5×2.1mm. Цена для всех моделей одинакова.

Заявленные характеристики: выход 12 Вольт 1 Ампер,
безударное переключение на работу от аккумулятора при пропадании сети 220В, защита от КЗ и перегрузки, заряд аккумулятора возможен одновременно с питанием нагрузки. Время заряда аккумулятора до восстановления емкости 90% — 3 часа.

Пришел в непримечательной коробочке без указаний на производителя. На коробочке неизвестный китайский менеджер написал выходное напряжение.

ИБП выглядит как стандартный блок питания, евровилка (можно заказать с американской). В сравнении с типовым блоком питания 12В — наш герой справа:

Общее качество изготовления корпуса — отличное. Ничего не люфтит, разъемы на месте, крышка батарейного отсека легко открывается и закрывается. Длина отсека позволяет вставить только незащищенные аккумуляторы.

и Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650 китайского производителя FST емкостью 2600mAh.

FST () — судя по всему, китайский производитель второго эшелона, имеет свой сайт, на котором я и нашел спецификации этого аккумулятора:

По коду можно определить, что аккумулятор довольно-таки старый — изготовлен 29 апреля 2015 года.

ИБП имеет на левом боку маленький переключатель на два положения (наименованы соответственно как A и B), а также два светодиода, сигнализирующие о режиме работы ИБП.
Вот так описывает режимы сам производитель:

Режим А — это основной режим ИБП. По умолчанию, питание нагрузки производится от сети 220В и одновременно осуществляется подзаряд аккумулятора (при необходимости). При потере сети 220В происходит безударный переход на питание от аккумулятора и обратный возврат на питание от сети.
Режим B — это режим обыкновенного блока питания, в этом режиме аккумулятор не задействован вообще. Может использоваться, когда надо избежать ненужного разряда аккумулятора.

А теперь — общее тестирование. Проводилось при помощи известной электронной нагрузки.

1. Тестирование блока питания.

На номинальных параметрах без проблем отработал несколько часов, температура корпуса не превышала 55 градусов. При токе 1.2А срабатывает защита от перегрузки и блок отключает выход. Восстановление происходит автоматически при устранении перегрузки.
На холостом ходу и при малой нагрузке (до 400mA) блок издает довольно громкие неприятные звуки в виде шелеста и разного скворчания.

2. Тестирование ИБП

Здесь все не так радужно. Попытка тестирования на заявленных параметрах (нагрузка 1А) закончилась отключением ИБП через 15 минут. Расчеты показывают, что это едва 20-25% емкости аккумулятора. Напряжение на клеммах аккумулятора в этот момент было примерно 3.6В. Что является причиной такого поведения — непонятно. Возможно, это перегрев блока или аккумулятора (аккумулятор был довольно-таки теплый, температура корпуса ИБП достигала 60 градусов).
Пришлось поумерить аппетиты и провести тестирование на половинной мощности (нагрузка 0. 5А). В этом случае полученные результаты значительно лучше — общее время работы составило 1 час 13 минут, из аккумулятора удалось добыть 7.260Wh из примерно 9.620Wh расчетных, т.е. порядка 75%.

Отключение ИБП происходит при напряжении аккумулятора меньше 3В.

Отдельное тестирование самого аккумулятора не проводил. Правильнее будет заказать какой-нибудь фирменный среднетоковый аккумулятор типа Sanyo NCR18650GA, и повторить тестирование в составе ИБП.

С зарядкой аккумулятора в составе ИБП тоже не все чисто. Заряд осуществляется током всего лишь 160mA, и расчет показывает, что в таком режиме заряд будет продолжаться не менее 16 часов. И да, так оно и вышло в реале (как это стыкуется с заявлением производителя, что 90% заряд достигается за 3 часа — известно только ему). Отсечка заряда производится на напряжении 4.215В, что является вполне правильным значением.

3. Разборка

Разборка производится элементарно. Достаточно открутить 4 шурупа на обратной стороне ИБП, и он аккуратно распадается на две половинки. Плата к корпусу никак не крепится, а просто зажимается между двумя половинками.

К сожалению, полноценных знаний, чтобы оценить схемотехнику ИБП, не имею, поэтому приведу здесь фотографии основной платы и укажу маркировку наиболее важных компонентов. Возможно, это кому-нибудь пригодится.

Качество пайки — удовлетворительное. Флюс не отмыт, некоторые детали припаяны криво-косо (присмотритесь, как припаян трансформатор — только одной стороной, вторая висит в воздухе!).
Кстати говоря, неприятный шум при работе на малой нагрузке, о котором я писал выше, значительно ослаб после того, как я тщательно отмыл плату от остатков флюса и всякой грязи. Хотя может и совпадение, конечно…

4. Выводы

Как обычно у китайской техники, параметры завышены ровно в два раза. Однако учитывая практически уникальную функциональность этого ИБП на сегодняшний день и то, что для планируемой нагрузки в виде камеры мне нужно меньше 500mA, покупка себя оправдала.

P.S. Для последователей (если таковые найдутся) могу посоветовать договариваться с продавцом о покупке без аккумулятора.

Планирую купить

+47

Добавить в избранное

Обзор понравился

+68

+104

Вся радиоэлектронная техника требует электропитания, и чаще всего мы используем сеть промышленного тока 220V, 50 Гц.
Но иногда могут возникнуть «форс-мажорные» ситуации когда электричество вдруг внезапно «вырубили». Если внезапное отключение электроэнергии для бытовой аппаратуры не сильно страшно, то для, к примеру, компьютеров это может привести к необратимым последствиям: недоустановленные программы, потеря информации и так далее.

Если в крупных городах с электропитанием все более-менее стабильно, но вот в сельской местности это довольно частое явление…
Чтобы избежать досадных недоразумений связанных с внезапным отключением электроэнергии многие производители рекомендуют пользоваться источниками бесперебойного питания
(или как их просто называют бесперебойники
). Они, конечно-же выпускаются промышленностью, но такой источник можно собрать самостоятельно
.

Кроме обеспечения защиты в случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания
может пригодится и в «полевых» условиях, когда возникнет необходимость получить 220 Вольт от аккумулятора 12 Вольт
.

У нас на сайте уже была рассмотрена подобная схема, позволяющая получить 220 Вольт из 12-ти, вот она , здесь-же представлена очередная схема, взятая из журнала Радиолюбитель, №2, 1999 год.

Самодельный источник бесперебойного питания схема

Источник бесперебойного питания
обеспечивает:

В прямом режиме преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В/50 Гц при максимальном потребляемом токе не более 6 А. Выходная мощность -до 220 Вт (1 А):

Обратный режим (режим заряда аккумулятора). При этом ток заряда — до 6 А; .

Быстрое переключение из прямого в обратный режим.

Схема ИБП приведена на рисунке. На элементах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 выполнен тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой около 50 Гц. Он, в свою очередь, управляет работой транзисторов VT1, VT6, в коллекторные цепи которых включены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1. Диоды VD2, VD3 — элементы защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме и выпрямители в обратном режиме. Элементы С1, С2, L1 образуют сетевой фильтр, VD1, СЗ, С4 — фильтр тактового генератора. Рассмотрим, как работает схема в обоих режимах.

Прямой режим (=12 В / -220 В). Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.)

Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А (220 Вт).

Обратный режим (-220 В / =12 В). Для работы в обратном режиме необходимо сетевой шкур подключить к разъему ХР1 и подать на него -220 В. После этого переключается тумблер SB1. При этом сетевое напряжение попадает на первичную обмотку трансформатора Т1, а тактовый генератор отключается. Благодаря этому на вторичных обмотках Т1 получаются два переменных напряжения 10В, которые выпрямляются диодами VD2, VD3. Индикатором нормальной работы в обратном режиме является свечение светодиода VD5. Кипение в банках аккумулятора GB1 свидетельствует о процессе его зарядки.

Детали и конструкция,
Т1 — любой трансформатор, обеспечивающий два напряжения 10В при Токе до 10 А. Лучше всего использовать сердечники типа ШЛ и ПЛ, которые легче разбираются. Катушка L1 выполнена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ и содержит две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,5…0,71 мм.

Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 крепятся через слюдяные прокладки, смазанные теплопроводящей пастой, на один общий радиатор площадью не менее 200 см2.

Andy Collinson

Описание

Это схема простого источника бесперебойного питания. Она выдает стабилизированное напряжение 5 В и нестабилизированное 12 В. При отключении электроэнергии источником питания становится аккумулятор, и этот переход происходит плавно, без скачков выходных напряжений.

Замечания

Эту схему можно адаптировать и для других значений стабилизированного и нестабилизированного выходных напряжений, применяя различные стабилизаторы и аккумуляторы. Например, чтобы получить стабилизированные 15 В, необходимы соединенные последовательно два 12-вольтовых аккумулятора и интегральный стабилизатор 7815. Поэтому, данное схемное решение имеет довольно широкое применение.

Первичная обмотка трансформатора TR1 рассчитывается на номинальное значение напряжения электросети, например, в Великобритании оно составляет 240 В. Вторичная обмотка должна, при этом, выдавать напряжение не менее 12 В с током 2 А, но может быть рассчитана и на большее напряжение, например, на 15 В. Предохранитель F1 с замедленным срабатыванием защищает трансформатор от короткого замыкания в схеме или неисправности аккумулятора. Светодиод LED1 будет светиться, когда подается напряжение питания. При отключении энергоснабжения индикатор гаснет, и выходное напряжение поддерживается аккумулятором. На рисунке ниже приведен результат моделирования работы устройства при подключении к электросети.

Между клеммами VP1 и VP3 — номинальное нестабилизированное напряжение питания. На клеммах VP1 и VP2 присутствует стабилизированное напряжение 5 В. Через резистор R1 и диод D1 происходит заряд аккумулятора B1. Диоды D1 и D3 предотвращают свечение LED1 при отключении напряжения сети. Аккумулятор подзаряжается в капельном режиме, ток которого определяется следующим образом:

(VP5 — U B1 — 0.6) / R1
,

VP5 — напряжение после выпрямительного моста BR1, сглаженное конденсатором С1,
U B1 — напряжение на аккумуляторе B1.

Диод D2 должен быть включен в схему обязательно, без него на аккумулятор попадет полное напряжение VP5, без ограничения тока, что приведет к перегреву батареи и выходу ее из строя. На рисунке ниже показан результат моделирования схемы при отключении электроэнергии.

Обратите внимание, что напряжение 5 В стабильно при любом режиме работы схемы, и, в то же время, нестабилизированное напряжение питания VP3 может меняться в пределах нескольких вольт.

Время работы в резервном режиме

Время работы в резервном режиме зависит от нагрузок, подключенных к устройству, а также, от емкости аккумулятора. Если Вы используете 12-вольтовый аккумулятор емкостью 7 А·ч и подключили 5-вольтовую нагрузку с током 0.5 А (при этом к выходу нестабилизированного напряжения нагрузка не подключена), то стабильное напряжение 5 В будет поддерживаться примерно в течение 14 часов. Увеличив емкость батареи, получите большее время резервного режима.

Маломощный импульсный блок питания можно использовать в самых разных радиолюбительских конструкциях. Схема такого ИБП отличается особой простотой, поэтому может быть повторена даже начинающими радиолюбителями.

Основные параметры БП:

Входное напряжение — 110-260В 50Гц
Мощность — 15 Ватт
Выходное напряжение — 12В
Выходной ток — не более 0,7А
Рабочая частота 15-20кГц

Исходные компоненты схемы можно достать из подручного хлама. В мультивибраторе использовались транзисторы серии MJE13003, но при желании можно заменить на 13007/13009 или аналогичные. Такие транзисторы легко найти в импульсных блоках питания (в моем случае были сняты из компьютерного БП).

Конденсатор по питанию подбирается с напряжением 400 Вольт (в крайнем случае, на 250, чего очень не советую)
Стабилитрон использован отечественный типа Д816Г или импортный с мощностью порядка 1 ватт.

Диодный мост — КЦ402Б, можно использовать любые диоды с током 1 Ампер. Диоды нужно подобрать с обратным напряжением не менее 400 вольт. Из импортного интерьера можно ставить 1N4007 (полный отечественный аналог КД258Д) и другие.

Импульсный трансформатор — ферритовое кольцо 2000НМ, размеры в моем случае К20х10х8, но были использованы и также большие кольца, при этом намоточные данные не менял, работало нормально. Первичная обмотка (сетевая) состоит из 220 витков с отводом от середины, провод 0,25-0,45мм (больше нет смысла).

Вторичная обмотка в моем случае содержит 35 витков, что обеспечивает на выходе порядка 12 Вольт. Провод для вторичной обмотки подбирается с диаметром 0,5-1мм. Максимальная мощность преобразователя в моем случае не более 10-15 ватт, но мощность можно изменить подбором емкости конденсатора С3 (при этом, намоточные данные импульсного трансформатора уже меняются). Выходной ток такого преобразователя порядка 0,7А.
Сглаживающую емкость (С1) подобрать с напряжением 63-100Вольт.

На выходе трансформатора стоит использовать только импульсные диоды, поскольку частота достаточно повышена, обычные выпрямительные могут и не справится. FR107/207 пожалуй, самые доступные из импульсных диодов, часто встречаются в сетевых ИБП.

БП не имеет никаких защит от короткого замыкания, поэтому не следует замыкать вторичную обмотку трансформатора.

Перегрев транзисторов не замечал, с выходной нагрузкой 3 Ватт (светодиодная сборка) они ледяные, но на всякий случай можно установить на небольшие теплоотводы.

Список радиоэлементов
ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
VT1, VT2Биполярный транзистор

MJE13003

213007/13009В блокнот

VDS1Диодный мост

КЦ402А

1Либо другой маломощныйВ блокнот

VDS2Диодный мост1Любой до 2АВ блокнот

VD1Стабилитрон

Д816Г

1В блокнот

С1220 мкФ 440В1В блокнот

С2Электролитический конденсатор1000 мкФ х 16В1В блокнот

С3Конденсатор2.2 мкФ х 630В1Пленочный

В далёком прошлом возникла необходимость бесперебойной работы мелкого сетевого оборудования: ADSL модема, и парочки роутеров.

К роутеру была подключена антенна, смотрящая на поселок. На тот момент нормальный интернет в нем казался не сбыточной мечтой. Поэтому был организован беспроводной «линк», передающий интернет на офис.

Данное оборудование находилось в месте где регулярно выключали электричество, в результате чего интернет пропадал, к тому же после появления электричества ADSL модем мог «зависнуть». В общем, неприятная ситуация.

Был приобретен UPS фирмы Powercom модель bnt-600ap. ADSL модем и пара роутеров в сумме потребляла не более 1.5А при напряжении питания 12в. В UPS стоит батарея 12в 7Ач, теоретически наша нагрузка должна была бы проработать хотя бы часа три. Но на практике время работы оказалось не более часа. Этот нас очень огорчило, ибо плановые работы электриков могли начаться в 9:00 а закончиться в 17:00. В итоги жизненно важный интернет пропадал на весь день. В чем же дело? В нашем UPS стоял увесистый трансформатор, гудящий во время работы от батареи.

