Бесперебойник с автомобильным аккумулятором своими руками: Переделка ИБП под автомобильный аккумулятор. Практика и теория. Часть 2

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 (напряжение поляризации), 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).

Upd2023: Через три года (или около того) эксплуатации я с удивлением обнаружил, что мой доморощенный ИБП перестал держать нагрузку и отключается практически синхронно вместе с пропаданием сетевого электропитания. Первая мысль моментально пала на AD-155A. Но как оказалось он полностью исправен, а вот аккумулятор пришел в полную негодность. Причина его выхода из строя банальна. В аккумулятор необходимо было подливать дистиллированную воду время от времени. А поскольку я этого не делал, то вся вода испарилась за время использования аккумулятора. Верхняя часть пластин оголилась, а нижняя продеградировала из-за слишком хорошей проводимости концентрированного электролита (меньше растворителя, больше носителей заряда, меньше сопротивление рабочего зазора, переходим через барьер электрохимической диссоциации и процесс идет с нарастающей скоростью). Безусловно, аккумулятор можно было бы и восстановить, если залить растворителя (дистиллята), потом потренировать аккумулятор. Полную емкость он не набрал бы однозначно, так как нижние части пластин уже повреждены безвозвратно, и в работе оставались бы только верхние части пластин. Но я принял решение заменить его на новый из необслуживаемой серии. Благо, таковые у меня уже трудятся в составе ИБП для котла отопления.

Опубликовано 29.02.2020 автором kvv213 в следующих категориях:
DIY железо статья

Портативная зарядная станция своими руками

Зарядную станцию для дома можно сделать из б/ушных устройств — недорого и без особого труда.

Как правильно подключить UPS к автомобильному аккумулятору

К батарее ИБП нужно подключить провод с двумя клеммами, чтобы иметь возможность подсоединить аппарат к двум автоаккумуляторам по 12 В и 60 А каждый. Автоаккумуляторы нужно соединить между собой параллельно: «плюс» к «плюсу», «минус» к «минусу», и только потом запитать на 12-вольтовый UPS при помощи двух клемм. Если ИБП 24-вольтовый, т.е. имеет две батареи по 12 В, то подключать автоаккумуляторы надо последовательно: «плюс» соединяем с «минусом» одним проводом, а две клеммы от ИБП пускаем на свободные «плюс» и «минус».

Емкость одного автомобильного аккумулятора рассчитать очень легко: 12 В х 60 А = 720 Вт. В нашем случае 720 Вт нужно еще умножить на 2 и получим 1440 Вт. Если вы дадите нагрузку в 100 Вт, то батарея проработает 14 ч или чуть меньше, потому как некоторое количество энергии заберет UPS. Таким образом вы можете рассчитать необходимое вам время работы зарядной станции, подключив те электроприборы, без которых не обойтись. Что касается подключения самих гаджетов к электростанции, то тут все просто: на задней панели бесперебойника есть разъем для подключения провода с розеткой с 2-мя или 4-мя гнездами, и уже от него запитывать телефоны, наушники, осветительные приборы. Или же подключить провод со штекером, который можно воткнуть в удлинитель и таким образом раздать энергию на любую электронику.

Инструкция по созданию зарядной автономной электростанции

Учтите, что UPS на 12 В слабоват для того, чтобы к автономной зарядной электростанции подключать бытовые приборы вроде стиральной машинки, холодильника, компьютера одновременно. Для таких нужд подойдет 24-вольтовый бесперебойник. ИБП послабее выдержит нагрузку от экономных лампочек, мобильных гаджетов и мелких девайсов.

Как правильно заряжать автономную электростанцию

Подключив зарядную станцию к сети через UPS, вы можете заряжать автоаккумуляторы. Но не ждите быстрых результатов. На подзарядку уйдут часы. Однако автомобильная зарядка справится с задачей намного быстрее. Рекомендуется не допускать полного разряда автобатарей, поэтому самым оптимальным вариантом будет неспешная подзарядка от сети, когда есть электричество.

Фокус ранее информировал о том, как делаются аварийные светильники в домашних условиях.

Также писали о портативных зарядных электростанциях, которые можно приобрести в магазинах электроники.

Как создать источник бесперебойного питания для домашних устройств

Саймон Брамбл

Штатный инженер

Analog Devices

08 июля 2022 г.

