Новости звезд
Мощный источник бесперебойного питания своими руками. Самодельный источник бесперебойного питания Самодельный бесперебойник на 12 в
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.
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
Наиболее известны компьютерные источники бесперебойного питания (ИБП, или UPS). Обычного компьютерного бесперебойника хватает на несколько минут , необходимых для того, чтобы пользователь успел сохранить данные и завершить работу в штатном режиме. Вести речь о долговременном питании множества приборов потребления в данном случае бесполезно. Если необходимо обеспечить работу систем «умного дома», приборов отопления или другой бытовой техники, то понадобится более мощное устройство, рассчитанное на долговременную работу. Можно приобрести готовый прибор, но для людей подготовленных и разбирающихся в электротехнике привлекателен вариант самостоятельного изготовления бесперебойника. Это поможет в какой-то степени сэкономить деньги, даст возможность применить свои навыки и получить в результате устройство, максимально соответствующее потребностям конкретного потребителя.
Обеспечить бесперебойное питание приборов в течение достаточно длительного времени могут только устройства на основе мощных и емких аккумуляторов, для которых надо использовать зарядное устройство соответствующей мощности и инвертор, преобразующий постоянное напряжение в стандартные 220 В. Наибольшую сложность будет представлять именно изготовление инвертора, поскольку от того, какой он выдает синус - чистый или меандр разных типов - зависит, какие приборы смогут быть запитаны от полученного комплекта. Некоторые устройства не воспринимают импульсное напряжение с большим числом высокочастотных гармоник — это надо учитывать, планируя создание ИБП.
Большинство пользователей предпочитают использовать готовый инвертор заводской сборки, поскольку обеспечить необходимую частоту для дома и всех потребителей достаточно сложно.Что потребуется?
Для изготовления ИБП своими руками в первую очередь потребуются аккумуляторы от мощного автомобиля
- КамАЗа или иного подобного грузовика. Необходимо использовать пару аккумуляторов на 12 В, соединенных последовательно и обладающих емкостью от 190 А·ч. Устройства малой емкости заряжаются быстрее, но более требовательны к режиму зарядки и болезненно реагируют на перезаряд. Кроме того, понадобится зарядное устройство, обладающее достаточной мощностью, и инвертор.
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
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1, VT2 | Биполярный транзистор | MJE13003 | 2 | 13007/13009 | В блокнот | |
| VDS1 | Диодный мост | КЦ402А | 1 | Либо другой маломощный | В блокнот | |
| VDS2 | Диодный мост | 1 | Любой до 2А | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | Д816Г | 1 | В блокнот | ||
| С1 | 220 мкФ 440В | 1 | В блокнот | |||
| С2 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ х 16В | 1 | В блокнот | ||
| С3 | Конденсатор | 2.2 мкФ х 630В | 1 | Пленочный |
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:
- 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.
- Ограничителя зарядного тока на LD1085, устанавливающего ток заряда батареи на допустимом уровне. Для двух батарей было выставлено 1,47А.
- 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.