Замеры показали-на холостом ходу схема «жрет» от батареи 10Ампер, а при нагрузке около 10-60Вт ток потребления падал до 8А. В общем, насколько я понял-любой UPS в «железным» трансформатором не рассчитан на длительную работу-выключить компьютер и пойти пить чай. Замеры и эксперименты я провел на трех-четырех UPS-ках разных моделей(одна –две батареи)-результат оказался одинаковым.

В качестве эксперимента был взят на прокат UPS без трансформатора работающего на частоте 50Гц. Кто не знает-в таких источниках стоит инвертор повышающий напряжение батареи до действующее значение напряжения, и 4 полевых транзистора(мосфета) рисующих «синус». КПД такого UPS-а значительно выше. Все бы хорошо-но после получаса работы, он сам отключался, хотя батарея не была полностью разряжена. Из документации было понятно-это нужно для того что бы не возникло «пожароопасной ситуации». Видимо производитель сэкономил на радиаторах, и решил через пол часа просто выключить нагрузку.

К сожалению и этот UPS не подошел для данной задачи.

Человек умеющий держать паяльник предложил купить-автомобильный аккумулятор, собрать зарядное и сделать UPS. В общем был «угроблен» один 24вольтовый(две батарее) UPS и все закончилось тем что за месяц «опытов» угробили и автомобильную батарею. Насколько я понимаю-батарею нужно было заряжать током 10-15Ампер,или более, чего не было сделано в начале эксплуатации, а заряд малыми токами 2-3А угробил ее. От 12В 55Ач батареи мы не добились хотя бы 10 часов работы при нагрузки в 1А. Где то 5 часов и все.

Все эти эксперименты обошлись в кругленькую сумму, с нулевым результатом.

Срочно нужен был UPS который сможет питать сетевое оборудование в течении хотя бы 8 часов, желательно 10.

Мною была собрана 12 вольтова версия блока бесперебойного питания. Нагрузка питалась от двух батарей, соединенных параллельно. Устройство полностью решило проблему «плановых работы электриков». Насколько я помню-батарей хватало на целый день работы.

Схема достаточна проста, и не содержит дефицитных деталей.

Устройство состоит из следующих узлов:

  1. Промышленного блока питания. Используется блок питания фирмы MeanWell RS-35-12 -12В 3А. Толи в магазине не было блоков питания 13.5В 3А, толи они стояли значительно дороже-короче купил этот с надеждой «можно докрутить до 15вольт». Надежда не особо оправдалась-штатным переменным резистором у меня не получилось достичь напряжения в 15вольт. Пришлось изменить номиналы некоторых резисторов. Стоит иметь ввиду-в блоке есть защита от перенапряжения-поэтому придётся повозиться. БП простой-мосфет, и NCP1203P60.Достаточно надежный 5лет точно отработал.
  2. Ограничителя зарядного тока на LD1085, устанавливающего ток заряда батареи на допустимом уровне. Для двух батарей было выставлено 1,47А.
  3. Узел отключения нагрузки. Самый ответственный, призванный не дать разрядить батареи ниже критического напряжения. Узел был переработан, с целью обеспечить минимально возможный ток потребления от батареи в режиме «нагрузка отключена».

На двух логических элементах микросхемы CD4011(аналог K561ЛА7) собран RS триггер. При включении устройства на выводе 10 устанавливается лог. 1, что приводит к открыванию транзисторов BC546 и IRF9540. Если в сети пропадает напряжение, нагрузка продолжает работать за счет аккумуляторных батарей. Для повышения КПД устройства-параллельно диоду сборки MBR2045 подключены нормально замкнутые контакты реле. Таким образом при пропадании питающего напряжения диод оказывается замкнут.

Если транзистор BC817 закроется, то на выводах 1,2 микросхемы CD4011 появиться лог 1, что приведет к закрытию IRF9540 и отключению нагрузки от батареи.

Микроконтроллер Attiny13A контролирует напряжение на батареи, в случае достижения критического порога –отключает нагрузку.

В предыдущей версии вместо микроконтроллера и BC817 использовалась микросхема NE555, которая формировала лог. 0 при разряде батареи. Особых нареканий по поводу ее работы не было, кроме сложной настройки порогового напряжения, и большого потребления в режиме «отключен». Поэтому решено было поставить микроконтроллер.

В связи с этим с печатной платы были удалены некоторый элементы.

Прошивка для микроконтроллера была написана на «скорую руку».

При появления напряжения в сети — начинают мигать зеленый и красный светодиоды. Приблизительно через 5 секунд схема переходит в режим измерения напряжения, и сразу светит зеленым светодиодом сигнализирую о «полностью заряженной батареи», если же в режиме автономной работы напряжение на батареи будет ниже 12 вольт-погаснет зеленый светодиод, и загорится красный, если напряжение опуститься ниже 10.8 –нагрузка будет отключена.

Как видно из схемы-при отключении нагрузки -отключается и плата микроконтроллера, это необходимо для минимального энергопотребления в режиме отключен. Неплохо бы отключить диод 1n4007 от истока транзистора IRF9540 и подключить его к точки питания платы микроконтроллера-тогда бы потребление было минимальным, сейчас 20мкА.

В прошлой версии потребление в выключенном состоянии составляло около 5-10mА. Фактически это потребление NE555.

Представьте –ваш ИБП отключили на месяц. До какого значения разрядиться батарея?

За месяц простоя напряжения на батареях упало до 7вольт.

Как оказалось гелевые батареи очень нежные-и после такого издевательства умирают полностью. После глубокого разряда мне ни какими действиями не удалось их оживить. Вроде бы каких то 5-10mA потребления-а за месяц батареи умерли полностью. Дабы такие ситуации не повторились-NE555 была удалена, вместо нее добавлена плата микроконтроллера.

Защиту от КЗ обеспечивает самовосстанавливающийся предохранитель на 4А включённый перед разъёмом нагрузки.

Подобных ИБП было собрано 3штуки. Один из них питал беспроводное оборудование на каком то многоэтажном доме. Два раза он умирал от грозы.

Первый раз в блоке питания что то случилось с конденсатором 0.1мкф, пробило IRF9540, и MBR2045. Дабы не повторялось такой ситуации был добавлен стабилитрон в цепь затвора, сапрессор P6KE20.

В следующий раз –в блоке питания взорвались(отлетел кусочек корпуса) оптопара PC123 и TL431. На плате ИБП сгорела CD4011-видимо зря был удален стабилитрон в цепи ее питания.

Похоже, нагрузка была не заземлена, и во время грозы на ней накапливался заряд-который через блок питания ушел в нулевой провод питающей сети.

В целом ИБП оказался достаточно надежным.

Смотря на его схему-я бы выкинул CD4011, и перенес бы логику работы в более мощный микроконтроллер (например atmega8), вместо LD1085 поставил бы ШИМ ограничитель тока.

ИБП помещен в корпус разломанного промышленного UPS на две батареи. При нагрузке в 1.5А транзистор и диод начинают греться, в целях надежности были установлены радиаторы из листового алюминия толщиной 3мм. Хотя и без них схема отработала год, пока гроза не убила мосфет.

Прошивка написана в среде AVR Studio на языке С,платы разработаны в Sprint-Layout.

Файлы проекта.

Простой преобразователь с 12 на 220 В своими руками

Сделать своими руками преобразователь 12-220 В для питания приборов мощностью до 1000 Вт и выше можно разными методами. Наиболее доступный вариант – поместить приобретенный блок инвертора в корпус с теплоотводом.

Немного сложнее собрать такой блок из печатной платы и дополнительных компонентов. Для этого нужно уметь паять и пользоваться мультиметром, знать разводки выводов активных элементов или уметь их находить. Также необходимо уметь рассчитывать подходящее сечение провода с учетом силы тока и знать правила добавления в схему электролитических конденсаторов, диодов и других полярных компонентов.

Еще один способ создания инвертора 12-220 В – использовать для этих целей UPS от компьютера. К нему подключается автоаккумулятор. Заряжается он отдельно. И последний, самый сложный метод – выбрать вариант преобразования и схему в соответствии с имеющимися потребностями и деталями, выполнить расчет и собрать ее самостоятельно. Для решения этой задачи элементарных электронных навыков недостаточно. Необходимо еще уметь пользоваться разнообразными приборами для измерений и выполнять расчеты.

Как сделать преобразователь с 12 на 220 В из готового модуля

Корпуса инверторов дополнительно выполняют функции теплоотводов для находящихся в них транзисторных ключей высокой мощности. При самостоятельной сборке преобразователя необходимо найти подходящий радиатор или сделать его самостоятельно. Он должен иметь толщину от 4 мм в области размещения ключей и достаточную площадь, чтобы на 1 кВт отдаваемой мощности каждого из ключей обеспечивалось минимум 50 см2 радиатора.

Если требуется обдув от кулера на 12 В 110-130 мА, то дополнительно нужно от 30 см2 на 1 кВт каждого ключа. Кроме радиатора понадобятся теплопроводящие прокладки для изоляции, чашечки и шайбы под винты, провода, для модуля с тепловой защитой – термопаста для его крепления.

Как сделать простой преобразователь с 12 на 220 В из UPS

Чтобы сделать из UPS от компьютера инвертор 12-220 В для подключения всевозможных устройств в рамках допустимой мощности, следует заменить имеющиеся провода, идущие к «родной» батарее, длинными проводами с зажимами под клеммы автоаккумулятора. Их сечение подбирается с учетом допустимых значений плотности тока 20–25 А/мм2.

UPS обычно содержат свинцово-кислотные батареи. Их разряд контролируется по напряжению, и контроллер ИБП не допустит чрезмерного разряда используемой батареи. Но в штатных батареях UPS находится гелевый электролит, а в авто АКБ – жидкий. Принципы восполнения заряда у них отличаются, поэтому в дополнение к инвертору на UPS необходимо соответствующее зарядное устройство.

Алгоритм создания инвертора 12-220 В

Для создания преобразователя с выходными параметрами 220 В, 50 Гц необходим частотомер. Подойдет простейшая модель – электромеханический резонансный прибор или стрелочный вариант произвольного типа. Он обеспечит контроль частоты, колебания которой в электросети допускаются в диапазоне 48–53 Гц. К отклонениям от нормы частоты напряжения питания наиболее чувствительны электродвигатели переменного тока. В таких ситуациях они нагреваются и отклоняются от номинальных оборотов, что особенно рискованно для кондиционеров и холодильников (риск разгерметизации).

Как правило, питание 220 В, 50 Гц необходимо потребителям небольшой мощности – в пределах 350 Вт. В подобных случаях можно создать преобразователь на базе ИБП от компьютера. Отдаваемая в нагрузку мощность примерно будет составлять 0,7 от номинала мощности ИБП.

Читайте в нашей предыдущей статье о видах АКБ для систем видеоконтроля.

Инвертор из бесперебойника apc. Мощный источник бесперебойного питания своими руками. Моделирование инвертора из ИБП


У многих пользователей ПК есть в наличии старые отработавшие свой срок ИБП. Частая их причина нетрудоспособности — это выход из строя аккумуляторов. Так как замена на новые батареи нерентабельна, а порой просто невозможна из-за отсутствия аналогов, эти устройства попросту валяются без дела или выбрасываются на помойку.

Но можно дать вторую жизнь ИБП, сделав из него очень полезное устройство — инвертор, преобразующий 12 в бортовой сети автомобиля в необходимое для некоторых приборов 220 в. Притом, что заводская версия инвертора обойдется в немалые деньги, а так вы сэкономите деньги, и сделаете из хлама нужную вещь.

Итак, первое, что нужно сделать — это удалить старые, потекшие батареи. Они достаточно просто демонтируются, сняв нижнюю крышку и отключив провода питания. Если остались следы потекшего электролита, чистим корпус от кристаллов окисления.

Такая операция обеспечит устранение дальнейшего вытекания кислоты, а также значительно облегчит вес аппарата.

Изменение схемы подключения

По конструкции бесперебойники отличаются, но принцип действия у них один и тот же — преобразовывать напряжение 12 в в 220 в. То есть в каждой модели присутствует плата с электронным преобразователем напряжения. Он-то нам и нужен. Но есть одно условие, он должен быть рабочим.

Так как приборы, которые будут подключаться к этому устройству имеют стандартную вилку на 220 в, необходимо на боковой или задней панели, установить обычную бытовую розетку для скрытой проводки. К ней-то и припаиваем провода выхода с преобразователя 220 в, которые ранее подходили к специальным трехрожковым вилкам на задней панели ИБП.

В первом и во втором случае, провода припаивают к тем, что шли на батарею ИБП. Очень важно соблюсти полярность подключения.
Красный провод — это плюс, а черный — минус.

Как и в сети авто, так и в ИБП эти цвета должны совпадать. Лучше всего, конечно, проверить полярность мультиметром, чтобы наверняка.

Такая схема подключения предусматривает моментальную работу устройства при его подключении. Если вы хотите сделать включение через тумблер или автомат, то просто в проводе, идущем от АКБ автомобиля разрываем «плюс» и присоединяем один провод на вход, а другой на выход автомата, закрепленного на корпусе ИБП. Таким образом разрывается питание инвертора, когда это необходимо.

Тонкости в работе

Следует понимать, что такое устройство не выдаст большую мощность. Как правило. она составляет не более 150 Вт, но этого вполне достаточно для подключения небольшого телевизора, ноутбука и другой слаботочной техники.

Почему не заряжается аккумулятор автомобиля от зарядного устройства

В наше время для многих компьютер является источником заработка. А отключение электричества даже на секунду может стать причиной краха. Поэтому большинство имеют источник бесперебойного питания (ИБП). Я купил не только мощный бесперебойник, но и инвертор, т. к. время работы ИБП относительно небольшое.

Расскажу как увеличить мощность и время работы бесперебойника примерно в 2 раза. Конечно, многое зависит от конкретной модели.

Бюджетные бесперебойники не могут работать долго в автономном режиме не только из-за малой емкости аккумулятора, но и ввиду отсутствия охлаждения силовых частей. Переделаем мой запасной маломощный бесперебойник с реальной мощностью не более 150Вт. Разбираем его, чтобы убедится, что он годится для такой переделки. Как правило, ИБП потребительской категории имеют запас по мощности.

Находим силовые транзисторы, обычно расположенные рядом друг с другом на радиаторах. Видим, что там есть посадочные места для дополнительных транзисторов.

Полевые транзисторы раскачивают трансформатор с частотой 50Гц, это обычная схема 2-х тактного повышающего преобразователя типа push-pull.

В бесперебойниках используют n-канальные полевые транзисторы (MOSFET) с напряжением сток-исток от 40 до 60В из линейки IRF или IRFZ. В моем стоят IRF3205, по одному в каждом плече, но есть место для 2-го такого же ключа. Поэтому я впаяю вторую пару ключей.Сначала устанавливаем выводы в отверстия, затем прикручиваем к радиатору и потом припаиваем. В моем случае радиаторы для каждого плеча отдельные, поэтому не надо изолировать их корпуса. Если теплоотвод общий, изолирующая прокладка обязательна!

Что дает такая переделка? При параллельном включении транзисторов сопротивление открытого канала уменьшается вдвое, а чем меньше сопротивление, тем меньше нагрев ключей. Т.о. распределив мощность между 2 транзисторами мы даем возможность работать ИБП гораздо дольше без перегрева.