История

По мере того, как мир становится все более продвинутым, наша зависимость от электричества становится все острее. Перебои в подаче электроэнергии могут превратить самые сложные дома в довольно примитивные, и в этой статье описывается конструкция источника бесперебойного питания для дома, который поддерживает самую важную услугу дома: Wi-Fi.

Итак, как вы можете использовать Wi-Fi и другие домашние устройства во время отключения электроэнергии? Разработайте домашний источник бесперебойного питания (ИБП), используя автомобильный аккумулятор в качестве резервного источника питания. Он подключен к повышающе-понижающему преобразователю, который генерирует стабильное напряжение 12 В/5 А для питания маршрутизатора Wi-Fi, а также к понижающему преобразователю 6,5 В/1,5 А для питания беспроводного телефона.

Источник бесперебойного питания (ИБП) для дома

Схема на рис. 1 была разработана по необходимости. В связи с угрозой энергетического кризиса, надвигающейся в начале 2022 года, и миром во всем мире на острие ножа, он был разработан для поддержания работоспособности домашнего Wi-Fi в случае отключения электроэнергии. Хотя это можно рассматривать как проблему Первого мира, среднему маршрутизатору Wi-Fi требуется более 2 минут для перезагрузки, и это может показаться вечностью, если питание отключается посреди конференц-связи. Даже незначительные провалы могут вызвать серьезные проблемы. Данная конструкция домашнего источника бесперебойного питания обеспечивает питание 12 В/5 А для точки доступа Wi-Fi (и любой другой электроники) и дополнительное питание 6,5 В/1,5 А для беспроводного телефона. Этого достаточно, чтобы поддерживать связь большинства ноутбуков с внешним миром.

На рисунке 1 показана схема. Резервным источником питания для этой конструкции был автомобильный аккумулятор, купленный на свалке за 20 фунтов стерлингов. LTC3789 представляет собой повышающе-понижающий преобразователь с четырьмя переключателями, который обеспечивает постоянное питание 12 В с чрезвычайно высокой эффективностью от входного напряжения, которое может быть выше или ниже этого напряжения. Его оценочный комплект обеспечивает 12 В при 5 А при входном напряжении от 5 до 36 В, поэтому его можно использовать без каких-либо модификаций. Поскольку маршрутизатору Wi-Fi требуется только 1 А, этот оценочный комплект можно использовать для питания многих других приложений, требующих 12 В.

Для беспроводного телефона требовалось 6,5 В при токе около 600 мА, поэтому был выбран LT8608, обеспечивающий низкий уровень шума и высокую эффективность при чрезвычайно низком токе покоя 2,5 мкА. LT8608 и LTC3789 имеют максимальное входное напряжение 42 В и 38 В соответственно, поэтому они были подключены непосредственно к автомобильному аккумулятору для обеспечения максимальной эффективности схемы. Некоторые недорогие зарядные устройства могут генерировать высокое напряжение, если они неправильно подключены к аккумулятору, поэтому аккумулятор не может адекватно поглощать зарядный ток. Поэтому, если зарядное устройство имеет хороший контакт с цепью, но плохой контакт с аккумулятором, может генерироваться напряжение, которое может повредить электронику. Широкий диапазон входного напряжения LTC3789а LT8608 избавил от беспокойства по поводу высокого напряжения, генерируемого при подключении зарядного устройства. Схема может работать как с постоянно подключенным зарядным устройством, так и без него. Однако безопасность постоянно подключенного зарядного устройства в непроветриваемом помещении зависит от типа используемого аккумулятора и зарядного устройства.

Умная часть схемы была представлена LTC4416. Это двойной идеальный диод, который отвечает за переключение между основным напряжением питания и резервным питанием. LTC4416 содержит прецизионный компаратор, который определяет отказ основного источника питания и переключается на его резервный источник питания с помощью четырех внешних P-канальных МОП-транзисторов (PFET).

Рис. 1. Схема источника бесперебойного питания (ИБП).

