Источник бесперебойного питания 12 вольт своими руками

SOHO UPS в маленьком корпусе и своими руками. Менее чем за 1500 руб

Хотите обеспечить бесперебойное питание своим устройствам, но при этом не сильно потратиться? Именно такой своей разработкой я и хотел с вами поделиться.

Все мы переживаем, когда устройства внезапно отключаются «по питанию» и не зря. Большая часть нештатного отключения электроэнергии сопровождается скачками повышенного напряжения, что в свою очередь может привести к поломке оборудования или сбросу настроек. Да, на этот случай различные компании выпускают ИБП, но они достаточно велики и весят как правило не менее нескольких килограмм.

А что если сделать такой источник бесперебойного питания, который можно поставить прямо рядом с защищаемым устройством – лёгкое, компактное, недорогое?

Почему я об этом задумался?

Я живу в частном доме и моя работа на 100% зависит от доступности интернета.
Но так уж получилось, что в нашем районе Ленинградской области ситуация с энергоснабжением обстоит очень печально. Достаточно частые отключения при резком изменении погоды, изношенные высоковольтные линии идущие к нам и прочее. Соответственно при аварии на электросетях падает вся сетевая инфраструктура и пока всё поднимется, восстановятся все маршруты (OSPF) пройдет минимум 2-3 минуты. Также стоит вспомнить об опасности таких отключений для самого оборудования. На запуск и ввод резервного источника питания (генератор) необходимо примерно 5-10 минут.

В данной ситуации UPS не роскошь – он необходим как воздух.

Сетевая инфраструктура у меня построена на оборудовании MikroTik, оно простое но его достаточно много:

• 951Ui-2HnD – пограничный маршрутизатор в который «приходит» интернет от Cambium (радио-мост до БС МТС), также он защищает сеть и на нем поднят VPN-сервер для удаленного доступа.
• hEX PoE – выполняет роль маршрутизатора локальной сети и контроллера CAPsMAN.
• CSS106-5G-1S – в серверном шкафу
• 3 штуки hAP Lite – Wi-Fi точки доступа для бесшовного роуминга. Их много, они раскиданы по всей территории и все на маленькой мощности. Используются только для мобильных устройств и умного дома.
• OmtiTik5ac PoE и SXTsq Lite5 – радиолинк до второго дома
• BaseBox2 – уличная точка доступа.

Питать всё это от одного классического UPS не реально – оборудование раскидано по территории. Во вторых при моих условиях АКБ внутри классического бесперебойника умирает примерно за 1.5 года, а стоимость новой батареи достаточно высока.

Постановка задачи

Я периодически думал как решить данную задачу и принял решение сделать свой ИБП обладающий характеристиками:

• Прост в разработке, желательно на готовых модулях
• Недорого, чтобы можно было поставить возле каждого роутера– Регулируемое выходное напряжение – можно запитать не только оборудование с 12/24В – роутеры / коммутаторы, но и, например, Intel NUC (у него 19В)
• Размер корпуса не больше чем у hEX PoE для сборки в виде модуля «ИБП+Роутер»

При детальном рассмотрении задачи и всего «зоопарка» оборудования я понял, что hAP Lite – это слабое звено во всей цепочке. Во первых ему нужно 5В (всем остальным от 12 до 48), во вторых у него micro-usb разъем питания и нет PoE-in. Поэтому данные устройства были выведены из списка защищаемых и при отключении ЭЭ они «падают» как и раньше.

В процессе раздумий над схемой я понял, что лучше использовать в качестве базового напряжения АКБ – 12В, а дальше, по необходимости менять преобразователи на повышающий или понижающий. Это сделает UPS универсальным и позволит питать устройства в диапазоне от 1 до 48В, также снизит стоимость устройства за счет снижения количества АКБ до 3х.

Подбор компонентов

Для сборки нужны детали:
Цены указываю при покупке на территории РФ. Если брать у наших соседей, то стоимость будет ниже примерно на 60%, а т.к плата все равно будет ехать из-за бугра, то и детали можно смело брать там.