Естественно, увеличив число ключей мы поднимаем и мощность бесперебойника в целом почти в 2 раза. Но мощность зависит не только от транзисторов, но и от силового трансформатора. К сожалению, в моем стоит трансформатор от силы на 200-250Вт. Понятно, что снять больше этого не получится, но мощность больше, чем до переделки.

2-ой этап – доработка для увеличения времени работы. Многие спрашивают: «Можно ли вместо штатной батареи использовать автомобильный аккумулятор?». Штатный аккумулятор тоже свинцовый, только герметичный, напряжением 12В и емкостью 7-9А*час в бюджетных устройствах. Так вот, ИБП можно питать от автоаккумуляторов при условии организации дополнительного охлаждения, отбирая нагретый воздух из корпуса.

Нагреваются силовые ключи и трансформатор, работающий на пределе возможности. Берем вентилятор от компьютерного БП, вырезаем отверстие в корпусе и устанавливаем кулер.

Надо помнить, что ИБП должен еще и заряжать аккумулятор. В бесперебойнике встроенный зарядочник рассчитан на штатную батарею и это примерно ток в 1А. Это мало для автоаккумулятора, но учитывая, что он подзаряжается почти все время, этого вполне достаточно. Конечно, при желании можно собрать отдельный зарядочник в корпусе ИБП, но это не входит в задачу данной переделки.

Чтобы подключить авто аккумулятор понадобятся зажимы «крокодил» и клеммы. Я немного не рассчитал высоту кулера и плату ИБП с металлической рамой, пришлось закрепить под небольшим углом, но это не повлияет на работу. Кулер подключен непосредственно к аккумулятору через отдельный выключатель, хотя в идеале желательно задействовать терморегулятор для автоматического вкл/выкл.

Небольшой расчет: допустим автоаккумулятор имеет емкость 60А*час, следовательно, он может питать нагрузку в 720Вт в течение часа. Обычно средний не игровой компьютер потребляет в пределах 250-300Вт, значит емкости хватит на 2,5часа работы. Здесь мы не учли КПД бесперебойника (70-75%), в лучшем случае, аккумулятора хватит на 1,5-2 часа. Но, согласитесь, и это неплохой резерв.

Простой и дешевый автомобильный преобразователь напряжения можно построить на базе старого, нерабочего бесперебойника, точнее с использованием некоторых частей бесперебойника.

Устройство до безобразия простое, но имеет несколько недостатков, а точнее:

1) отсутствие каких-либо защит от короткого замыкания и перегрузки на выходе
2) Отсутствие стабилизации выходного напряжения

Единственной защитой инвертора является пара предохранителей, первый из которых установлен в цепи плюса питания, второй – на выходе.

В качестве генератора импульсов задействована микросхема CD4047, Указанная микросхема непосредственно вырабатывает импульсы с частотой около 50 Гц, а также управляет полевыми транзисторами. В идеале не хватает специализированного драйвера для управления транзисторов, но микра справляется не плохо.

Транзисторы IRFZ44 либо лююбые другие N-канальные, с напряжением от 50 Вольт и с током от 30 Ампер и выше. Мощность инвертора составляет около 150 ватт и при использовании более мощных ключей (например – IRF3205) может быть увеличена до 250-300 ватт.

Добавлять параллельно по нескольку ключей в плече с целью увеличения выходной мощности не совету, микросхема попросту не справиться с управлением ключей, в следствии чего во время работы последние могут не полностью закрыться, что приведет к короткому замыканию, и в качестве результата получим пару взорванных полевиков, которые стоят немало денег.

Топология схемы – пуш-пулл, обычный двухтактник со средней точкой.

Трансформатор взят от бесперебойника, обязательно со средней точкой. Перематывать, доматывать или отматывать ничего не нужно, на трасе есть силовая обмотка со средней точкой и выходная обмотка, на которой получим 220 Вольт, нужно лишь прозвонить вторичные обмотки (их возможно будет несколько) и найти обмотку с самым большим сопротивлением (около 15-25 Ом, в зависимости от типа трансформатора).именно эта обмотка является сетевой.

К стати! я забыл указать, что частота выходных импульсов с инвертора составляет около 50 Гц, может быть откорректирована с помощью подстроечного резистора на плате (плату можно скачать в конце статьи)
Форма выходных импульсов – прямоугольная, но коллекторные двигатели без проблем можно подключать, а вот асинхронники не советую, хотя работать будут.

Инвертор был собран в корпусе от компьютерного блока питания, также не забываем об охлаждении.

В моем случае каждый полевой транзистор установлен на отдельный теплоотвод, разумеется они изолированы друг от друга а также от корпуса. Выводы силовой обмотки с трансформатора цепляются непосредственно к радиаторам, которые являются стоком полевых транзисторов (сами транзисторы не изолированы от теплоотводов).

Монтаж сделан так, чтобы вентилятор от блока питания находился в непосредственной близости от радиаторов, он выдувает отработанный теплый воздух из-под корпуса и питается от основной шины 12 Вольт.

Для того, чтобы инвертор заработал помимо основного питания (от аккумулятора) подается слаботочный плюс на плату генератора, последний начинает работу.

И ещё хочу отметить один момент, если у вас есть грузовой автомобиль, то вам обязательно нужно знать этот ресурс. Ведь не все автомобили вечны, а такой эвакуатор сложно найти. Так, что заходите и ознакомьтесь с информацией.

В последнее время очень часто ко мне люди обращаются с просьбой предоставить инструкцию с переделкой ИБП (юпс) в автомобильный преобразователь напряжения с 12 на 220 вольт и в этой статье постараюсь пояснить, как это можно реализовать.

На самом же деле источник бесперебойного питания UPS без каких-либо переделок можно использовать в автомобиле в качестве преобразователя напряжения, поскольку ИБП сам является инвертором, который предназначен для получения сетевых 220 Вольт от встроенного свинцового аккумулятора 12 Вольт.

В частности в ИБП задействованы свинцовые аккумуляторы с емкостью 7 или 10 Ампер часов, в некоторых мощных бесперебойниках можно встретить два и даже 4 аналогичных аккумулятора, которые подключены параллельным образом для увеличения емкости и срока работы в автономном режиме.

Для переделки бесперебойник изначально нужно разобрать и вынуть встроенный аккумулятор. Шины питания, которые подключены к аккумуляторы нужно вывести из-под корпуса. Желательно использовать провода с эффективным сечением 12кв.мм. Во многих бесперебойниках, корпуса сделаны из пластика, поэтому можно просто просверлить корпус и вывести провода. Бесперебойник желательно напрямую подключить к автомобильному аккумулятору — плюс от бесперебойника к плюсу аккумулятора, минус соответственно — к минусу.

Что же можно подключить к бесперебойнику?

В первую очередь обратите внимание на мощность бесперебойника. Дешевые китайские бесперебойники с ценой не более 2000 руб обеспечивают относительно небольшую выходную мощность. В моей практике ремонтировал беперебойники от 300 до 1100 ватт, но в идеале ве они не обеспечивали заявленную мощность. К примеру — китайский бесперебойник на 650 ватт не потянул на реальную нагрузку 300 ватт. Тестировать мощность бесперебойника нужно именно на пассивную нагрузку — обогреватели, лампы накаливания и т.п.

Еще один недостаток — форма выходного напряжения, которая отличается от сетевого синуса. Почти у всех бесперебойников на выходе модифицированная синусоида. Такая форма напряжения не лучший вариант, но питать двигатели и иные нагрузки можно, хотя не рекомендую долго подключать к ИБП сетевые трансформаторы и асинхронные двигатели.
Большие размеры и вес — тоже можно считать недостатком, с учетом того, что современные автомобильные преобразователи напряжения по импульсным схемам имеют вес и размеры гораздо меньше, чем бесперебойники.

Но тем не менее, если нужен довольно неплохой, дешевый инвертор для использования в полевых условиях — ИБП можно считать оптимальным вариантом и плюс ко всему источники бесперебойного питания имеют защиту от перегруза и коротких замыканий на выходе.

Зарядка из бесперебойника своими руками

ИБП – это очень выгодный прибор. Пока он работает, у пользователя нет проблем с электроснабжением. Но на этом функциональность данного прибора не заканчивается. Простейшая доработка бесперебойника дает возможность создать на его базе такие устройства как преобразователь, блок питания и зарядка.

Как бесперебойник переделать в преобразователь напряжения 12/220 В

Преобразователь напряжения (инвертор) превращает постоянный 12-вольтовый ток в переменный, попутно повышая напряжение до 220 вольт. Средняя стоимость такого устройства – 60-70 долларов США. Однако даже у владельцев изношенных бесперебойников с функцией старта от батареи есть вполне реальный шанс получить работоспособный преобразователь фактически даром. Для этого нужно сделать следующее:

Вскрыть корпус ИБП.

Демонтировать аккумулятор, сняв с клемм накопителя два провода – красный (на плюс) и черный (на минус).

Демонтировать спикер – устройство звуковой сигнализации, похожее на сантиметровую шайбу.

Припаять к красному проводу предохранитель. Большинство конструкторов советуют использовать предохранители на 5 ампер.

Соединить предохранитель с контактом «входа» ИБП – гнезда, куда вставлялся кабель, соединяющий бесперебойник с розеткой.

Соединить черный провод со свободным контактом гнезда «входа».

Взять штатный кабель для подключения ИБП к розетке, срезать вилку. Подключить разъем в гнездо входа и определить цвета проводов, соответствующие красному и черному контактам.

Подсоединить провод от красного контакта к плюсу аккумулятора, а от черного – к минусу.

Внутреннее устройство ИБП Eaton 5P 1150i

Такую трансформацию допускают только бесперебойники с функцией старта от батареи. То есть ИБП должен изначально уметь включаться от аккумулятора, без подключения к розетке.

Если у ИБП есть штатная розетка – 220 вольт можно снимать с ее контактов. Если таковой розетки нет – ее заменит удлинитель, подключенный к гнезду «выхода» бесперебойника. Вилка удлинителя удаляется, после чего провода припаиваются к контактам гнезда «выхода».

Основные недостатки подобных преобразователей:

  • Рекомендуемое время работы такого инвертора – до 20 минут, поскольку ИБП не рассчитаны на длительную работу от аккумуляторов. Однако этот недостаток можно устранить, врезав в корпус ИБП компьютерный вентилятор, работающий от 12 В.
  • Отсутствие контроллера заряда аккумулятора. Пользователю придется периодически проверять напряжение на клеммах накопителя. Для устранения этого недостатка в конструкцию преобразователя можно врезать обычное автомобильное реле, припаяв красный провод за предохранителем к 87 контакту. При правильном подключении такое реле разомкнет подачу энергии при падении напряжения на аккумуляторе ниже 12 вольт.

Как из бесперебойника сделать блок питания

В этом случае из всей конструкции бесперебойника понадобится только трансформатор. Поэтому решившемуся на подобную переделку ИБП пользователю придется либо распотрошить весь ИБП, оставив только корпус и трансформатор, либо снять эту деталь, заготовив для нее отдельный корпус. Далее действуют по следующему плану:

С помощью омметра определяют обмотку с самым большим сопротивлением.Типовые цвета – черный и белый. Эти провода будут входом в блок питания. Если трансформатор остался в ИБП, то этот шаг можно пропустить – входом в самодельный блок питания в этом случае будет «входное» гнездо на торце ИБП, связующее прибор с розеткой.

Далее на трансформатор подают переменный ток на 220 вольт. После этого с оставшихся контактов снимают напряжение, подыскивая пару с разностью потенциалов до 15 вольт. Типовые цвета – белый и желтый. Эти провода будут выходом из блока питания.

Вход в блок питания формируют из проводов, по одну сторону от сердечника. Выход из блока формируют из проводов, расположенных с противоположной стороны.

На выходе из блока питания ставят диодный мост.

Потребители подключаются к контактам диодного моста.

Типовое напряжение на выходе из трансформатора – до 15 В, однако оно просядет после подключения к самодельному блоку питания нагрузки. Вольтаж на выходе конструктору такого устройства придется подбирать путем экспериментов. Поэтому практика использования трансформатора ИБП как основы блока питания для компьютера – это далеко не самая лучшая идея.

Переделка бесперебойника под зарядку

В этом случае не нужна минимальная трансформация, похожая на описанную абзацем выше. Ведь у бесперебойника есть своя батарея, которая заряжается по мере надобности. В итоге для превращения ИБП в зарядное устройство нужно сделать следующее:

Обнаружить первичный и вторичный контур трансформатора. Этот процесс описан абзацем выше.

Подать на первичный контур 220 вольт, врезав в цепь регулятор напряжения – в качестве такового можно использовать реостат для лампочек, заменяющий традиционный выключатель.

Регулятор поможет откалибровать напряжение на обмотке выходе в пределах от 0 до 14-15 вольт. Место врезки регулятора – перед первичной обмоткой.

Подключить к вторичной обмотке трансформатора диодный мост на 40-50 ампер.

Соединить клеммы диодного моста с соответствующими полюсами аккумулятора.

Уровень заряда аккумулятора контролируется по его индикатору или вольтметром.

Написать письмо

По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой:

Всем привет! В общем валялся у меня в гараже ненужный компьютерный безперебойник, сначала хотел его выбросит. но потом разобрав я понял, что из него можно сделать неплохой лабораторный блок питания, а заодно и зарядное для автомобильного аккумулятора.
Процесс пошел: Все внутренности нафиг, оставляем только корпус и трансформатор. После чего уменьшению длинны корпуса. Уменьшили! Теперь самое время собрать диодный мост с сглаживающим кондэнсатором. Диоды использовались Д-242. В интернет магазине приобрел вольтметр-амперметр со встроенным шунтом, который вдерживает ток до 10 А. И собственно сборка всего до кучи.

Далее проверяем работоспособность и максимальную силу тока которую может выдать устройство. Испытания показали что 8 А мы выдаем легко, больше нагрузки дома не нашел, да и этого для бытовых целей и подзарядки акума 75 А.Ч. достаточно.

Единственное чего еще нет-это регулятора. Для этого будет использован обычный семисторный бытовой диммер на 220 в. подключенный к первичной обмотке трансформатора. С помощью которого и будет регулироваться выходное напряжение и соответственно ток.

Всем привет! В общем валялся у меня в гараже ненужный компьютерный безперебойник, сначала хотел его выбросит. но потом разобрав я понял, что из него можно сделать неплохой лабораторный блок питания, а заодно и зарядное для автомобильного аккумулятора.
Процесс пошел: Все внутренности нафиг, оставляем только корпус и трансформатор. После чего уменьшению длинны корпуса. Уменьшили! Теперь самое время собрать диодный мост с сглаживающим кондэнсатором. Диоды использовались Д-242. В интернет магазине приобрел вольтметр-амперметр со встроенным шунтом, который вдерживает ток до 10 А. И собственно сборка всего до кучи.

Далее проверяем работоспособность и максимальную силу тока которую может выдать устройство. Испытания показали что 8 А мы выдаем легко, больше нагрузки дома не нашел, да и этого для бытовых целей и подзарядки акума 75 А.Ч. достаточно.