Более простой формой этой схемы является конфигурация с двумя диодами ИЛИ, в которой катоды двух диодов соединены, а основной и резервный источники питания подключены к анодам. Однако эта схема подает только самый высокий из двух источников питания на выход на катоде, а также вызывает потери 0,6 В на диоде. Более эффективная схема может быть разработана с использованием PFET для замены диодов. Падение напряжения на внутреннем диоде полевого транзистора измеряется, и если оно превышает определенный порог, полевой транзистор включается, тем самым замыкая внутренний диод. Если это падение напряжения становится отрицательным, управление PFET отключается, а внутренний диод блокирует обратный ток; таким образом, создан идеальный диод, имеющий малое падение напряжения в прямом направлении и блокировку в обратном направлении. Это показано на рисунке 2.9.0007

В этой схеме внутренний диод каждого полевого транзистора направлен от входа к выходу, поэтому, если одно входное напряжение выше другого более чем на 600 мВ, этот внутренний диод будет проводить. Поэтому, если резервный источник окажется выше основного, питание нагрузки будет обеспечиваться резервным источником, что нежелательно. Реверсирование PFET устраняет эту проблему, но тогда внутренний диод проводит ток, если выходное напряжение выше входного более чем на 600 мВ.

Более чистое решение состоит в том, чтобы добавить дополнительный полевой транзистор к каждому пути, как показано на рис. 3. В этой схеме два внутренних диода противостоят друг другу, поэтому эта схема обеспечивает двунаправленный разомкнутый контур, когда полевые транзисторы выключены, и изолирует каждый канал независимо от входное или выходное напряжение.

Рис. 2. Идеальная диодная реализация диодной схемы ИЛИ.

Рис. 3. Диодная схема ИЛИ с двунаправленным отключением.

Для схемы 12 В оценочный комплект LTC4416 (DC1059A) был модифицирован для получения напряжения переключения 11,17 В с использованием резистора 100 кОм для R3 и резистора 10 кОм + 2,2 кОм для R1. Это работало хорошо, но было обнаружено, что точке доступа Wi-Fi требуется точное питание 12 В, и иногда она перезагружалась, когда снова включались основные 12 В. Это произошло из-за того, что скачок напряжения (с 11,17 В до 12 В) вывел из строя электронику роутера. Изменение R1 на 11,47 кОм увеличило перенапряжение переключения до 11,8 В, тем самым уменьшив размер шага.

Цепь беспроводного телефона гораздо более чувствительна к скачкам питания, поэтому R15 состоит из резистора 22 кОм + 10 кОм, что обеспечивает перенапряжение переключения 5 В.

Осциллограммы можно увидеть на рис. показывает всегда включенный выход 12 В от LTC4416, красная кривая показывает выход 12 В от настенного куба, а синяя кривая показывает напряжение автомобильного аккумулятора. Нарушение зеленой кривой не было видно, когда осциллограф был подключен по постоянному току. Переход на связь по переменному току показывает небольшие помехи при подключении к сети 12 В (через 600 мс) и отключении (через 5,8 с). По иронии судьбы, шум на этой шине был значительно выше при подключении к сети 12 В, что свидетельствует о том, что шум от выхода настенного куба был выше, чем от LTC3789..

Рис. 4. Напряжение 12 В (зеленая дорожка) практически не нарушается, когда сеть (красная дорожка) отключена.

Фотография электроники ИБП показана на рис. 5, а полная схема показана на рис. 6.

Рис. 6. Полная схема с батареей.

Будущие модификации

Для ранее упомянутых цепей требуется, чтобы кабели от стенных кубов были обрезаны, чтобы можно было вставить ИБП последовательно. Более изящным решением было бы генерировать, скажем, 340 В постоянного тока от автомобильного аккумулятора и подавать его в удлинительную розетку, а затем подключать настенные кубики к удлинительной розетке. Поскольку схема внутри всех настенных кубов содержит выпрямитель, не имеет значения, было ли это напряжение переменным или постоянным. Однако потери, понесенные при выработке 340 В от 12-вольтовой батареи, а также потери, понесенные при снижении этого напряжения внутри настенного куба, означали, что схема низкого напряжения была бы намного эффективнее и проще, даже если бы это означало отключение питания. кабели настенного куба.

Оценочные комплекты LTC4416 включали светодиоды, показывающие, используется ли основной или резервный источник питания, и их можно было легко вывести на внешний корпус. Другим полезным дополнением может быть кнопочный переключатель, который искусственно переводит контакты включения LTC4416 в низкий уровень для проверки функциональности переключения.