1. Модуль заряда аккумуляторов 3S, 10A – 1 шт. (180 руб)
2. Повышающий (понижающий) DC-DC преобразователь XL6009 – 1 шт. (120 руб)
3. Батарейный отсек 1х18650 на плату – 3 шт. (150 руб)
4. Гнездо питания на плату 5.5х2.1 (от 2 до 4 штук)
5. Вольтметр 0.28″ 0-100В (опционально)
6. Диод Шотки SS34, 3А – 3 шт.
7. Резистор SMD 1206, 200R – 1 шт
8. Резистор SMD 1206, 1K – 1 шт
9. Стабилитрон 3.3В, BZX55C3V3 – 2 шт.
10. Светодиод SMD 1206 – 2 шт.

Итого: 450 руб.
Изготовление печатной платы на jlcpcb с доставкой в РФ – 750 руб. за 5 штук. (150 руб/шт)

3 аккумулятора размера 18650. Средняя стоимость – 300 руб.

Итого общая стоимость за одно устройство: ±1500 руб.

Обратите внимание, на АКБ нельзя экономить! Брать не явный Китай и желательно высокотоковый!
Нам не нужны повторения историй, коих и так увы очень много последнее время по всем федеральным каналам. АКБ не обязательно должен быть с защитой, ввиду того, что плата заряда аккумулятора, используемая нами уже имеет защиту от чрезмерного заряда/разряда.

Тест взрывоопасности АКБ 18650
Сразу привожу наглядный тест на безопасность именно АКБ 18650. Вариант пробития гвоздем не рассматриваем ввиду нереальности – https://www.youtube.com/watch?v=tOsxiLKyKwQ

Принцип работы

Принципиальная схема данного устройства очень простая

Итак – у нас есть один входной разъем питания (Vin), и три выходных (Vout). XP1 – это стандартная гребенка PLS с шагом 2.54, к которой подключается кнопка включения питания, а также можно поставить джампер (как в моем случае), если планируется все время держать устройство во включенном состоянии.

Также на плате есть два светодиода, показывающие наличие напряжения во входной сети (Vin) и напряжения на выходе устройства (Vout), подключенные через стабилитрон (D1, D2) на 3В и резисторы (на нижней стороне платы) R2 220 Ом и R1 1кОм соответственно.
U6 – это контакты для подключения модуля вольтметра, который отображает напряжение на выходе устройства.

Верхняя сторона платы

На нижней стороне платы у нас размещен контроллер заряда (U2) и три диода Шоттки (U3, U4, U5).

Нижняя сторона платы

Основной принцип работы схемы и переключения с основного на резервное питание зависит от трех диодов Шоттки – U3, U4, U5.

Ниже представлена наглядная схема направления и какие узлы в каких ситуациях находятся под напряжением.

U4 – пропускает напряжение только в направлении контроллера заряда, напряжение с контроллера не попадает обратно во входную сеть. Это достаточно важный диод, т.к при его отсутствии напряжение будет утекать из модуля заряда (АКБ) в направлении источника питания.

Розовым цветом показана ситуация, когда у нас присутствует напряжение во входной сети (Vin). В этом случае диоды U3 и U4 пропускают напряжение в направлении контроллера заряда (U2) и DC/DC-преобразователя (U1). При этом напряжение из АКБ и контроллера заряда (голубой маршрут) не поступает в «розовую сеть» через диоды U4 и U5.

U5 – работает таким образом, что пока входное напряжение присутствует, на его катоде будет «+», он будет в закрытом состоянии и не «выпустит» напряжение из АКБ в направлении Vout, а также не пропустит напряжение из входной сети. Если же, напряжение на входе пропало U5 тут же перейдет в свое рабочее состояние и пропустит напряжение с АКБ в сторону DC/DC-преобразователя (U1) – зеленый маршрут. Однако чтобы исключить «петлю» – когда напряжение из АКБ попадает на вход модуля заряда, а также может утекать в источник питания на входе, мы используем диод U3 и пока на его катоде будет «+», он будет закрыт.

Платы, полученные от jlcpcb – как всегда отличные, здесь на самом деле придраться не к чему – настоящее промышленное производство за очень гуманную плату. Срок изготовления – 3-4 дня, срок доставки до Ленинградской области в районе 20 дней.