Единственное чего еще нет-это регулятора. Для этого будет использован обычный семисторный бытовой диммер на 220 в. подключенный к первичной обмотке трансформатора. С помощью которого и будет регулироваться выходное напряжение и соответственно ток.

Бесперебойник для газового котла: как выбрать и как сделать самостоятельно

Читайте в этой статье:
Бесперебойник для газового котла: какие бывают и какой выбрать
ИБП для котла своими руками: простая и дешевая альтернатива

Раз уж вы попали на эту страницу, то наверняка в вашем доме или квартире отключение электричества уже вошло в правило – в современном мире это настоящая проблема. Плохо без электричества не потому, что пропадает свет, а потому, что сразу перестают работать практически все системы жизнеобеспечения – кондиционеры, холодильники и прочая техника. Самое обидное и неприятное, когда это происходит зимой, в лютые морозы – отключается котел, который без электроэнергии жить не может, и в доме становится холодно. Решают эту проблему разными способами – можно переделать отопление и заменить его системой с естественной циркуляцией, оборудовав ее энергонезависимым котлом, а можно просто дополнить существующее отопление блоком бесперебойного питания, что гораздо проще и дешевле. О нем и поговорим в этой статье, в которой вместе с сайтом stroisovety.org разберемся с вопросом, как выбрать бесперебойник для газового котла?

ИБП для котла отопления фото

Бесперебойник для газового котла: какие бывают и какой выбрать

В принципе, отличаться друг от друга источники бесперебойного питания для котла могут не по многим признакам – если быть конкретным, то всего по трем моментам. Самый главный из них – это форма выходного сигнала. В этом отношении они могут иметь либо чистый синус на выходе, либо модифицированный (так сказать, ступенчатая аппроксимация, от которой может заработать далеко не каждый отопительный котел). По большому счету, ИБП с аппроксимированной синусоидой на выходе отлично подходят для всего, чего угодно, только не для котлов и бытовой техники, в которой имеются электрические двигатели. На этот момент нужно обращать внимание в первую очередь при выборе бесперебойника для котла.

Следующий момент, который нельзя выпускать из виду, это тип ИБП для котла отопления. В этом отношении их можно разделить на три группы.

  1. Off-Line. При наличии напряжения в центральной сети такие блоки бесперебойного питания подают на котел отфильтрованное электричество, но никак не стабилизированное – при больших перепадах напряжения в большую или меньшую сторону они просто переключаются на автономный источник питания (аккумулятор). С одной стороны это вроде бы хорошо, но с другой происходит быстрый износ аккумуляторной батареи.
  2. On-Line. Их еще называют бесперебойники двойного преобразования – сначала сетевое электричество понижается до 12 вольт, а потом повышается. Преимуществом такого подхода к делу является чистое и стабильное напряжение на выходе без перепадов – при провалах напряжения в сети недостаток тока восполняется от аккумулятора, а большие скачки гасятся трансформаторами. Несмотря на такое устройство, этот тип бесперебойников для котла отопления не лишен и недостатков: во-первых, это низкий КПД, во-вторых, малый ресурс аккумуляторных батарей и, в третьих, высокая стоимость.
  3. Line-Interactive. Этот вид ИБП можно назвать попыткой устранения недостатков, присущих двум вышеописанным типам источников автономного питания. Он имеет встроенный стабилизатор напряжения, который качественно выравнивает сетевой ток, а также встроенное мощное зарядное устройство, позволяющее быстро восполнять запас электроэнергии. В общем, попытка более или менее удачная, и на сегодняшний день так называемые интерактивные источники бесперебойного питания являются самым оптимальным вариантом. Но на данный момент это самые дорогие ИБП. Существует две разновидности подобных бесперебойников – как и все остальные подобные устройства, они могут иметь либо чистый синусоидальный выход, либо ступенчатую аппроксимацию.

    Бесперебойник для газового котла фото

В принципе, выбирать из чего есть, но это еще не все, на что нужно обратить внимание – немаловажным фактором является мощность ИБП для котла. При ее недостатке котел попросту не запустится – как минимум для нормальной работы стандартного настенного двухконтурного котла понадобится приобрести источник бесперебойного питания с пиковой мощностью около 500Вт. Она нужна для запуска насоса.

Кроме всего прочего, обратить внимание нужно и на емкости используемых аккумуляторов, которые оказывают непосредственное влияние на время работы котла после отключения сетевого электричества. Как правило, стандартный ИБП не рассчитан на длительную работу – максиму до часа. В этом отношении лучше присмотреть устройство бесперебойного питания для котла с возможностью подключения внешнего аккумулятора – за счет его большой мощности время работы котла в автономном режиме можно увеличить до 10-ти часов, если не больше. Все зависит от того, сколько денег вы готовы потратить на приобретение дополнительных аккумуляторных батарей.

ИБП для котла своими руками: простая и дешевая альтернатива

Готовый источник бесперебойного питания – это, конечно, хорошо, но имеется альтернатива несколько дешевле. Естественно, у нее не будет такого презентабельного вида, также в ней не будет некоторых полезных функций, но в целом она будет работоспособной. Сразу начнем с недостатков – здесь нужно быть готовым заплатить меньшую стоимость за неудобства. Во-первых, это полностью ручная система – никакого автоматического переключения сеть/аккумулятор здесь нет. Пропало электричества, пошли и вручную подсоединили самодельный бесперебойник для котла – с этим моментом связаны некоторые правила безопасности. При отключении электричества и перед включением «ИБП» нельзя забывать отключать центральный рубильник – в принципе, если не подсоединять такое устройство стационарно в сеть, то можно обойтись и без этого. Просто вынимаем шнур из розетки и подключаем его к самодельному ИБП. Во-вторых, придется самостоятельно разбираться с нужным оборудованием – но это проблема небольшая, и как она решается, мы расскажем дальше.

Для того, чтобы сделать бесперебойник для котла своими руками, понадобится приобрести три вещи.

  1. Инвертор 12/220V. Это устройство преобразовывает 12 вольт аккумулятора в нормальное сетевой напряжение 220 вольт. Как и бесперебойники, инверторы различаются по мощности и форме выходного сигнала – для автономного источника питания котла понадобится инвертор с чистой синусоидой на выходе и пиковой мощностью 600Вт. Рабочая мощность у таких инверторов должна составлять минимум 300Вт.

    Бесперебойник для котла отопления фото

  2. Зарядное для АКБ. Здесь все просто – выбирать зарядку для аккумулятора нужно исходя из его емкости. Скажем так, если вы приобрели аккумулятор 150А/часов, то для его быстрой зарядки (в течение 5-6 часов) понадобится устройство с силой тока в 15А. В принципе, можно использовать и стандартное автомобильное зарядное устройство, но в этом случае процесс наполнения емкости электричеством будет проходить несколько дольше.
  3. АКБ. Здесь все достаточно просто – чем больше емкость аккумулятора, тем дольше будет работать котел в автономном режиме. К примеру, если взять обычный автомобильный аккумулятор емкостью 45А/час, то от него котел сможет проработать до восьми часов. Если взять более емкий аккумулятор, например, 95А/часов, то здесь уже можно говорить о суточном электроснабжении котла. Наиболее приспособленными для частых циклов зарядки и разрядки являются гелиевые аккумуляторы – стоят они несколько дороже, но и служат намного дольше.

    Бесперебойное питание для котла фото

Теперь что касается непосредственного процесса сборки источника автономного электроснабжения котла. Здесь все просто, если не сказать, что элементарно. На инверторе имеется всего две клеммы («+» и «-») – соединяем их мощным проводом сечением 4 квадрата или более с соответствующими клеммами аккумулятора. В принципе, в этом и заключается вся сборка – теперь просто включаем в розетку на инверторе вилку котла, нажимаем на том же инверторе кнопку Вкл./Выкл. и процесс пошел. Инвертор работает, котел тоже, а аккумулятор разряжается. После того, как он сядет или в сети появится электричество, подсоединяем к аккумулятору зарядное и восполняем запас потраченной энергии. Зарядное можно подсоединить стационарно – в этом случае для подпитки АКБ энергией понадобится только включать его в розетку.

Спросите, зачем такие сложности? Не легче ли купить готовый бесперебойник для газового котла? Легче, но имеются две веские причины, которые говорят именно в пользу инвертора. Во-первых, это стоимость, которая на пару порядков ниже. Во-вторых, возможность создания большего резерва энергии. И в-третьих, это мобильность. При необходимости инвертор можно быстро отсоединить и, вкинув в багажник, взять с собой на рыбалку. В общем, решайте сами – это сугубо мое личное мнение, с которым вы вполне можете не считаться.

Автор статьи Александр Куликов

Источник бесперебойного питания «сделай сам»: электрический

Я подумываю о создании собственного ИБП для медиацентра и сетевого оборудования. У меня есть несколько причин рассмотреть этот вариант:

  • У меня постоянно отключается питание

  • Я хочу около 5-7 часов работы, и потребительские опции не предлагают этого, но автомобильный аккумулятор или два могут

  • Промышленные варианты дороги

  • Все, что я хочу использовать, в любом случае использует питание постоянного тока, но большинство ИБП используют инверторы для обеспечения 120 В переменного тока даже при работе от батареи, что глупо, потому что бородавка на стене на большинстве моих вещей просто заменяется -исправление и снижение его до примерно 12 В.Я не вижу причин делать два неэффективных преобразования мощности.

Что у меня в силе. Перечислены с максимальным рейтингом, напечатанным на их бородавках:

  • asus rog rapture gt-ac5300 | 3,5 А 19 В = 66,5 Вт

  • Кабельный модем Netgear | 1.5A 12 В = 18 Вт

  • Микрокомпьютер Odroid UX4 | 6A 5V = 30W

  • Внешний жесткий диск, подключенный к Odroid | 2A 5V = 10W

  • Insignia TV | 4A 12 В = 48 Вт

Таким образом, моя общая потребляемая мощность, предполагающая, что каждому по какой-то причине требуется максимальная мощность в одно и то же время, составляет около 173 Вт.Хотя это маловероятно, я бы хотел перестроить его как для собственного удовольствия, так и для того, чтобы иметь возможность в какой-то момент поменять часть, скажем, телевизор, не беспокоясь о перегрузке. Я назову это 175 Вт.

Теперь я сгруппировал вещи в три категории по напряжению:

  • Модем и телевизор — на 12 В, и их можно напрямую подключить к батарее с помощью соответствующего предохранителя (если кто-то не скажет, что это плохая идея)

  • Odroid, его жесткий диск и USB-концентратор имеют напряжение 5 В, и ему потребуется понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный.(возможно, https://www.amazon.ca/dp/B012NCC35M)

  • Маршрутизатор имеет напряжение 19 В, и ему потребуется повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный (возможно, https://www.amazon.ca/dp/B00RXJJGE2)

Я думаю, что разобрался с батареей, мне нужен свинцово-кислотный морской аккумулятор глубокого цикла, чтобы я не убивал его, опустошив его до полного разряда, и герметичный, чтобы я не взорвал свой дом водородом . Для максимального номинала усилителя 175 Вт / 12 В = около 14,6, назовите его 15 А. Это хорошо в пределах стандартной 12-вольтовой батареи, продаваемой в Canadian Tire.

В чем я застрял, так это в том, чтобы заряжать его после сбоя и запускать систему от электросети, когда она доступна (и делать то и другое одновременно). Вначале я просто постоянно работал от аккумулятора и постоянно использовал настенное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, но это приведет к выходу из строя аккумулятора, если моя нагрузка упадет, но выход зарядного устройства останется статическим. Это перезарядит и испарит мою батарею. Итак, мой второй делал в основном то же самое, но с аккумулятором, подобным тому, который у меня есть на моем грузовике зимой, который не перезаряжается.Это также не сработает, потому что все специалисты по техническому обслуживанию очень маломощны, рассчитаны на постоянную подзарядку аккумулятора в течение ночи и достаточно, чтобы холод или неиспользование не убивали его. Я видел их до 2А, но я уже подсчитал, что при 12В мне нужно как минимум 15А, и это не учитывает эффективность преобразователей (обычно около 90%) и тот факт, что для фактической подзарядки аккумулятор после выхода из строя необходимо вложить в него больше энергии, чем потребляется от него. Итак, я поискал людей, которые пробовали похожие проекты, и нашел это: http: // www.dreamgreenhouse.com/projects/2010/12Vups/index.php Это хороший пример, мне нравится, что он нашел готовое оборудование именно для этой цели. Плата для зарядки аккумулятора и автоматического переключения с сетевого питания на питание от аккумулятора, а также другая плата с выпрямителем и переходом от 120 В переменного тока к 12 В постоянного тока, но опять же максимальная мощность — это проблема, которую его установка ограничена до 8 А.

TL; DR Итак, в конце концов, мой вопрос: знает ли кто-нибудь об эфире, поддерживающем батарею 12 В, который поддерживает как минимум 15 А непрерывно, ИЛИ готовую печатную плату, которая будет поддерживать батарею и переключать нагрузку между указанными аккумулятор и настенный ввод, который опять же не пропускает дым при 15А 8 часов в день 5 дней в неделю?

Создайте свой собственный источник питания с резервным аккумулятором

Научитесь создавать резервный аккумуляторный блок питания для небольшой электроники, чтобы у вас никогда не закончилась энергия.

Есть много электроники, которая должна быть постоянно включена. Будильники — хороший тому пример. Если ночью отключится электричество, а будильник не сработает, вы можете пропустить очень важную встречу. Самым простым решением этой проблемы является система резервного питания от батареи. Таким образом, если мощность сети упадет ниже определенного порога, батареи автоматически возьмут на себя управление и будут поддерживать все в рабочем состоянии до тех пор, пока сетевое питание не будет восстановлено.

Материалы:

Источник питания постоянного тока

Аккумуляторы

Аккумулятор

Регулятор напряжения (опция)

Резистор 1 кОм

2 диода (рассчитанные на более высокий ток, чем у источника питания)

Штекерный разъем постоянного тока

Гнездовой разъем постоянного тока

Схема

Существует много различных типов систем резервного питания от батарей, и тип, который вы используете, во многом зависит от того, что вы запитываете.Для этого проекта я разработал простую схему, которую вы можете использовать для питания маломощной электроники, работающей от 12 вольт или меньше.

Во-первых, вам нужен блок питания постоянного тока. Они очень распространены и бывают разных номиналов напряжения и тока. Блок питания подключается к цепи с помощью разъема питания постоянного тока. Затем он подключается к блокирующему диоду. Блокирующий диод предотвращает обратную подачу электричества из системы резервного аккумулятора в источник питания. Далее подключается аккумуляторная батарея с помощью резистора и еще одного диода.Резистор позволяет батарее медленно заряжаться от источника питания, а диод обеспечивает путь с низким сопротивлением между батареей и цепью, чтобы он мог питать цепь, если напряжение источника питания когда-либо упадет слишком низко. Если схема, которую вы управляете, требует стабилизированного источника питания, вы можете просто добавить на конец стабилизатор напряжения.

Если вы запитываете Arduino или аналогичный микроконтроллер, вы должны иметь в виду, что вывод Vin и разъем питания постоянного тока уже подключены к внутреннему регулятору напряжения.Таким образом, вы можете подключить любое напряжение от 7 до 12 В напрямую к выводу Vin.