Схема была тщательно протестирована и показала отличные рабочие характеристики. Для более высоких токов доступны N-канальные идеальные диоды. LTC4416 является частью широкого спектра идеальных диодов и устройств с горячей заменой, доступных от Analog Devices.

Заключение

Схема, описанная в этой статье, иллюстрирует конструкцию простого домашнего источника бесперебойного питания, который может поддерживать работу различных бытовых приборов в случае сбоя питания. Нет никаких причин, по которым эта схема не может быть модифицирована для использования более мощных полевых МОП-транзисторов и батареи большего размера, чтобы обеспечить повышенную выходную мощность и более длительный срок службы резервного питания.

Саймон Брамбл окончил Университет Брунеля в Лондоне в 1991 году со степенью в области электротехники и электроники, специализируясь на аналоговой электронике и энергетике. Он посвятил свою карьеру аналоговой электронике и работал в Linear Technology (теперь часть Analog Devices).

Саймон Брамбл окончил Университет Брунеля в Лондоне в 1991 году по специальности электротехника и электроника, специализируясь на аналоговой электронике и энергетике. Он посвятил свою карьеру аналоговой электронике и работал в Linear Technology (теперь часть Analog Devices).

Другие работы Саймона

Сделай сам (или, если нужно, «Гетто») UPS

Первоначально опубликовано
2001 г. в
Atomic: вычисление максимальной мощности

Последнее изменение
03 декабря 2011 г.

Вы знаете, что такое источник бесперебойного питания
похоже, правда? Это тяжелая бежевая коробка с розеткой IEC на одной.
торце, одна или несколько трехштырьковых розеток, на другом несколько лампочек и кнопок.

Что ж, это может быть.

Или это может выглядеть так.

Эта штуковина работает в основном так же, как обычное «двойное преобразование».
UPS. Рядом с компьютером есть большой толстый блок питания постоянного тока с батареей.
сидит на нем сверху. Этот блок питания подключен к сети на одном
сбоку и к аккумулятору и инвертору (коробочка справа), параллельно,
с другой. Блок питания заряжает аккумулятор и запускает инвертор,
пока есть питание от сети.

Инвертор преобразует постоянный ток низкого напряжения обратно в мощность переменного тока с эффективностью
более 85% — 100 Вт постоянного тока на входе, около 90 Вт переменного тока на выходе. Если
пропадает питание от сети, инвертор просто работает от аккумулятора, а компьютер
(и контролировать) продолжать грузоперевозки. Чуть больше часа, с этим нетребовательным
настольный ПК и маленькая батарея.

Многие серийные ИБП могут обеспечивать питание только в течение нескольких минут – долго
достаточно, чтобы сохранить вашу работу и закрыть. Все, кроме самых дешевых моделей, имеют
последовательное соединение с ПК и программное обеспечение, позволяющее компьютеру самостоятельно отключаться
вниз, если вас нет рядом, когда ИБП работает, а заряд батареи
становится низким.

Однако с таким ИБП Franken-UPS вы можете иметь
резервное копирование, которое вы можете разместить в своем компьютерном зале.

Такой ИБП с двойным преобразованием, как этот, постоянно работает с инвертором. Большинство
ИБП так не делают. Вместо этого они являются «резервными источниками питания», в которых
инвертор работает только при сбое сетевого питания. В остальное время они
просто пропустите сетевое питание на выход, возможно, с хорошей фильтрацией,
может без. Резервный дизайн делает ИБП более эффективным, а также
позволяет дешевым устройствам иметь инверторы более низкого качества, потому что инвертор
почти никогда ничего не нужно делать.

Существуют также линейно-интерактивные ИБП, в которых инвертор работает все время.
время, хотя и не на полную мощность; они также пропускают сетевое питание
через, пока он доступен. При сбое питания уже работающий инвертор
просто подбирает слабину.

ИБП с двойным преобразованием или «онлайн» обеспечивают наилучшую фильтрацию мощности
из трех видов ИБП и не имеют задержки переключения, если сеть
терпит неудачу. А вот для бытовых целей особой разницы нет, кроме цены,
между тремя.

Этот самодельный ИБП может быть с двойным преобразованием, но он такой же элегантный
как это выглядит. Большинство людей не хотели бы этого.