Печатаем корпус, собираем устройство и вот что у нас получилось

Проверка устройства под нагрузкой

Теперь, когда устройство собрано и мы знаем как оно работает, нам нужно запомнить, что мы можем от него питать. Самое главное – это помнить какие токи потребления может обеспечить данное устройство. В схеме я использую преобразователь на 3А. Ток разряда АКБ 18650, как правило, равен двух-кратной величине ёмкости (если не рассматриваем высокотоковые). Таким образом при использовании аккумулятором емкостью 2000 mA, они способны отдавать ток до 4А.

Однако стоит помнить, что если мы на DC/DC-преобразователе увеличили выходное напряжение вдвое, например питаем оборудование от 24В током 1А, то ток до преобразователя также увеличится вдвое и АКБ будут отдавать заряд током 2А.

Соответсвенно лучше запомнить такую закономерность:

• 12В – 3А
• 24В – 1.5А
• 48В – 0.75А

Проводим нагрузочный тест и определяем время автономной работы

В UPS установлены АКБ GoPower на 2000 мА. Выходное напряжение – 12В. К UPS подключено 3 устройства – hEX PoE к которому, в свою очередь, через PoE-out подключены CSS106-5G-1S и 951Ui-2HnD. Трафик в сети, на момент отключения входного питания продолжает «бегать».

Итого суммарное потребление всех устройств составило порядка 0.55-0.65А (менялось в процессе измерений). CSS106-5G-1S – ±185мА, 951Ui-2HnD – ±280мА плюс собственное потребление hEX. До отключения данная сборка проработала 2 часа 15 минут, при этом остаточное напряжение на трех аккумуляторах составило 6.5В. Сильнее разрядить не получилось, сработала защита от глубокого разряда на модуле 3S. Температура аккумуляторов не изменилась, что говорит о несущественной нагрузке в процессе разряда.

Вывод

Таким образом я получил небольшое устройство, способное эффективно питать несколько роутеров при наличии PoE-out, а в случае отсутствия – возможность разместить UPS непосредственно возле устройства и при этом при минимальных затратах.

Источник

Мощный источник бесперебойного питания своими руками

Делаем мощный источник бесперебойного питания на базе стандартного UPS, подключив к нему два КАМАЗовских аккумулятора. Так же делаем автоматическую вентиляцию при переходе на автономный режим.

Такова уж действительность, что Российские электросети заставляют самих потребителей заботиться о стабильности получаемого электричества. В нашем случае необходимо решить две важные проблемы: большое падение напряжения (характерное для жаркого/холодного времени года, когда включаются кондиционеры/электронагреватели) и полное отключение электричества («выбивание» автоматов, аварии на подстанции и т.д.).

Если первая проблема легко решается установкой автотрансформатора, позволяющего получать на выходе стабильное напряжение 220 вольт, то вторая требует организацию системы бесперебойного питания, рассчитанную на большой период автономной работы.

Организовать бесперебойное снабжение дачного дома или гаража можно при помощи модернизации компьютерных ИБП (источник бесперебойного питания). После двух лет работы в любом ИБП деградируют внутренние аккумуляторные батареи. Иcточник бесперебойного питания с нерабочими батареями неоднократно наблюдались на радиорынке по символической цене в 1000 рублей.

Для большого времени автономной работы источник бесперебойного питания необходимо подключить к нему аккумуляторы большой емкости. Самым оптимальным вариантом будут стартерные аккумуляторы от автомобилей типа КАМАЗ — 140 АЧ. Так как в большинстве мощных источников бесперебойного питания применяются аккумуляторы общим напряжением 24 вольта, то нам понадобиться пара аккумуляторных батарей, соединенных последовательно. От состояния ваших батарей будет зависеть продолжительность автономного энергоснабжения.

В первую очередь достаем и выкидываем неисправную батарею. Для удобства подключения внешнего аккумулятора большой емкости нам необходимо сделать контактные зажимы (желательно красного и черного цветов, обозначающих плюс и минус соответственно). Для этого, на лицевой панелиисточника бесперебойного питания проделываем два отверстия, фиксируем контактные зажимы и припаиваем к ним провода, которые подходили к внутренней аккумуляторной батарее.