Выберите номинал резистора

Номинал резистора необходимо выбирать осторожно, чтобы аккумулятор не перезарядился. Чтобы выяснить, какой номинал резистора вам следует использовать, вам сначала нужно подумать о вашем источнике питания. Когда вы работаете с нерегулируемым источником питания, выходное напряжение не фиксируется. Когда цепь, которую он питает, выключается или отключается, напряжение на выходных клеммах повышается.Это напряжение холостого хода может быть на 50% выше, чем напряжение, указанное на этикетке на корпусе источника питания. Чтобы это проверить, возьмите мультиметр и измерьте напряжение на выходных клеммах блока питания, когда никакая другая цепь не подключена. Это будет максимальное напряжение блока питания.

NiMH аккумулятор можно безопасно заряжать со скоростью C / 10 или одной десятой его емкости в час. Однако, когда аккумулятор полностью заряжен, продолжение подачи такого количества тока может быстро его повредить.Если аккумулятор должен непрерывно заряжаться в течение неопределенного периода времени (например, в системе резервного питания от аккумулятора), то скорость заряда должна быть очень низкой. В идеале вы хотите, чтобы ток заряда был C / 300 или меньше.

В моем случае я использую батарейный блок, сделанный из никель-металлгидридных батарей AA емкостью 2500 мАч. На всякий случай я хочу, чтобы ток заряда был 8 мА или меньше. Учитывая это, вы можете рассчитать, какой номинал резистора должен быть.

Чтобы рассчитать необходимое значение вашего резистора, начните с напряжения холостого хода источника питания, затем вычтите напряжение полностью заряженной аккумуляторной батареи.Это дает вам напряжение на резисторе. Чтобы найти сопротивление, разделите разницу напряжений на максимальный ток. В моем случае источник питания имел напряжение холостого хода 9 В, а напряжение аккумуляторной батареи было около 6 В. Это дало разность напряжений 3 В. Разделив эти 3 вольта на ток в 0,008 ампер, мы получим сопротивление 375 Ом. Таким образом, ваш резистор должен быть не менее 375 Ом. Для большей безопасности я использовал резистор на 1 кОм. Однако имейте в виду, что использование большего резистора значительно замедлит зарядку.Это не проблема, если система резервного питания используется очень редко.

Использование резервного источника питания от батареи

Используя схему резервного аккумулятора, которую я разработал, вы можете подключить источник питания к гнезду питания постоянного тока. Он подключен к цепи резервного аккумулятора. Затем на выходе схемы резервного аккумулятора имеется штекерный разъем питания постоянного тока, который можно подключить к электронному устройству, которое вы хотите запитать. Эта простая конструкция плагина означает, что вам не нужно модифицировать ни блок питания, ни устройство.

Попробуйте сами! Получите спецификацию.

Источник бесперебойного питания 12 В постоянного тока | Проекты

Марк Харрис

| & nbsp 22 июля 2020 г.

Я живу в сельской деревне, которая имеет тенденцию иметь прерывистую электроэнергию при сильном ветре или шторме.По этой причине мои компьютеры, серверы и сетевое оборудование используют относительно недорогие источники бесперебойного питания. Все они работают на герметичных свинцово-кислотных аккумуляторах и не являются слишком эффективным способом питания устройства постоянного тока, такого как Raspberry Pi или интернет-маршрутизатор, в качестве входящей сети. Переменный ток заряжает батарею постоянного тока, которая затем создает мощность переменного тока через инвертор, который питает преобразователь переменного тока в постоянный, чтобы обеспечить питание устройства постоянного тока. Я подумал, что было бы интересно сделать небольшой ИБП, подходящий для питания моего ADSL-маршрутизатора, вместо того, чтобы иметь для него целый ИБП переменного тока.

Мой ADSL-маршрутизатор питается от источника питания 12 В / 1 А, хотя внутренне он, вероятно, работает от 1,8–3,3 В. В этом проекте я буду создавать ИБП 12В 1А. Как обычно, вы можете найти файлы проекта Altium Designer с открытым исходным кодом на GitHub под лицензией MIT. Эта лицензия позволяет вам делать с дизайном все, что вам нравится. Если вы ищете файлы библиотеки, этот проект был разработан с использованием моей библиотеки Altium Designer с открытым исходным кодом.

Выше показан дизайн печатной платы, о котором вы будете читать в программе просмотра Altium 365 Viewer; бесплатный способ общаться с коллегами, клиентами и друзьями с возможностью просмотра дизайна или загрузки одним нажатием кнопки! Загрузите свой дизайн за считанные секунды и получите интерактивный способ всестороннего просмотра без использования громоздкого программного обеспечения или мощности компьютера.

Свинцово-кислотные батареи

невероятно рентабельны на ватт-час энергии, но я хочу создать что-то более современное, компактное и легкое. Я буду питать свой ИБП двумя литий-полимерными элементами 18650, так как они обеспечивают отличную плотность мощности, скорость разряда и относительно высокоскоростную зарядку. Если вы хотите использовать в своем следующем проекте батарею, почему бы не взглянуть на мою статью на OctoPart о выборе химического состава батареи для вашего проекта. Ячейка 18650 стоит относительно дорого за ватт-час по сравнению со свинцово-кислотной батареей, но у моего ИБП не будет большой нагрузки на нее.

Емкость элемента LG MJ1 составляет 3500 мАч, поэтому два последовательно подключенных элемента дают мне номинальные 25,9 Втч. Это немного, но с преобразователем постоянного тока с КПД 95% у меня будет около 24,6 Втч полезной мощности, что обеспечит около двух часов работы при номинальной нагрузке 1А. На самом деле, это, вероятно, проработает мой маршрутизатор от пяти до шести часов.

Я мог бы использовать одну ячейку или две ячейки параллельно, однако два последовательно включенных позволяет мне построить более эффективный повышающий преобразователь и предлагает гораздо больше возможностей для монолитных повышающих преобразователей.

Чтобы установить батареи на плату, я выбрал простой путь и использовал два литых держателя для батарей Keystone 1043. Они мне достаточно дешевы и крепко держат клетки. Более дешевые способы использования язычков батареи со сквозными отверстиями на каждом конце элемента потребуют дополнительных усилий для надежного удержания элементов на месте — например, корпус с 3D-печатью, который будет выполнять ту работу, на которую полностью способен держатель батареи Keystone 1043.

Для зарядки аккумуляторов я буду использовать Skyworks AAT3663IWO-8.4-2-T1, двухэлементное зарядное устройство LiPo с входом термистора 10k NTC для тепловой защиты. Термистор может не оказаться особенно полезным в этой конструкции. Он не коснется одной батареи, не говоря уже о обеих, но это очень полезный вариант при использовании пакетной ячейки со встроенным термистором. Я все еще буду добавлять термистор к плате, но он будет установлен только под одной ячейкой.

AAT3663 позволяет заряжать два элемента последовательно до 1 А, что дает мне время зарядки около 3 часов.Это намного лучше, чем я бы получил от свинцово-кислотной батареи, которая может работать до 24 часов. Быстрое время перезарядки в некоторой степени компенсирует относительно низкую емкость ячеек в моем ИБП, позволяя ему справляться с множеством коротких периодических падений мощности в ненастный день из-за короткого времени восстановления.

Схема очень проста в реализации, и все в значительной степени соответствует значениям, рекомендованным в таблице данных — здесь особо не о чем думать. Резистор ISET R5 устанавливает максимальный ток 1А.Светодиоды служат для отображения состояния заряда.

В идеале двухэлементное зарядное устройство должно уравновешивать элементы и гарантировать, что одна из них не будет перезаряжена. Ячейка с избыточным зарядом / напряжением может стать причиной возгорания, так что об этом следует помнить. Ячейки, которые я планирую использовать, достаточно хорошо согласованы, поэтому мне просто нужно будет проверять напряжение элементов примерно раз в два месяца вручную или снимать их для балансировки на одном из моих «более модных» зарядных устройств. Я не смог найти хороший недорогой вариант балансирующего двухэлементного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов среди вариантов, которые я искал, поэтому, если у вас есть отличный номер детали, оставьте комментарий к статье со своим предложением!

Существует несколько способов переключения при отказе от батареи; однако я считаю, что наиболее элегантным решением является Analog Devices LTC4414.При работе от батареи это обеспечивает конфигурацию с минимальными потерями за счет горячей замены батареи через P-Channel MOSFET. LTC4414 — это невероятно универсальная ИС, допускающая всевозможные конфигурации для распределения нагрузки и резервирования источников питания. Я с нетерпением жду возможности использовать эту ИС в других проектах в будущем.

Это не идеальное решение. Однако у него есть несколько недостатков — при отключении преобразователя AD-DC, входящего в комплект поставки маршрутизатора, на схеме этот вход проходит через диод, который обеспечивает падение напряжения и потери в виде тепла.Выбранный мной диод имеет самое низкое прямое падение напряжения среди всех SMA-диодов для его номинального тока и напряжения, которое мне удалось найти у поставщиков, которых я использую. Мой маршрутизатор продолжает работать при напряжении ниже 12 В, поэтому это небольшое падение напряжения не будет проблемой для моего приложения. В других доступных вариантах топологии для внешнего источника питания будет использоваться P-канальный MOSFET, который устранит это падение напряжения. Однако я не тестировал эту топологию с помощью зарядного устройства, поэтому я рискую, используя то, что могу проверить.

Другой недостаток заключается в том, что внешний вход (источник питания от сети) должен иметь потенциал как минимум на 20 мВ выше, чем источник аварийного переключения, чтобы он мог использовать внешний источник питания. Если напряжение от настенного источника питания падает, оно фактически начинает разделение нагрузки с резервным аккумулятором для стабилизации напряжения. Это может быть очень полезной функцией в других проектах, но, вероятно, не принесет особой пользы в этом проекте. Я поиграл с этим, используя свой лабораторный источник питания, и ИС, которую я тестировал, начинала включать вентиль, как только резервный источник находился в пределах 20 мВ от внешнего источника.

VEXT — это внешний источник напряжения, а VREG — повышенное напряжение батареи.

Я использую разъем JST PH для выхода, так как я могу легко получить JST PH (или KR, который совместим) с разъемом типа «цилиндрический» для подключения к моему маршрутизатору.

Как я упоминал выше, внешнее входное напряжение должно быть как минимум на 20 мВ выше, чем напряжение резервного питания. Поэтому я не собираюсь строить стабилизатор на 12 В. Вместо этого я собираюсь построить стабилизатор на 11,75 В.Вы, вероятно, думаете: « Ну, это на 250 мВ ниже, чем выходное напряжение, конечно, вы можете сделать лучше, чем это? » Ну, я тоже так думал, но примерно через 10 минут игры с номиналами резисторов я решил, что 11,75 В было бы хорошо. довольно. Я использую Analog Devices LT8362 в качестве контроллера наддува, и у него есть обратная связь 1,6 В и вход блокировки пониженного напряжения, что немного нестандартно. Лучшее, что я мог получить без допусков на резисторы, приближающие меня к 11,98 В, было 11,75 В или 0,1% или 0.5% резисторов с приличными номиналами резисторов. Итак, я делаю стабилизатор на 11,75 В для резервного питания! Это также должно учитывать провал напряжения на входящем в комплект стабилизаторе постоянного и переменного тока и некоторый допуск на настенное питание.

Эта конструкция имитирует эффективность 95% при частоте коммутации 500 кГц. Я мог бы немного повысить эффективность, снизив частоту до минимальных 300 кГц, которые поддерживает устройство; однако катушка индуктивности становится слишком большой для моей целевой платы. Работа на более низкой частоте дает лишь небольшой выигрыш в эффективности, так что компромисс в пользу чуть меньшего размера стоит для меня.

У меня начальное значение блокировки при пониженном напряжении составляет 6,4 В, поэтому, когда элементы находятся в относительно низком, но все еще безопасном состоянии разряда, регулятор перестанет подавать питание. Я бы не хотел, чтобы ни одна из батарей опускалась ниже 2,9 В (серия 5,8 В), а 3,2 В считается безопасной точкой для разряда литий-ионной батареи. Батареи, которые я использую, не имеют встроенной защиты ячеек, поэтому очень важно автоматическое отключение регулятора, когда напряжение батареи достигает минимальной безопасной точки.

Я не стал отключать регулятор, когда присутствует внешний источник питания, а регулятор всегда включен и всегда готов к аварийному переключению.При тестировании конструкции стенда переключение с одного источника питания на другое происходило мгновенно и без падения напряжения даже при нагрузке 200 мА и отсутствии выходной емкости. Наличие постоянно включенного регулятора гарантирует, что ИБП будет готов за наносекунду принять на себя или дополнить внешний источник питания, если его напряжение начнет падать под нагрузкой. Поскольку аккумулятор постоянно заряжается при подключении внешнего источника питания, меня не беспокоит неэффективность включения регулятора без нагрузки.

У меня есть особое место, на котором я хочу поставить этот ИБП, поэтому я стараюсь сохранить дизайн размером 100 мм x 50 мм. Я мог легко обмануть и поместить батареи в нижнюю часть платы, что дало мне много места наверху для всех компонентов. Однако должен признать, что мне нравится внешний вид батарей и компонентов с одной стороны! Мне нравится делать макеты на компактных участках, это всегда интересная задача — разметить и развести, не жертвуя дизайном!

После некоторой игры я получил примерно разложенную доску, которая в основном имеет для меня смысл.Самая большая проблема — это относительно гигантская катушка индуктивности для стабилизатора 11,75 В. Компоновка регулятора определяется схемой расположения выводов ИС и необходимостью максимально уменьшить размер токовой петли, поэтому на самом деле существует только два способа размещения регулятора — как есть или повернутый на 180 градусов.

Мне не понравилось расположение микросхемы зарядного устройства напротив верхнего края платы; Там не так много места для медного радиатора. Я также понял, что батареи нужно поменять местами, чтобы положительный вывод был ближе всего к входу импульсного источника питания.Наличие регулятора напряжения между двумя ячейками улучшило расположение зарядного устройства и регулятора. Изначально у меня был положительный вывод к верхнему краю печатной платы, чтобы оптимизировать расстояние до зарядного устройства, которое я сначала разместил на плате. Однако это увеличило расстояние до регулятора напряжения и не обеспечило большой путь тока от положительного вывода до входа регулятора. Переставленная доска намного лучше, и я доволен ею.

Компонент под держателем батареи — это термистор NTC для прекращения зарядки, если батарея становится слишком горячим, или для очень медленной зарядки батареи, если элемент слишком холодный.Как я упоминал ранее в статье, это, вероятно, не будет слишком эффективной защитой. Он может распознавать только один элемент батареи и не имеет хорошего контакта даже для этой работы. При разработке схемы я размышлял, включать ли термистор или нет, но решил, что, вероятно, лучше иметь неэффективную защиту, а не ее вообще.

Я только добавляю грунт вокруг компонентов, нет причин заливать медью остальную часть платы, кроме как для удовлетворения производителя вашей платы (меньшее использование химикатов).В любом случае, это не будет иметь большого электрического значения для этой конструкции.

При полностью разводной конструкции пришлось не так много жертв, чтобы все уместилось. Плата достаточно длинна, чтобы в нее поместился регулятор напряжения, с приличной компоновкой и достаточным путем для отвода тепла.