Это вместо позволяет увидеть, что находится внутри обычного одноблочного ИБП.
Все компоненты в этой установке являются автономными версиями
основные биты внутри обычного ИБП.

Аккумулятор

Для ИБП требуется большая емкость аккумулятора, и не обязательно
свет. Поэтому они используют свинцово-кислотные аккумуляторы.

Готовые ИБП — те, которые достаточно малы, чтобы их можно было носить с собой,
в любом случае — используйте «гелевые ячейки», которые являются наиболее распространенным типом Sealed Lead.
Кислотные (SLA) батареи. Обычно, когда кто-то говорит об аккумуляторе SLA, он
речь о гелевой клетке.

Эти батареи дешевые, они не протекают, они строго стандартизированы
и их можно купить в любом магазине электроники, и они имеют разумную производительность
за деньги.

Желеобразный электролит в гелевой ячейке плохо справляется с газом
пузырьки, которые развиваются быстро, если он перезаряжен, и медленно, даже если он
просто держал постоянно доливал. Пузырьки портят электролит
к пластинам аккумулятора, что снижает емкость.

Недорогие аккумуляторы SLA также определенно построены по цене. Ваш обычный
«Семь ампер-часов» 12-вольтовый блок SLA может или не может быть в состоянии доставить как
большая мощность, как и следовало ожидать от этого рейтинга, даже в маломощном двухбатарейном
Конфигурация на 24 вольта, которую используют многие ИБП. Не ожидайте больше, чем
пару лет жизни недорогих аккумуляторов SLA в дешевом ИБП.

Для большой емкости и отличной производительности по току, «мокрый» свинцово-кислотный
аккумуляторы с обычным жидким сернокислотным электролитом
идти. Вы не хотите их опрокинуть, вы не хотите нести их по лестнице,
вы хотите убедиться, что есть достаточно вентиляции, чтобы водород, который они
производить во время зарядки не делает вашу компьютерную жизнь неожиданной
интересно, и да, их нужно время от времени доливать, если вы хотите, чтобы они прослужили долго
хорошо. Но даже небольшой автомобильный аккумулятор даст вам 25 настоящих ампер-часов для
целях компьютерного питания. Только ваша способность перевозить тяжелые предметы
ограничивает емкость, которую вы можете получить от мокрых батарей, включенных параллельно.

Автомобильные аккумуляторы можно купить дешево, но они не любят быть полностью
выписан. Как и обычные гелевые клетки. Запустите любой свинцово-кислотный аккумулятор
и оставить так достаточно долго, и пластины сульфатируются, превращая
аккумулятор бесполезен.

Более дорогие батареи «глубокого цикла» сконструированы так, чтобы лучше работать
с этим; у них нет массивной мгновенной текущей емкости
«стартовая» батарея, если вы хотите запустить двигатель, но вы можете запустить их
через полные циклы снова и снова без вреда. Их все равно не должно быть
оставленный плоский, хотя.

Эта батарея не является обычным жидкостным или гелевым элементом. Это спасательный круг
GPL-1300 от батареи Concorde
Корпорация, производящая аккумуляторы для всего: от гоночных яхт до
истребители. Это герметичная, регулируемая клапаном конструкция с жидкостью.
электролит впитывается в стекловолоконный мат между плотно упакованными пластинами
— превосходный способ изготовления батареи SLA. Стекломатовый дизайн придает ему
производительность влажного аккумулятора и герметичность гелевого элемента.

GPL-1300 — самая маленькая батарея Concorde — она весит менее семи
килограммы. Но он рассчитан на запуск двухлитрового судового дизеля и имеет
подлинная емкость 13 ампер-часов для приложений ИБП.

Однако вы ищете около 250 австралийских долларов за один из них. Это купит
Вам нужна обычная мокрая батарея гораздо большей емкости.

Блок питания

ИБП нуждается в чем-то для зарядки аккумулятора и запуска инвертора, когда
сеть не глючила. Зарядка свинцово-кислотных аккумуляторов через «постоянный ток».
напряжения» легко. Зарядка их и несколько менее просты.

Если вы подключаете свинцово-кислотную батарею к источнику питания,
такое же напряжение, какое может удерживать батарея, когда она полностью заряжена, вы
зарядите аккумулятор, и вы не перезарядите его. Это называется «поплавок»
заряжать; это не самый быстрый способ получить ампер-часы в аккумуляторе, но
Вы можете оставить зарядное устройство подключенным навсегда, не поджаривая аккумулятор.