Мощный источник бесперебойного питания своими руками

Продолжительный режим работы в состоянии преобразования энергии аккумулятора в напряжение 220 вольт сопровождается большим нагревом. Для предупреждения преждевременного выхода из строя решено установить на вентиляционную решетку два обычных вентилятора размером 80х80х25 мм.

Мощный источник бесперебойного питания своими руками

Вентиляторы подключены последовательно. Для запуска вентиляторов в режиме преобразования используем светодиод, который обозначает работу источника бесперебойного питания от батареи. Припаиваем проводами выводы светодиода к обмоткам маленькой реле. К одному из контактов реле припаиваем провод от входящего плюса нашей аккумуляторной батареи. Ко второму – свободный красный провод вентилятора. Свободный черный провод вентилятора припаиваем к входящему минусу аккумуляторной батареи.

Все! Теперь, при переходе источника бесперебойного питания в режим работы от аккумуляторной батареи у нас автоматически будет включаться охлаждение.

Источник

Как сделать блок питания из бесперебойника своими руками?

Источник бесперебойного питания — вещь незаменимая. Причем применять его и его составные части можно очень по-разному. Из старого бесперебойника или его частей без особого труда получаются:

• инвертор;
• зарядное устройство;
• блок питания.

Подробнее про изготовление

Что касается блока питания, то при помощи старого источника бесперебойного питания можно изготовить как простой блок, так и лабораторный. Естественно, лабораторный блок питания гораздо сложнее в сборке, установке, монтаже и настройке, а также потребует большего количества дополнительных деталей и инструментов. Тем не менее, в основе их изготовления лежит один принцип, к тому же при их использовании возникают одни и те же проблемы.

Первоначально приступим к рассмотрению простого блока питания и схемы его изготовления из старого ИБП от компьютера.

Что потребуется?

Для изготовления простого блока питания из бесперебойника своими руками потребуются:

• трансформатор от бесперебойника;
• корпус — подойдет и старый корпус от ИБП, и самостоятельно изготовленный для создания блока питания;
• диодный мост.

Помимо этого, также потребуется набор подручных инструментов (отвертка, омметр) и обмундирование для соблюдения правил безопасности (диэлектрическое оборудование).

Правила безопасности и важные советы

При выполнении работы необходимо обладать базовыми знаниями в физике и электромеханике, а также соблюдать правила техники безопасности, использовать защитное обмундирование и пользоваться диэлектриками.

Что касается простого блока питания, то большинство сталкивается с одной и той же сложностью: на выходах из стандартных трансформаторов типовое значение напряжения составляет 15 В.

При подключении нагрузки к получившемуся блоку питания оно «проседает», так что нужный вольтаж подбирается экспериментальным путем.

Пошаговый алгоритм действий

Алгоритм действий для самостоятельного изготовления блока питания из старого ИБП будет следующим:

1. от ИБП отсоединяется трансформатор, подготавливается будущий корпус устройства;
2. с использованием омметра определяется обмотка с самым высоким значением сопротивления: черный и белый провода, которые в будущем будут служить в качестве входа в устройство (если для изготовления используется старый корпус от ИБП, то входом будет соответствующее гнездо, расположенное в торцевой части бесперебойника и служащее для связи прибора и розетки);
3. из проводов, расположенных с одной стороны от расположения сердечника, формируется «вход», из находящихся на противоположной стороне проводов обустраивается «выход» устройства;
4. на трансформатор подается переменный ток с напряжением 220 вольт;
5. снимается напряжение с незадействованных контактов;
6. определяется пара, обладающая разностью потенциалов в 15 вольт (белый и желтый провода — «выход»);
7. на «выход» устанавливается диодный мост;
8. к его контактам подключаются потребители.

Схемы и пояснения

На рисунке 1 изображен стандартный трансформатор от ИБП с типичной расцветкой проводов, на которые даются ссылки в инструкции по самостоятельному изготовлению блока питания.

Как сделать лабораторный блок питания?