Маршрутизация закончена, я только перетасовал компоненты и следил немного по кругу. Последнее, но важное изменение — это добавление переходных отверстий, которые помогают отводить тепло от нижней части платы к верхней и обеспечивать хороший путь тока.Зарядное устройство батареи нагревается при полном токе заряда, как и регулятор напряжения. Они оба относительно близки друг к другу, но меня это не беспокоит. Не должно быть момента, когда оба устройства генерируют тепло одновременно, так как либо батарея заряжается от внешнего источника питания, либо регулятор напряжения подает ток для работы подключенного устройства. Регулятор напряжения рассчитывает примерно 52 ° C (повышение температуры на 27 ° C) при полной нагрузке, что недостаточно для того, чтобы беспокоиться об изменении компоновки или обеспечении лучшего пути отвода тепла.

Думаю, плата выглядит неплохо — ячейки с зазором между ними для зарядного устройства выглядят лучше, чем я ожидал. Я счастлив назвать этот дизайн завершенным. Светодиоды зарядного устройства будут красивыми и хорошо видны по краю платы, а разъемы питания просты в использовании.

Несмотря на то, что он построен как автономный источник бесперебойного питания, вы можете использовать концепции этой конструкции для обеспечения возможности резервного питания от батареи для ваших собственных устройств. Файлы дизайна имеют открытый исходный код и доступны на GitHub, как упоминалось в начале статьи.С некоторыми небольшими изменениями компонентов эта конструкция может быть адаптирована для обеспечения более высокого выходного тока или другого выходного напряжения в соответствии с требованиями вашего собственного проекта.

LTC4414 — очень интересная ИС, безусловно, самая универсальная ИС контроллера ИЛИ / Контроллера идеального диода, на которую я смотрел в последние годы. Я с нетерпением жду возможности попробовать это с некоторыми другими конфигурациями в будущих проектах. Техническое описание представляет собой интересное чтение с широким спектром представленных приложений.

Есть еще вопросы? Вызовите специалиста Altium.

DIY UPS для WiFi-роутера

В мире уже около 50 миллиардов подключенных к Интернету устройств. Следовательно, подключение к Интернету является основой для управления этим быстро меняющимся миром. Все, от финансового рынка до телемедицины, зависит от Интернета. Молодое поколение, такое как мы, может какое-то время выжить без еды, но не может без надлежащего высокоскоростного подключения к Интернету. Скорость Интернета в развивающихся странах все еще растет, поскольку для подключения к 7 миллиардам населения требуется огромная телекоммуникационная инфраструктура.

В развивающихся странах, таких как Индия, отключение электроэнергии является обычным явлением. Но в настоящее время в связи с прорывом COVID-19 почти весь рабочий класс из его 1,3 миллиарда населения работает из дома, поскольку социальное дистанцирование очень важно для предотвращения распространения вируса. Но когда мы сталкиваемся с частыми отключениями электроэнергии, наш интернет находится под угрозой, поскольку модем WiFi выходит из строя. Но эти ADSL-маршрутизаторы получают входные данные от телекоммуникационной линии или оптоволокна, которое будет иметь питание даже во время отключения электроэнергии, поскольку их устройства имеют резервные копии. Простым решением этой проблемы является разработка онлайн-системы ИБП для маршрутизаторов, которая может напрямую переключаться на питание от батареи в случае отключения электроэнергии.

Наши цели проектирования:

1. Выходное напряжение 12 В

2. Литий-ионные батареи (предпочтительно 18650, так как они имеют самую высокую плотность энергии в своем классе)

3. Время автономной работы не менее 1 часа.

Расходные материалы:

1. 18650 батарей — 3 (3400 мАч, 3,7 В) [Я извлек из старого ноутбука аккумулятор, вы также можете сделать это, если у вас есть o]

2.Схема балансировки аккумулятора (одного 3S 10A более чем достаточно)

3. Разъем 2,1 мм, вилка и розетка

4. 3D-принтер для печати корпуса

Шаг 1: Разработка корпуса

Для безопасного и надежного размещения этих аккумуляторов 18650 нам понадобится футляр. Я построил свой 3D-принтер 3 года назад, который удовлетворяет все мои потребности в оболочке. Я использовал tinkercad.com, чтобы спроектировать простой корпус, имеющий необходимые размеры для размещения 3 ячеек 18650, схемы балансировки батареи и разъема 2,1 мм. Я разработал его для батарей 3S 18650, если вам нужно больше времени автономной работы для различных приложений, вы можете спроектировать его для большей батареи, изменив высоту по оси Z.

Я дал отверстия для винта M3. Вы можете изменить это в соответствии с вашими требованиями.

Вот ссылка на репозиторий Thingiverse: https://www.thingiverse.com/thing:4254213

Шаг 2: Извлечение ячеек из старых аккумуляторов ноутбуков

ВНИМАНИЕ !!!! Этот процесс опасен, поскольку вы имеете дело с литий-ионными аккумуляторами. Для вашей безопасности используйте необходимые средства защиты.

Начните с одной стороны аккумулятора с помощью плоского инструмента, такого как скальпель или плоская отвертка, и попытайтесь поднять его с одной стороны.Равномерно приложите усилие, медленно продвигаясь вперед с помощью отвертки, и откройте пластиковый корпус. Как только вы сможете снять чехол, вас встретит аккумулятор 18650.

Используйте пластырь, чтобы аккуратно удалить соединения между ними. Измерьте их напряжения мультиметром.

Если показание меньше 3В, он не подлежит ремонту. Из-за этих типов ячеек только вся аккумуляторная батарея не сможет выдержать требуемую энергию. Следовательно, вы можете повторно использовать все другие хорошие батареи, показания которых превышают 3 В.

Шаг 3. Изготовление аккумуляторной батареи

В зависимости от ваших требований вы также можете сделать аккумулятор большего размера. Здесь я просто использую 3 ячейки, чтобы сделать портативный аккумулятор, который может обеспечить 12,6 В при емкости 2700 мАч. Как я вывел его 2700mAh?

Вот расчет.

На аккумуляторной батарее ноутбука была напечатана этикетка с надписью «90 Вт-ч» (да, это был игровой ноутбук Dell XPS 15). Мне удалось восстановить 9 ячеек. 3 ячейки, соединенные последовательно, дадут 11,1 В, а 3 из этих батарей параллельно.Следовательно,

90 Втч / (11,1 * 3) = 2,7 Ач

Следовательно, если мы построим аккумуляторную батарею из 3 последовательно соединенных ячеек, она будет иметь емкость 2700 мАч при 11,1 В

, т.е. 30 Втч. Этого достаточно для работы мой маршрутизатор ADSL 24 Вт на 75 минут.

Если у вас обычный маршрутизатор, то есть на 6 Вт (12 В при 500 мА), то он проработает 5 часов. Это много в чрезвычайное время.

Итак, посчитайте и стройте в соответствии с вашими требованиями.

Шаг 4. Подключите все и разверните

Теперь подключите все по схемам.Здесь вы можете заметить, что положительный вывод каждой ячейки подключен к цепи балансира, чтобы обеспечить надлежащую балансировку батареи во время зарядки и разрядки. Это все равно, что иметь входные трубы одинакового диаметра для всех 3 резервуаров для воды, чтобы наполнять и опорожнять их с одинаковой скоростью.

Припаяйте все согласно схемам и с помощью горячего клея закрепите гнездо 2,1 мм внутри корпуса, напечатанного на 3D-принтере. Затем вытащите штекерный разъем 2,1 мм для подключения к маршрутизатору. Закрепите крышку винтами M3,

Работа: В нормальных условиях аккумулятор заряжается через цепь балансира от сетевого адаптера, а адаптер питает маршрутизатор.

Когда нет питания, появляется ИБП и запускает маршрутизатор без каких-либо задержек. Это безопасный и чистый способ утилизации старого аккумулятора ноутбука. Если вы считаете, что это полезно, пожалуйста, дайте мне большой палец вверх.

Не выбрасывайте неисправный ИБП. Ремонт источников бесперебойного питания

Используете ли вы ИБП (источник бесперебойного питания)? Они находятся в пределах бюджета небольшого офиса и домашних пользователей, и эти главные советы по обслуживанию показывают, как сохранить их работоспособность.

В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с разными типами проблем и также расстраиваемся из-за каждой из них.Иногда мы теряем деньги просто из-за недостатка знаний. Сегодня мы расскажем вам о хитрости, которая подарит вторую жизнь вашему компьютерному ИБП, а также сэкономит ваши деньги.

Это очень простой трюк, который может попробовать дома любой человек с элементарным электронным чутьем. С помощью этой уловки можно отремонтировать 90% ИБП компьютера в домашних условиях.

Не бросайте ИБП, просто следуйте нашему пошаговому руководству, чтобы вернуть его. Если вы подумываете пойти в мастерскую по ремонту компьютеров, то большинство из них предложит вам купить новый ИБП, потому что они хотят получить такого нового клиента, как вы.Но меня это не убеждает. Вы можете самостоятельно отремонтировать ИБП своего компьютера.

Обычно срок службы любого ИБП составляет один или два года. В большинстве случаев батарея ИБП выходит из строя по истечении этого периода. Так что вам не нужно беспокоиться о своем ИБП. ИБП в порядке, сконцентрируйтесь на батарее.

Что делать с аккумулятором ИБП

Мы уже знаем, что наша система ИБП в порядке, но основная проблема — это аккумулятор. Решение очень простое — заменить старую батарею на новую.Большинство конфигураций батарей ИБП: от 12 В 7 Ач до 12 В 7,2 Ач. Убедитесь, что ваша новая батарея не разряжена, иначе она не будет работать.

Обычно батареи ИБП представляют собой свинцово-кислотные батареи, и новый ИБП обойдется вам в 50 долларов, но цена батареи для ИБП составляет всего 15 долларов. Вы можете купить батарею ИБП в любом магазине электроники.

Как заменить старую батарею ИБП

Откройте корпус ИБП

Давайте откроем все винты на задней стороне ИБП и просто осторожно откроем крышку ИБП.

Теперь просто посмотрите предохранитель ИБП. Иногда поврежденный предохранитель может быть причиной того, что ИБП не работает. Если вы обнаружите, что предохранитель поврежден, просто замените его новым.

Обычно емкость предохранителя может составлять 5А или 3А или что-то подобное, и вы можете получить его в любом магазине электрооборудования.

Подготовьте новую батарею к замене

Измеряя напряжение, вы можете убедиться, что ваша новая батарея в порядке. Если у вас нет считывателя напряжения, не беспокойтесь, покупая новую батарею, проверьте показания напряжения батареи в магазине электротоваров.

Отключите старую батарею от ИБП

Пришло время отключить старую поврежденную батарею от ИБП.

Как видите, к батарее подключены два кабеля. Один красный по цвету, а другой черный по цвету. Красный кабель предназначен для положительного электричества, а черный — для отрицательного электричества.

Просто осторожно отсоедините эти кабели рукой. Перед этим убедитесь, что ваш ИБП не подключен к электросети.

Замените новую батарею на то же место

Вы почти закончили, просто замените новую батарею в том же месте. Просто сначала удалите старую батарею.

Замените новую батарею в том же месте и подсоедините красный кабель к красной клемме и черный кабель к черной клемме.

Закройте крышку и нажмите кнопку включения

Закройте его снова и нажмите кнопку питания, ваш ИБП заработает!

Скорее всего, вы собирались выбросить этот ИБП, но с помощью этой простой уловки вы не только сэкономите деньги, но и получите творческое удовольствие.


Автор Биография: Ванда Гривз — соучредитель BatteryChargersExpert.com — веб-сайта, который помогает людям находить, использовать и делать что угодно с их батареями, зарядными устройствами или соответствующими электрическими устройствами.

Как собрать ИБП с герметичными зарядными устройствами для свинцово-кислотных аккумуляторов (SLA)

Очевидно, что ток, потребляемый схемой приложения, должен быть меньше максимального выходного тока зарядного устройства.
В противном случае для подзарядки аккумулятора не останется тока.Кроме того, схема приложения должна быть способна принимать весь диапазон напряжений зарядного устройства.
Например, при комнатной температуре напряжение аккумулятора может достигать 15 В (для системы 12 В) во время зарядки.
При очень низких температурах напряжение может быть выше.
Для получения более подробной информации обратитесь к паспорту электрических характеристик отдельного зарядного устройства.

Очень важным аспектом является то, насколько глубокой может быть разряд аккумулятора во время отключения электроэнергии.
Аккумулятор 12 В не должен разряжаться ниже 10.8В (напряжение холостого хода).
Значительно ниже этого напряжения батарея начинает портиться.
Если позволить аккумулятору полностью разрядиться, его рейтинг в Ач значительно снизится или аккумулятор может полностью выйти из строя.

Использование зарядного устройства, которое автоматически отключает аккумулятор при уровне 10,8 В, стоит немного дороже.
Однако он может оплатить дополнительные расходы при первом отключении батареи, которая разряжена до слишком низкого напряжения.
Зарядное устройство Ibex L12BD-1.5 / 115AC является примером.

Время перезарядки аккумулятора будет зависеть от номинальной емкости аккумулятора в ампер-часах и величины зарядного тока, оставшегося в цепи приложения.
В другом примечании к применению обсуждается время зарядки аккумулятора.

На следующем рисунке показан возможный способ подключения зарядного устройства и источника питания к нагрузке.
Это позволяет использовать небольшое зарядное устройство, единственная обязанность которого — поддерживать заряд аккумулятора.
Источник питания используется для питания нагрузки при включенном основном источнике переменного тока.Этот метод может быть менее затратным, чем использование большого зарядного устройства при питании большой нагрузки.

Однако у этого метода есть одно предостережение.
Напряжение источника питания должно быть не ниже максимального выходного напряжения зарядного устройства.
При комнатной температуре и выше напряжение зарядного устройства будет 15 В или меньше (система 12 В).
При -40 ° C напряжение может достигать 16 В.
Если напряжение источника питания слишком низкое, нагрузка может ограничить выход зарядного устройства при слишком низком напряжении для достаточной зарядки аккумулятора.

Выпрямитель, включенный последовательно с источником питания, можно не устанавливать, если обратный ток, потребляемый источником (от батареи), находится на приемлемом уровне.
Рекомендуется использовать выпрямители Шоттки, так как они имеют гораздо меньшее падение напряжения, чем стандартные выпрямители.

Создайте ИБП Smart Raspberry Pi на Arduino

Ниже приводится руководство по созданию интеллектуального источника бесперебойного питания (ИБП) своими руками для Raspberry Pi или аналогичных одноплатных компьютеров.Он обеспечивает резервное питание и обеспечивает безопасное отключение системы при сбое питания.

Назначение ИБП — обеспечить сервер Raspberry Pi резервным питанием в случае сбоя в электросети. Raspberry Pi периодически считывает состояние ИБП через USB-порт на последовательный интерфейс, регистрирует события сбоя питания и инициирует безопасное завершение работы системы, если в ИБП заканчивается заряд батареи.

Это устройство подходит для любого одноплатного компьютера, работающего от 5 Вольт максимум 2.5 Ампер потребляемого тока.