К сожалению, плавающий заряд никогда не зарядит аккумулятор полностью. И
если вы оставите свинцово-кислотный аккумулятор в плавающем состоянии навсегда, он будет медленно сульфатироваться,
как если бы его ненадолго оставили плоским. «Дополнительный заряд» около 2,4 вольта
на элемент (14,4 вольта, для 12-вольтовой батареи) требуется примерно раз в полгода,
для максимального срока службы батареи.

Схема заряда в действительно классных коммерческих ИБП может выполнять эти периодические
высокие сборы, но не ожидайте их от дешевого устройства.

Для батареи Lifeline, которую я использовал, плавающее напряжение составляет от 13,2 до 13,4 вольт,
в зависимости от температуры — выше температура, ниже напряжение. я предоставил
что, используя мой настольный источник переменного напряжения на 25 ампер, установите это напряжение.

С этой штукой нельзя делать автоматические заряды, но есть
ничего не мешает несколько часов крутить ручку до 14,4 вольта
каждые шесть месяцев. А постоянный ток этого блока питания 25 ампер означает, что
он может выдавать 300 Вт при напряжении 12 вольт. Учитывая 85 к 95% эффективность
инверторы текущей модели, это означает, что вы можете использовать как минимум 255 Вт резистивного
загрузите (о чем подробнее чуть позже. ..) с него.

Такой запас стоит недешево. Это
Jaycar Electronics MP-3088, который
списки за 359 австралийских долларов. Обычные зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов со скидкой в вашем регионе
место автозапчастей, намного дешевле, чем это.

Если вам нужна сила тока 25 ампер, вы не получите ее только от
одно дешевое зарядное устройство. Вместо этого вам придется взять несколько одинаковых зарядных устройств.
и подключите их к аккумулятору параллельно. Это примерно так же элегантно, как
из двойных переходников сделать блок питания на 24 выхода, но сгодится, при условии
ваши зарядные устройства не пытаются сделать ничего умного. Какие дешевые не будут; некоторый
из них даже нет предохранитель . Важно, чтобы зарядные устройства
быть одинаковым, однако; дешевые и неприятные зарядные устройства, которые означают
быть точно таким же не обязательно будет. Желательно сделать некоторые разумные
проверка мультиметром, чтобы убедиться, что различные положительные клеммы
все параллельные буровые установки на самом деле имеют одинаковый потенциал, когда они работают.

Дешёвые зарядные устройства могут или не могут позволить аккумулятору разрядиться через них, в обратном направлении,
когда мощность падает; худший сценарий здесь — разрушение
зарядного устройства, хотя более вероятна простая потеря заряда аккумулятора. Лавка
запасы, вероятно, не сделают этого — мой, конечно, не сделает. Как и большинство скамеек
питания, он имеет хорошую защиту от обратного тока и перегрузки по току.

Если у вас есть зарядное устройство без схемы предотвращения обратного тока,
правда, тогда вам понадобится какой-нибудь изолятор батареи — причудливый имел в виду
для многоаккумуляторных автомобилей или просто большой толстый диод. Дешевые зарядные устройства могут
плохо справляется с падением напряжения от диодного изолятора; они будут
должны подавать больше вольт для достижения того же зарядного тока, и они
могут возникнуть забавные мысли о состоянии заряда батареи.

Рейтинги дешевых зарядных устройств в целом довольно оптимистичны, но три
Зарядные устройства на «10 ампер» должны иметь возможность непрерывно управлять током 25 ампер. Четыре
конечно будет, если только они не из очень потрепанный производитель.

Если напряжение батареи при полной зарядке незначительно превышает
плавающее напряжение, тогда вы можете оставить свои дешевые зарядные устройства подключенными навсегда.
Если выше, то потихоньку варите батарею; если ниже, то
у вас будут проблемы с ранней сульфатацией.

Но эти зарядные устройства действительно дешевые.

Инвертор

Это инвертор 300 вольт-ампер (ВА) 12-на-240 вольт немного пожилого
дизайн, с не очень большой номинальной импульсной мощностью — количество энергии, которое он
может доставить на короткое время.