Изготовление лабораторного блока питания из старого бесперебойника — более сложная задача. Лабораторный блок питания зачастую используется радиолюбителями. Помимо трансформатора от старого ИБП, потребуются также:

• мощный транзистор;
• диоды для выпрямления напряжения;
• микросхема (от ОУ);
• реле;
• набор светодиодов;
• варистор;
• разъемы;
• оксидные конденсаторы;
• керамические конденсаторы.

Экспликация блока питания представлена на рисунке 2.

Первичная обмотка трансформатора получает напряжение от сети через вставленный элемент FU1 и выключатель подачи питания SА1. Подключенный параллельно RU1 (варистор) служит защитой от скачков напряжения.

При помощи R1 (резистор токоограничения) и VD1 (диод) происходит питание светодиода HL1, который выполняет роль индикатора наличия сетевого напряжения.

К обмотке || подключается выпрямитель напряжения, расположенный на VD2-VD5 (диодные сборы). Положение релейных контактов К 1.1 определяет работу трансформатора как двухполупериодного с напряжением в районе 10 В или как мостового с напряжением примерно 20 В. От выпрямителя напряжение поступает к полевому транзистору.

При помощи конденсаторов С1 и С3 сглаживаются пульсации. При помощи резистора R17 обеспечивается минимальная нагрузка стабилизатора напряжения.

От собранного на VD6-VD9 (диоды) выпрямителя при участии С2 и С5 (конденсаторы) происходит питание параллельного стабилизатора на:

• микросхемах (DA1, ОУ DA2);
• реле К1;
• вентиляторе M1.

HL2 (светодиод) подает сигнал при наличии напряжения в этом выпрямителе.

Порог ограничения тока устанавливается резисторами:

Управление реле (К1) происходит при помощи резистора (VT2). Выходное напряжение устанавливается R19 (подстроечный резистор). При его превышении при помощи реле происходит переключение выходного напряжения. При превышении установленного R15 (резистор) значения максимальной температуры VT3 (транзистор) и RK1 (терморезистор) запускают в работу M1 (вентилятор). Чрезмерное напряжение реле и вентилятора распределяются, соответственно, на R13 и R18 (резисторы).

При превышении порогового значения тока нагрузки уменьшается напряжение выхода ОУ. VD 10 (диод) открывается, уменьшая напряжение на VT1 (затвор транзистора) до обеспечивающих протекание тока нормальных значений. Ограничение тока устанавливается R8 и R7 (резисторы) в интервалах 0-0,5 А и 0-5 А соответственно. При помощи конденсаторов обеспечивается устойчивое функционирование токоограничителя.

С увеличением их емкости значение устойчивости также увеличивается, однако уменьшается значение быстродействия токоограничителя.

На рисунке 3 изображены собранные выпрямители, транзисторы в монтаже с взаимосвязанными элементами. Выводы трансформатора оснащены гнездами, при необходимости их использования для них производится монтаж соответствующих им вилок, выпаянных из платы от старого ИБП.

Налаживание следует начинать с определения максимального значения напряжения на выходе при помощи R12 (резистор) с движком, расположенным сверху в схеме. При помощи подборки R13 (резистор) на К1 (реле) устанавливается номинальное значение напряжения. На вентиляторе напряжение устанавливает R18 (резистор).

Налаживание выходного токоограничителя происходит путем подключения последовательно соединенных амперметра и переменного резистора с сопротивлением 15 ом и мощностью 50 Вт.

Резисторы R1, R7 устанавливаются в положение в схеме слева, а R8 — справа, с его помощью происходит регулировка выходного тока.

Режим ограничения тока позволит зарядить аккумуляторы путем установки конечного напряжения и тока. В дальнейшем доработка осуществляется установкой оборудования:

• вольтметр;
• амперметр;
• комплексное измерительное устройство.

Возможные проблемы и нюансы

Проблемы, с которыми сталкивается большинство пользователей, схожи с проблемами при изготовлении простого блока питания. Они связаны с «просадкой» порогового напряжения и не имеют однозначного решения, кроме наладки в режиме осторожного экспериментального подбора.

Таким образом, из старого источника бесперебойного питания получится как простой самодельный блок питания, так и лабораторный блок питания.

Последний гораздо сложнее в изготовлении и потребует большего набора знаний и умений, а также дополнительного оборудования.

Источник