Предупреждение: в этом проекте реализовано программное обеспечение для зарядного устройства литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные батареи представляют собой опасные устройства. Перезарядка, короткое замыкание или иное неправильное использование литий-ионных батарей может привести к пожару и / или сильному взрыву. Автор этой страницы не несет никакой ответственности и не может нести ответственность за любой ущерб, причиненный людям или имуществу из-за неправильного обращения с литий-ионными батареями. Имейте в виду, что текущая конструкция не была сертифицирована по безопасности, следовательно, она не подходит для коммерческих приложений и должна быть реализована на ваш страх и риск.И последнее, но не менее важное: обязательно оборудовать литий-ионную батарею специальной стандартной схемой защиты батареи.

Теория работы

ИБП построен на базе совместимой с Arduino Pro Mini платы с микроконтроллером ATmega328P. Резервная батарея состоит из двух литий-ионных (Li-Ion) ячеек 18650, соединенных параллельно. Каждая из ячеек защищена от перезаряда и чрезмерной разрядки специальной схемой защиты аккумулятора. Очень эффективный повышающий преобразователь постоянного тока используется для преобразования напряжения батареи в диапазоне примерно 2.5 В и 4,2 В до 5 В, необходимых для Raspberry Pi и его периферийных устройств.

Raspberry Pi обменивается данными с ИБП через виртуальный последовательный порт, предоставляемый преобразователем USB в последовательный. Последовательный порт используется Raspberry Pi для отправки текстовых сообщений через интерфейс командной строки (CLI) и для загрузки прошивки в ИБП. Скрипт Python ups.py , запущенный на Raspberry Pi, периодически опрашивает ИБП, чтобы получить состояние системы и записать последнее в журнал событий.

Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов, реализованное в программном обеспечении на Arduino, обеспечивает непрерывную зарядку аккумулятора, ограничивая его максимальное напряжение, чтобы продлить срок службы аккумулятора.

Конечный автомат

Бизнес-логика ИБП реализована в виде конечного автомата, состояния которого показаны в таблице ниже.

Состояние Описание
INIT Состояние инициализации, выполняемое при начальной загрузке
EXTERNAL Rasp.
АККУМУЛЯТОР Питание от аккумулятора подается на Raspberry Pi.
ОШИБКА Состояние ошибки из-за очень низкого напряжения батареи, неисправного преобразователя постоянного тока в постоянный или ошибки проверки CRC EEPROM. Выбрано внешнее питание, и зарядка аккумулятора отключена.
КАЛИБРОВКА Режим калибровки, в котором выбрано внешнее питание и отключена зарядка аккумулятора. Этот режим используется как часть процедуры калибровки, описанной далее в этой статье.

Arduino отслеживает следующие метрики для выбора соответствующего состояния:

  • : напряжение внешнего источника питания
  • : напряжение на выходе DC-DC преобразователя
  • : напряжение батареи

На рисунке ниже показана диаграмма конечного автомата устройства ИБП.

При запуске ИБП считывает данные калибровки из EEPROM, проверяет контрольную сумму CRC и переходит в состояние INIT , где он некоторое время ожидает стабилизации показаний аналого-цифрового преобразователя (АЦП).По истечении начальной задержки устройство переходит в состояние ВНЕШНИЙ, и остается во время нормальной работы.

используется для переключения между состояниями EXTERNAL и BATTERY . Питание от батареи выбирается, как только падает ниже 4,9 В. Внешнее питание восстанавливается, когда оно остается стабильным выше 4,9 В в течение 1 секунды.

ИБП постоянно измеряет и вычисляет состояние зарядки аккумулятора и сообщает о состоянии ошибки, если одно из этих напряжений падает ниже заданного порогового значения.Поскольку могут возникнуть следующие условия ошибки:

  • Ошибка батареи (код ошибки 1): эта ошибка регистрируется всякий раз, когда напряжение батареи падает ниже 2,4 В. Это состояние ошибки сбрасывается, если напряжение батареи возвращается в норму, например после повторного включения перемычки отсечки аккумулятора.
  • Ошибка преобразователя постоянного тока в постоянный (код ошибки 2): эта ошибка регистрируется всякий раз, когда выходное напряжение преобразователя постоянного тока падает ниже 4,9 В. Это состояние ошибки сбрасывается, когда выходное напряжение преобразователя постоянного тока возвращается в норму.
  • Ошибка CRC (код ошибки 128): неудачная проверка CRC во время состояния INIT. Это состояние ошибки сбрасывается при перезагрузке.

Состояние ОШИБКА может быть введено только из состояний INIT или EXTERNAL . Если состояние ошибки возникает во время состояния BATTERY или CALIBRATE , код ошибки будет сохранен, и будет введено состояние ERROR , как только ИБП вернется в состояние EXTERNAL .

Коды ошибок очищаются только после того, как событие ошибки было зарегистрировано Raspberry Pi, это гарантирует, что прерывистые ошибки всегда фиксируются в системном журнале.

Если одновременно возникает более одной ошибки, результирующий код ошибки будет равен сумме индивидуальных кодов ошибок.

Состояние CALIBRATE может быть включено пользователем вручную. В этом состоянии ИБП включает внешнее питание и отключает зарядку аккумулятора. Вход в это состояние требуется до калибровки показаний, и.Состояние CALIBRATE доступно только из состояний EXTERNAL и ERROR .

Зарядное устройство

Зарядное устройство упрощенной версии конструкции описано в следующей статье: https://www.microfarad.de/li-charger/.

Логика зарядки с постоянным током и постоянным напряжением (CC-CV) реализована в программном обеспечении, в то время как Arduino управляет затвором P-канального MOSFET с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM), чтобы регулировать напряжение и ток батареи.

Напряжение и ток батареи в реальном времени вычисляются следующим образом:

  • (напрямую измеряется АЦП)

Где — напряжение внешнего источника питания, — это падение напряжения на диоде Шоттки, подключенном последовательно с батареей (обычно около 150 мВ), — это номинал шунтирующего резистора подключены последовательно, и это рабочий цикл ШИМ (в диапазоне от 0 до 255). Более подробную информацию см. На принципиальной схеме.

На следующем рисунке показан конечный автомат зарядного устройства.

Зарядка начинается, когда оно находится в допустимом диапазоне от 2,2 В до 4,1 В. Обратите внимание, что из-за наличия схемы защиты аккумулятора зарядное устройство может видеть напряжение, которое ниже минимального предела для химического состава литий-ионных аккумуляторов (обычно 2,5 V). Таким образом, было выбрано очень низкое значение 2,2 В.

Если ниже 2,8 В, зарядка будет выполняться с пониженным зарядным током до 2.Достигнут порог 8 В. В противном случае зарядка будет происходить с заданным током.

По достижении максимального значения 4,15 В постепенно снижается для поддержания постоянного напряжения. Зарядка прекращается, если ток остается ниже 150 мА в течение 20 секунд. Обратите внимание, что для компенсации неточности измерения исходный код прошивки определяет более высокое значение тока окончания заряда. Также обратите внимание на пониженное максимальное напряжение 4,15 В по сравнению с типичным 4,20 В для литий-ионного элемента, направленное на продление срока службы батареи.

Зарядка будет немедленно прекращена, если внезапно поднимется выше 5,25 В. Это может произойти, если аккумулятор отключится во время зарядки.

Оборудование

В следующих разделах описывается аппаратное обеспечение устройства ИБП.

Механическая конструкция

ИБП спроектирован вокруг стандартного пластикового корпуса типа «RND 455-00889» размером 111,3 x 75 x 25,2 мм. Как показано на рисунке ниже, этот корпус идеально подходит для пары литий-ионных элементов 18650 и печатной платы.Кроме того, размер этого корпуса почти соответствует площади стандартного 2,5-дюймового жесткого диска USB; Это дает нам возможность установить жесткий диск USB поверх ИБП.

На рисунке выше показаны следующие основные компоненты:

  • Две литий-ионные аккумуляторные батареи 18650: силиконовые кабели (красный и черный) 2-миллиметровые золотые разъемы (красная пластиковая деталь на одной линии с кабелями) использовались для соединения аккумулятора с основной платой.Разъем позволяет заменять аккумулятор без отключения питания Raspberry Pi. Термостойкая каптоновая лента использовалась для скрепления аккумуляторного блока и изоляции его клемм.
  • Две схемы защиты аккумулятора: два черных выступающих устройства на верхней части аккумуляторных элементов, каждое из которых подключено к положительному полюсу длинной металлической полосой, изолированной с помощью каптоновой ленты
  • Преобразователь постоянного тока в постоянный: меньший синий устройство на верхней части печатной платы
  • Преобразователь USB в последовательный порт: красное устройство на печатной плате
  • Arduino Pro Mini: большее синее устройство на печатной плате

Далее следующие элементы были выровнены вверх по направлению к задней части корпуса, чтобы сделать их доступными для пользователя (справа на картинке выше сверху вниз):

  • Перемычка отключения аккумулятора: пользователь может удалить эту перемычку, чтобы полностью выключить устройство (после отключения внешнего источника питания).
  • Порт Mini USB преобразователя USB в последовательный: для подключения к одному из USB-портов Raspberry Pi
  • Винтовая клеммная колодка: для внешнего источника питания, жесткого диска и линий питания Raspberry Pi

Следующие изображения покажите устройство ИБП с разных сторон (щелкните, чтобы увеличить).

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Стандартный модуль преобразователя постоянного тока, показанный на рисунке ниже, использовался для преобразования напряжения литий-ионного аккумулятора в 5 В, необходимое для питания Raspberry Pi и его периферийных устройств.

Это устройство основано на микросхеме G5177 и может выдерживать выходной ток до 3 А.

Микросхема G5177 была специально создана для повышения напряжения одноэлементной литий-ионной батареи и имеет идеальные характеристики для применения в ИБП. Ниже приведено техническое описание этой микросхемы IC:

.

Ниже приводится краткое изложение его наиболее важных характеристик:

  • Он может легко справиться с максимальным током 2,5 А, необходимым для Raspberry Pi и подключенных жестких дисков USB.
  • Он имеет очень низкий ток покоя менее 100 мкА. Таким образом, он может всегда оставаться подключенным к батарее, не вызывая значительной разрядки.
  • Он выдает стабильное 5,3 В для широкого диапазона входных напряжений, что делает его идеальным для питания Raspberry Pi без активации предупреждения о низком заряде батареи.
  • Имеет довольно неплохой КПД.

Схема защиты аккумулятора

Обязательно используйте схему защиты литий-ионной аккумуляторной батареи, чтобы избежать случайного перезаряда или чрезмерной разрядки, которые могут привести к катастрофическому отказу, сильному взрыву и пожару.

Платы защиты аккумуляторных батарей легко доступны и бывают разных форм и размеров. Конкретное устройство, которое использовалось в этом проекте, показано на рисунке ниже.

Это устройство предназначено для защиты одной ячейки 18650 и рассчитано на ток до 5 А.

Два из этих модулей были использованы в реализации ИБП, по одному для каждой из литий-ионных ячеек, что привело к общей токовой нагрузке 10 А, что достаточно для этого приложения.

Схема защиты аккумулятора подключается последовательно с отрицательной клеммой литий-ионного элемента. Он постоянно измеряет напряжение и ток батареи и автоматически отключает отрицательную клемму, если один из параметров выходит за допустимые пределы.

Устройство имеет следующие 3 клеммы, как показано на рисунке выше:

  • + B / + P : подключается к положительным клеммам батареи и нагрузки
  • -B: подключается к отрицательной клемме батареи
  • -P : подключается к отрицательной клемме нагрузки

Схема соединений

Ниже приведена принципиальная схема устройства ИБП.Основные подсистемы ИБП описаны в следующих разделах.

Принципиальная схема ИБП Raspberry Pi (нажмите, чтобы увеличить)

В следующих разделах более подробно описаны различные подсистемы ИБП.

Микроконтроллер

Центральный процессор ИБП состоит из платы, совместимой с Arduino Pro Mini U5 с микроконтроллером ATmega328P 16 МГц.

Arduino измеряет напряжения и на его аналоговых выводах A0 , A2 и A3 .Три делителя напряжения, построенные на основе R1 R6 , используются для понижения измеренных напряжений, чтобы они соответствовали диапазону от 0 до 1,1 В, ожидаемому входами аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Конденсаторы C5 , C6 и C7 предназначены для обеспечения более плавных показаний АЦП за счет снижения высокочастотного шума на входах АЦП.

Arduino управляет воротами переключателя питания MOSFETS Q2 , Q3 и Q4 с помощью цифровых контактов 5, 7 и 9.Цепь зарядного устройства приводится в действие цифровым контактом 3 с включенной ШИМ. Светодиодный индикатор состояния подключен к цифровому контакту 2.

Преобразователь USB в последовательный

FTDI FT232 Преобразователь USB в последовательный порт U4 служит интерфейсом между Raspberry Pi и Arduino. Также можно было бы использовать Arduino Nano со встроенным преобразователем USB в последовательный порт, однако важно выбрать версию с чипсетом FTDI, поскольку она не требует каких-либо дополнительных драйверов в большинстве текущих операционных систем.

Контакты Tx и Rx преобразователя USB в последовательный порт подключены к своим соответствующим аналогам на Arduino. Вывод DTR подключается к выводу сброса Arduino через конденсатор 100 нФ C8 , чтобы гарантировать, что Arduino правильно перезагружается перед загрузкой прошивки.

Аккумулятор

Батарея состоит из двух литий-ионных элементов 18650 BT1 и BT2 . Каждая из ячеек подключена через специальную плату защиты батареи ( U1 и U3 ).

Перемычка JP1 используется для отключения положительной клеммы аккумулятора от остальной цепи. Пользователь может полностью отключить ИБП, отключив внешний источник питания и сняв эту перемычку.

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Модуль преобразователя постоянного тока U2 используется для повышения напряжения литий-ионной батареи в диапазоне от 2,5 В до 4,2 В до 5 В, необходимых для питания Raspberry Pi и его жестких дисков.

Эта конкретная модель (основанная на микросхеме G5177) потребляет очень низкий ток покоя, менее 100 мкА, на холостом ходу.Таким образом, он может оставаться включенным все время, не теряя при этом значительного количества энергии. Постоянное включение преобразователя постоянного тока в постоянный необходимо для минимизации периода падения напряжения при переходе от внешнего источника питания к питанию от батареи.

Выключатель питания

Сердцем ИБП является выключатель питания, построенный на базе полевых МОП-транзисторов IRLML2244 с P-каналом Q2 , Q3 и Q4 . Полевые МОП-транзисторы были выбраны из-за их очень низкого сопротивления сток-исток в открытом состоянии, что гарантирует, что напряжение внешнего источника питания достигнет Raspberry Pi без каких-либо значительных падений.Ток стока этих полевых МОП-транзисторов составляет 4,3 А, что более чем достаточно для этого приложения.

Q3 отвечает за переключение напряжения внешнего источника питания. Он имеет понижающий резистор R12 , подключенный к его затвору, чтобы гарантировать, что полевой МОП-транзистор включен по умолчанию, если нет сигнала, поступающего от Arduino. Этот полевой МОП-транзистор обычно получает питание в обратном направлении, тогда как ток течет от стока к истоку, который подключен к шине питания +5 В .