Ватты могут быть равны вольтам, умноженным на амперы, но только для цепей постоянного тока или цепей переменного тока
работающие чисто резистивные нагрузки, такие как нагреватели или лампы накаливания. Компьютеры
и мониторы не являются резистивной нагрузкой. С технической точки зрения у них довольно
противная «власть
фактор». Можно ожидать, что инвертор мощностью 300 ВА будет потреблять всего около 210 Вт.
стоимость оборудования для ПК; может даже меньше. Подробнее об этом применительно к компьютеру
ИБП, ознакомьтесь с информационным документом APC в формате PDF по этому вопросу,

здесь.

То, что компьютер оснащен 300-ваттным блоком питания, не означает, что ему нужен
инвертор 430ВА. Это понадобится только в том случае, если он полностью загрузит каждый из своих
Выходные шины блока питания, которых почти наверняка нет.

В наши дни вы можете приобрести инвертор на 300 ВА с номинальным значением перенапряжения 900 ВА и
эффективность выше 90% примерно за 160 австралийских долларов — у Jaycar есть один, MI-5062,
по этой цене. Менее чем в два раза дороже вы можете получить непрерывную мощность 600 ВА,
Импульсный инвертор мощностью 1500 ВА, которого достаточно для работы практически любого ПК.
монитор.

Оценка перенапряжения имеет значение, поскольку многие устройства потребляют намного больше тока при
запуск, чем они делают, когда они работают. Лазерные принтеры и холодильники,
например, у вас такие огромные текущие требования к запуску, что вам нужен, по-видимому,
сильно переоцененный инвертор, если вы хотите запустить их. Компьютеры не
это плохо, но ЭЛТ-мониторы все еще могут быть проблемой.

Компьютер, который я питал от этой установки, представляет собой скромную коробку Celeron с 15
дюймовый монитор. ПК без монитора потребляет пиковый ток около 8,5 ампер.
от аккумулятора, через инвертор, при запуске. Потом становится меньше
чем шесть ампер.

Однако схема размагничивания монитора потребляет больше пиковой мощности
мощность инвертора.

Поскольку практически все ЭЛТ автоматически размагничиваются при включении
вверх, это проблема. Еще один 15-дюймовый, который я попробовал, просто привязал иглу.
мой амперметр на момент включения, а потом сидел в дежурном режиме.

К счастью, старый монитор Mitac на картинке все еще может запускаться
когда он пытается размагничиться и терпит неудачу. Он просто рисует хорошую устойчивую восьмерку
ампер, без страшных скачков. Таким образом, ПК с монитором имеет пиковую нагрузку немного
меньше, чем постоянная выходная мощность инвертора, а затем стабилизируется
примерно до 70% мощности.

Примечание. Если вы не знаете, какой толщины провод использовать для передачи, скажем, 20 ампер
(для приличного запаса прочности), это хороший признак того, что вы не совсем
готовы к этому проекту.

Решение проблемы перенапряжения монитора, конечно же, либо использовать
более современный инвертор с большим рейтингом перенапряжения или использовать меньшую мощность
монитор, как ЖК-экран. 15-дюймовые ЖК-дисплеи (которые имеют большую площадь экрана, чем
«15-дюймовый» ЭЛТ) потребляет менее 40 Вт и не имеет пускового импульса, чтобы говорить
из. Таким образом, они являются отличными кандидатами для приложений «альтернативной энергии».

Сигналы инвертора

«Форма сигнала» инвертора — это то, как изменяется выходное напряжение инвертора.
поскольку он проходит свои положительные / отрицательные циклы переменного тока.
частота колебаний для всех австралийских инверторов 220/240 вольт должна быть
те же 50 герц (циклов в секунду), что и обычная сетевая мощность в этой стране,
но график зависимости выходного напряжения инвертора от времени может быть совершенно другим
от мощности сети.

Если, например, напряжение практически мгновенно возрастает до полного положительного значения,
держится там полпериода, потом практически мгновенно падает до полного минуса
для другого полупериода вы смотрите на «прямоугольную волну».

Нормальная сетевая мощность чередуется в виде плавной синусоиды — хорошо, когда
во всяком случае, его не загрязняют всплески, провалы и всплески. Это синусоидальное
форма сигнала, показанная на этом рисунке зеленым цветом, точно имитируется только
более дорогие «синусоидальные» инверторы. Вы можете купить ИБП с синусоидой
инверторы — вы ищете, может быть, 900 австралийских долларов за интерактивную линию мощностью 750 ВА.
один. Вы также можете купить синусоидальные инверторы отдельно.

Компьютерам они не нужны. Они будут отлично работать на модифицированной прямоугольной волне.
мощность — это красный сигнал на картинке. Инверторы, которые выводят это
волны дешевле, чем синусоидальные единицы.

Большинство двигателей переменного тока — например, электроинструменты — будут нормально работать от модифицированного
мощность прямоугольной волны, но они, вероятно, потребляют примерно на 20% больше энергии.
чем вы ожидаете, и может раздражающе жужжать. Вещи со схемой, которая полагается
на чистой синусоидальной энергии — электрические часы, хлебопечки, некоторые зарядные устройства для аккумуляторов,
двигатели с «заштрихованными полюсами», используемые потолочными вентиляторами, скорее всего, будут работать неправильно.

Синий сигнал на картинке, между прочим, представляет собой простой прямоугольный сигнал.
Довольно трудно найти обычные прямоугольные инверторы. Который
хорошо, потому что вы, вероятно, не хотите. Они могут управлять некоторыми, но не всеми,
двигатели, и они в порядке с лампами накаливания. Но даже мощность компьютера
не гарантируется, что расходные материалы будут работать должным образом на этом чрезвычайно «грязном»
власть.

Зачем делать самому?

Для чего может быть полезен самодельный блок ИБП, помимо изготовления
ты выглядишь все технично и грамотно?

Ну, это позволяет вам иметь чудовищную емкость батареи, если хотите.

Вы не можете заменить аккумуляторы большей емкости на большинство стандартных ИБП.
Дело не только в том, что большие батареи не помещаются в коробку; стандарт
Схема зарядного устройства также вряд ли справится с большей емкостью. Если
зарядка занимает больше времени, чем должна, или ток заряда становится слишком большим,
ИБП, скорее всего, предположит, что с батареей что-то не так.

Более качественные коммерческие ИБП имеют стандартный разъем расширения батареи;
некоторые дешевые устройства будут работать с большей емкостью батареи, но у вас есть
припаять удлинительный кабель к соответствующим клеммам внутри, чтобы сделать
это произошло. Не делайте ставку на то, что это возможно с
Дж.
Случайный ИБП, однако. И чем больше емкости вы добавляете, тем меньше вероятность
это работать.

О, и если вашему дешевому ИБП не требуется большая емкость батареи,
не будет ожидать большего времени работы либо. Так что он может перегреться и умереть, если
вынужден работать на чем-то близком к полной мощности намного дольше, чем его стандарт
батарея могла справиться.

Используйте простое зарядное устройство, такое как мой блок питания постоянного тока и специальный инвертор
приемлемого качества, и у вас не будет этих ограничений. Вы должны
следите за своей батареей, и вы должны тщательно устанавливать напряжение.
Но вы также можете использовать аккумуляторы для грузовиков, чтобы питать свой компьютер в течение недели.
без сети, если хотите.

ИБП с отдельными блоками также полезен для большего количества вещей, чем блок с одним блоком.
Маленькая герметичная батарея в этой установке имеет более чем достаточно толчков для запуска.
моя машина, например, которая больше, чем кирпич SLA 7Ah может управлять.

(у меня использовал маленькую батарею SLA для запуска автомобиля, один раз, но только
косвенно; Взял свежезаряженный SLA и подключил параллельно
с разряженным аккумулятором автомобиля и просто оставил его там на полчаса, чтобы
вставьте немного заряда в вещь. Тогда я и зацепили SLA, и
завел машину от уже немного заряженного основного аккумулятора.)

Блок питания стендовый тоже вообще полезная штука. я использую свои все
время, когда я что-то создаю и тестирую, или когда мне просто хочется
поджег карандаш.

И инвертор можно подключить к автомобильному аккумулятору в любом месте для питания
различные гаджеты.

(Примечание — езда по городу с пассажиром, указывающим на 240
вольт-диско стробоскоп у ничего не подозревающих пешеходов не оправдывается и не поощряется,
автором. И хотя из-за дождя это выглядит очень круто, пожалуйста, сделайте это.
не стоять под дождем со стробоскопом.

Posted inПопулярное