Q4 отвечает за переключение выходного напряжения DC-DC преобразователя. Он имеет подтягивающий резистор R10 , подключенный к его затвору, который обеспечивает отключение полевого МОП-транзистора по умолчанию, если от Arduino не поступает сигнал. На этот полевой МОП-транзистор обычно подается питание в обратном направлении, и его вывод истока подключен к шине питания +5 В .

Q2 отвечает за сброс Arduino после выключения системы. Этот МОП-транзистор имеет понижающий резистор R11 , подключенный к его затвору.Он остается включенным большую часть времени и может быть отключен Arduino на короткое время, если Raspberry Pi необходимо перезапустить после завершения работы системы. Чтобы уменьшить ток стока и результирующее падение напряжения, только Raspberry Pi получает питание через этот полевой МОП-транзистор, в то время как жесткие диски напрямую питаются от шины питания +5 В .

Если на цифровых выходных контактах Arduino нет сигналов, переключатель питания настроен таким образом, что по умолчанию к Raspberry Pi подключается внешнее питание.ИБП переключается на питание от батареи, когда Arduino выключает Q3 и Q4 , применяя высокий и низкий логические уровни на соответствующих вентилях.

В редких случаях, когда внешнее питание теряется, когда Arduino не работает должным образом, собственный диод внутри MOSFET Q4 гарантирует, что он все равно достигнет Raspberry Pi, хотя и уменьшится на величину падения напряжения на диоде. То же самое относится к случаю, когда ИБП застревает в состоянии питания от батареи при наличии внешнего источника питания; собственный диод Q3 будет проводить внешнее питание.Однако эти отказобезопасные режимы имеют свои ограничения из-за ограниченной токовой нагрузки собственных диодов MOSFET. Хотя этого должно хватить для устранения короткого промежутка при переключении между внешним питанием и питанием от аккумулятора.

Зарядное устройство

Зарядное устройство для аккумулятора имеет простую конструкцию с ШИМ, построенную на базе полевого МОП-транзистора IRLML2244 Q1 , аналогичного зарядному устройству для литий-ионных аккумуляторов, описанному в этой статье.

Шунтирующий резистор R13 требуется для измерения зарядного тока и ограничения пускового тока во время фазы включения ШИМ.Диод Шоттки D2 предотвращает подачу энергии батареи обратно во внешний источник питания через собственный диод полевого МОП-транзистора.

Подтягивающий резистор R9 предотвращает самопроизвольное включение полевого МОП-транзистора при отсутствии сигнала затвора.

Затворный резистор R8 предназначен для предотвращения протекания очень сильных пиков тока через емкость затвора полевого МОП-транзистора и уменьшения возникающих электромагнитных помех (EMI).

Конденсаторы фильтра

Чтобы уменьшить пульсации источника питания из-за переключения ШИМ зарядного устройства, шума преобразователя постоянного тока и резонатора Arduino на 16 МГц. После проб и ошибок измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа были добавлены следующие конденсаторы фильтра:

  • Многослойные керамические конденсаторы 220 нФ C1 , C2 , C4 и C9 были установлены через выходы питания Raspberry Pi и жесткого диска, выход преобразователя постоянного тока и вывод VCC Arduino.
  • Электролитический конденсатор 1000 мкФ с низким ESR C10 был установлен на шине питания +5 В .
  • Электролитический конденсатор с низким ESR, 47 мкФ C3 был установлен на выходе питания Raspberry Pi.

Обратите внимание, что один или несколько индукторов можно было бы использовать для дальнейшего уменьшения электромагнитных помех и пульсаций источника питания, однако от этой идеи отказались из-за нехватки места на печатной плате.

Схема расположения печатной платы

Комбинация компонентов для сквозных отверстий и SMD установлена ​​на печатной плате.На рисунках ниже показаны верхняя и нижняя стороны основной печатной платы (щелкните, чтобы увеличить).

На верхнем рисунке компоновки можно увидеть следующие основные компоненты и их расположение:

  • DC-DC преобразователь: меньшая синяя печатная плата
  • USB-последовательный преобразователь: красная печатная плата
  • Arduino Pro Mini: большая синяя печатная плата
  • Выключатель питания Дочерняя плата MOSFET: серая печатная плата установлена ​​вертикально на правая сторона с 3 черными SMD-компонентами
  • Перемычка отключения аккумулятора: левый верхний угол
  • Зарядное устройство: два зеленых резистора и диод в верхнем левом углу (два 0.Последовательные резисторы 47 Ом вместо 1 Ом)
  • Делители напряжения АЦП: синие вертикальные резисторы под преобразователем USB в последовательный
  • Винтовая клеммная колодка: зеленая часть в правом верхнем углу

Следующие части могут быть на нижнем рисунке макета:

  • 4 Конденсаторы фильтра 220 нФ
  • MOSFET зарядного устройства и его подтягивающий резистор затвора: два черных SMD-компонента в правом верхнем углу изображения

В следующей таблице показано обозначение контактов винтовой клеммной колодки.В то время как контакт 1 — это крайний левый контакт на картинке выше.

4

Клемма Назначение
1 (слева) Внешний источник питания +
2 Внешний источник питания —
3 9044

4 Питание жесткого диска +
5 Питание Raspberry Pi +
6 (справа) Питание Raspberry Pi —

Пользовательский интерфейс

В следующих разделах описывается пользовательский интерфейс ИБП Raspberry Pi (RPi).Он состоит из светодиодного индикатора и интерфейса командной строки (CLI).

Светодиодный индикатор

Состояние ИБП отображается с помощью одного светодиодного индикатора. В следующей таблице показаны схемы мигания светодиодов и их соответствующие значения.

Шаблон мигания Значение
Мигает дважды
— Период: от 5 до 6 с
— Продолжительность включения: 100 мс
Состояние: ВНЕШНЕЕ
— ИБП готов
— сценарий Python работает на RPi
— Нормальная работа
Мигает один раз
— Период: 10 с
— Продолжительность работы: 100 мс
Состояние: ВНЕШНИЙ
— Внешнее питание
— ИБП включен готов
— Сценарий Python не запущен
— Нет регистрации событий
— Нет безопасного выключения
Всегда включен Состояние: БАТАРЕЯ
— Заряд аккумулятора
— осталось 100% заряда
Мигает один раз
— Период : 1 с
— Продолжительность работы: 750 мс
Состояние: БАТАРЕЯ
— Питание от аккумулятора
— Осталось 75% емкости
Мигает один раз
— Период: 1 с
— Горит d время: 500 мс
Состояние: БАТАРЕЯ
— Заряд батареи
— осталось 50% емкости
Мигает один раз
— Период: 1 с
— Продолжительность работы: 250 мс
Состояние: БАТАРЕЯ
— Аккумулятор мощность
— осталось 25% заряда
быстро мигает
— Период: 200 мс
— Продолжительность работы: 100 мс
Состояние: БАТАРЕЯ
— Питание от аккумулятора
— осталось 0% емкости
— RPi отключится
Быстро мигает
— Период: 400 мс
— Продолжительность работы: 200 мс
Состояние: ОШИБКА
— Системная ошибка
— Батарея отключена
Быстро мигает
— Период: 100 мс
— Продолжительность работы: 50 мс
Состояния: ВНЕШНИЙ БАТАРЕЯ ОШИБКА
— Ожидание выключения RPi
Мигает один раз
— Период: 2 с
— Продолжительность работы: 500 мс
Состояние: 9 0419 CALIBRATE
— Режим калибровки
— Батарея отключена

Интерфейс командной строки

Этот ИБП оснащен интерфейсом командной строки (CLI), к которому можно получить доступ через последовательный порт Arduino.Самый простой способ подключиться к CLI — открыть последовательный монитор Arduino IDE при подключении к зарядному устройству. Убедитесь, что для скорости передачи установлено значение 19200.

После запуска ИБП отобразит приветственное сообщение на последовательном мониторе и покажет текущую версию прошивки. На этом этапе ИБП готов принять одну из команд интерфейса командной строки, перечисленных в таблице ниже.

Некоторым из этих команд CLI необходимо предоставить аргументы. Таким образом, нужно ввести команду, за которой следует один или два аргумента, разделенных пробелом.

Команда Описание
h Справка — показывает список доступных команд
stat Выводит краткую информацию о состоянии системы. Эта команда периодически отправляется RPi, и полученные результаты записываются в системный журнал.
status Распечатывает подробное многострочное состояние системы.Помимо краткого состояния, вывод содержит значения,, и рабочий цикл ШИМ зарядного устройства.
rom Печатает значения калибровки, хранящиеся в EEPROM. Выходные данные содержат константы калибровки напряжения, а также значения для и.
остановка [прерывание] Запускает завершение работы системы. Как только оставшаяся емкость батареи достигает 0%, RPi отправляет эту команду, чтобы сообщить ИБП, что он собирается отключиться.Затем ИБП будут ждать 60 с, а затем отключат питание от RPi, пока не станет доступно внешнее питание. Отправка halt abort отменит последовательность выключения.
test [abort] Активирует тестовый режим ИБП, имитирующий потерю внешнего питания. Тестовый режим завершается отправкой команды test abort .
rshunt Устанавливает номинал шунтирующего резистора R13 . <мОм> — значение сопротивления в миллиомах.
vdiode Устанавливает падение напряжения на диоде Шоттки D2 . <мВ> — значение падения напряжения в милливольтах.
кал <начало | стоп | вин | вупс | vbatt> [mv] Выполняет калибровку напряжения. Вход в режим калибровки напряжения осуществляется вызовом cal start , а выход — вызовом cal stop .
откалиброван с использованием cal vin .
откалиброван с использованием cal vups .
откалиброван с использованием cal vbatt .
— измеренный уровень напряжения в милливольтах. Пожалуйста, обратитесь к следующему разделу для получения более подробной информации о процедуре калибровки.
wd [часы] Включает или отключает функцию сторожевого таймера RPi. Если этот параметр включен, цикл питания будет инициирован на RPi, если команда stat не была получена в течение заранее определенного количества часов.
Сторожевой таймер включается с помощью параметра wd enable [часы] , где необязательный параметр [часы] — это продолжительность сторожевого таймера в часах.
Сторожевой таймер отключен с помощью wd disable .
Настройки сторожевого таймера хранятся в EEPROM и могут быть отображены с помощью команды rom следующим образом:
сторожевой таймер = <состояние> (<часы> ч)
Где <состояние> — состояние активации сторожевого таймера (0 = отключено, 1 = включено, 2 = сработало).Состояние запущено сообщает, что сторожевой таймер истек хотя бы один раз с момента последнего вызова команды rom . <часы> — продолжительность таймера в часах.

Процедура калибровки

Ниже приведено руководство о том, как выполнить калибровку ИБП с помощью интерфейса командной строки через монитор последовательного порта.

Параметры калибровки хранятся в электрически стираемой программируемой постоянной памяти Arduino (EEPROM).Контрольная сумма циклического контроля избыточности (CRC) добавляется к набору параметров конфигурации и также сохраняется в EEPROM. Все параметры конфигурации проверяются, и значения, выходящие за пределы допустимого диапазона, автоматически заменяются соответствующими значениями отказоустойчивости.

При первоначальном запуске монитор последовательного порта покажет сообщение об ошибке CRC . Это ожидается, поскольку EEPROM все еще содержит некоторые недопустимые значения. Сообщение об ошибке исчезнет после завершения процедуры калибровки.

Калибровка напряжения

Для калибровки показаний, и выполните следующие действия:

  1. Подключите ИБП к исправному источнику питания 5 В, но пока не подключайте аккумулятор.
  2. Подключите ИБП к последовательному монитору Arduino.
  3. Введите начало калибровки , на серийном мониторе должно появиться сообщение Начало калибровки .
  4. Подключите полностью заряженный аккумулятор.
  5. Измерьте напряжение между контактами 1 и 2 винтовой клеммной колодки J1 с помощью цифрового мультиметра.
  6. Введите cal vin <напряжение> , где <напряжение> — это ранее измеренное значение напряжения в милливольтах (например, 5120). Сообщение V_in_cal = должно появиться на последовательном мониторе, где — калибровочная константа, которая будет сохранена в EEPROM.
  7. Измерьте напряжение между замкнутой перемычкой JP1 и массой.
  8. Введите cal vbatt <напряжение> , где <напряжение> — это ранее измеренное значение напряжения в милливольтах (например,грамм. 4125). Сообщение V_batt_cal = должно появиться на последовательном мониторе.
  9. Измерьте напряжение на выходных контактах преобразователя постоянного тока U2 .
  10. Введите cal vups , где — это ранее измеренное напряжение в милливольтах (например, 5309). Сообщение V_ups_cal = должно появиться на последовательном мониторе.
  11. Убедитесь, что значения калибровки сохранены в EEPROM, вызвав команду rom .
  12. Еще раз проверьте, что правильно измеренные напряжения теперь отображаются в выходных данных команды status .
  13. Введите cal stop , чтобы завершить процедуру калибровки напряжения, на серийном мониторе должно появиться сообщение Calibration stop .
Калибровка тока

Для калибровки показаний тока зарядки аккумулятора действуйте следующим образом:

  1. Подключите амперметр, настроенный на диапазон 10 А, через контакты перемычки отключения аккумулятора JP1 .
  2. Подключите ИБП к исправному источнику питания 5 В, но пока не подключайте аккумулятор.
  3. Подключите ИБП к последовательному монитору Arduino.
  4. Введите rshunt 1400 , R_shunt = 1400 мОм должно появиться на последовательном мониторе.
  5. Введите vdiode 180 , V_diode = 180mV должен появиться на последовательном мониторе.
  6. Убедитесь, что значения были сохранены в EEPROM, вызвав команду rom .
  7. Подключите ИБП к аккумуляторной батарее, которая разряжена примерно до 3 единиц.5 В, аккумулятор должен начать заряжаться, и на амперметре появится показание тока.
  8. Подождите 30 секунд, пока показания не стабилизируются.
  9. Проверьте значение на выходе команды status :
    1. Если отображаемое значение ниже показания амперметра, вернитесь к шагу 4 и уменьшите его на 50 мОм.
    2. Если отображаемое значение выше, чем показания амперметра, вернитесь к шагу 4 и увеличьте его на 50 мОм.

Повторяйте шаги 4 и 9, пока отображаемое значение не совпадет со значением, измеренным амперметром.должен составлять приблизительно 500 мА во время фазы зарядки постоянным током и должен постепенно уменьшаться, как только достигнет 4,15 В.

В текущей реализации невозможно откалибровать правильное показание для всего диапазона от 0 до 500 мА. Поэтому очень важно выполнить калибровку для получения точных показаний при 500 мА, чтобы гарантировать, что зарядный ток никогда не превышает этот предел. Это нормально, если для меньших значений будут получены неточные показания, тогда как в нижней части диапазона будет иметь место слишком высокое значение.По этой причине вы заметите, что макрос I_FULL в LiCharger.cpp установлен на 200 мА, тогда как предполагаемый конечный ток заряда составляет около 150 мА.

Обратите внимание, что сконфигурированное значение может быть больше, чем реальное значение R13 . Это связано с паразитным сопротивлением компонентов, последовательно соединенных с батареей (провода, перемычка, полевой МОП-транзистор и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *