- Создание ИБП своими руками
- Как сделать бесперебойник своими руками?
- Что потребуется?
- Правила безопасности и важные советы
- Пошаговый алгоритм действий
- Схемы и пояснения
- Возможные проблемы и нюансы
- Блок питания с литиевым аккумулятором для портативных устройств
- Схема принципиальная БП на ADP2291
- Источник питания 3,3 В с литий-полимерным аккумулятором
- Блок питания 5 В с литий-полимерным аккумулятором
- Схема питания с литий-полимерным аккумулятором
Создание ИБП своими руками
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.
Как сделать бесперебойник своими руками?
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.
Из всех этих компонентов однозначно купленными будут аккумуляторы, и, поскольку на них все равно придется тратиться, то лучше купить новые, а не бывшие в употреблении. Зарядное устройство можно собрать самостоятельно, как и инвертор, хотя специалисты утверждают, что результат в любом случае будет уступать заводским образцам из-за низкого качества деталей и комплектующих.
Если принимается решение собирать оба узла самостоятельно, то следует использовать новые, качественные детали.
Правила безопасности и важные советы
Прежде всего, следует соблюдать правила безопасности при работе с электроприборами и с установками под напряжением. Если производится сборка всего ИБП или отдельных узлов своими руками, к перечню обычных требований прибавляются правила безопасности при работе с нагревательными приборами. Работа с паяльником требует осторожности, оптимальный вариант — использование паяльной станции с вытяжкой и специальной безопасной подставкой.
Важный момент — использование достаточно толстого соединительного провода. Если его сечение не будет соответствовать установленным нормам, провод будет сильно греться и может расплавиться, что вызовет прекращение работы комплекта и создаст угрозу возгорания.
Рекомендуется использовать медный многожильный провод сечением 12 мм2 («косичку»), который сможет выдержать ток до 100 А.
Пошаговый алгоритм действий
Для того чтобы изготовить бесперебойник своими руками, надо выполнить определенную последовательность действий. Прежде всего, надо определиться с тем, какие узлы будут созданы самостоятельно, а какие лучше приобрести в готовом виде. Затем нужно обзавестись необходимыми узлами, элементами и деталями комплекта, приобрести аккумуляторы. Начинать сборку без них не рекомендуется, так как зарядное устройство должно в точности соответствовать характеристикам АКБ.
Схемы и пояснения
Рассмотрим структурную схему ИБП.
Здесь инвертор и фильтр высших гармоник представлены как два разных блока, хотя на практике нередко они объединены в один узел.
Сначала преобразователь (другое название инвертора) получает с аккумуляторов постоянное напряжение 12 В, превращая его в импульсное переменное напряжение (меандр) 310 В. Затем при помощи фильтра высших гармоник срезаются излишки, доводя форму сигнала до синусоиды с амплитудой 220 В. На схеме отмечен важный момент — напряжение зарядного устройства для данных АКБ должно составлять 28,8 В. Эта величина позволяет обеспечить полноценную зарядку аккумуляторов без риска перезаряда, выкипания или выхода АКБ из строя.
Бесперебойное питание обеспечивается переключением с сетевого источника на ИБП, производящимся при изменениях сетевого напряжения — его падении или полном исчезновении. Некоторые приборы отсекают и скачки напряжения, переводя питание потребителей на ИБП до тех пор, пока сетевое напряжение не придет в норму.
Для переключения питания используется реле, на которое постоянно подается напряжение из сети.
При его значительном падении или отключении контакты реле переключают питание на ИБП, а при появлении напряжения — вновь замыкаются и включают подачу тока из сети.
Полезное видео на эту тему
Возможные проблемы и нюансы
Работа блока питания сопровождается сильным нагревом деталей и требует качественного охлаждения. Для этого обычно используется вентилятор соответствующего размера (иногда подходит компьютерный кулер, реже приходится устанавливать более крупные образцы). Распространенной ошибкой является присоединение питания вентиляторов к аккумуляторам (выходным клеммам). При переходе комплекта на автономный режим вентиляторы продолжают работать, способствуя разрядке АКБ, хотя в этом режиме они не нужны. За состоянием вентиляторов необходимо постоянно следить, они являются наиболее слабым звеном всей системы и часто выходят из строя, оставляя блок питания без охлаждения, чего допускать нельзя.
Необходимо следить за правильным соединением аккумуляторов. Последовательное соединение обеспечивает равномерную нагрузку и одинаковый расход заряда, тогда как при параллельном работает только один аккумулятор, что способствует его скорейшему выходу из строя.
Источник бесперебойного питания, созданный своими руками, проще поддается ремонту или модернизации.
Кроме того, подобный комплект можно использовать в связке с солнечными батареями или ветрогенератором, что существенно расширяет возможности ИБП и выводит его на автономный уровень функционирования.
Источник
Блок питания с литиевым аккумулятором для портативных устройств
Питание портативных электронных устройств от батареек — обычное явление. В таких устройствах уже давно применяются литий-ионные или литий-полимерные перезаряжаемые элементы. Они обязаны своей популярностью очень высокой плотности накопленной энергии (
300 Втч / л) и небольшому весу, что является результатом очень благоприятного соотношения веса и энергоэффективности (200 Втч / кг в зависимости от формы). Благодаря этим параметрам получаем небольшой объем, и как следствие легкий и простой в использовании источник питания с высоким КПД. Литий-полимерные батареи также не обладают эффектом памяти, который так усложнял жизнь при использовании никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов.
Недостатком этих элементов является довольно сложный процесс зарядки, за которым необходимо тщательно следить, чтобы сохранить долговечность и параметры элемента в течение более длительного периода времени. Зарядка многоэлементных батарей также затруднена, для чего необходимо сбалансировать процесс зарядки отдельных составляющих ячеек.
По этим причинам решения с использованием только одного литий-полимерного элемента очень популярны (например в мобильных телефонах). Некоторые производители полупроводников, включая ADI, ST, TI, MAXIM, LT, производят специальные интегральные схемы для зарядки литий-полимерных аккумуляторов для таких решений.
Но использовать литий-полимерные батареи просто так не получится. Требуется интеграция в схему питания всех элементов зарядки и проверки состояния батареи, а также преобразования постоянного напряжения до нужного уровня.
Выбранные элементы были под номинальное напряжение 3,7 В, полностью заряженное напряжение 4,2 В, емкость 2200 мАч и максимальный ток нагрузки 2 С.
Расчетные были следующими:
- Схема должна безопасно поддерживать полный цикл зарядки одного литий-полимерного элемента в последовательности CC / CV.
- Источником питания в процессе зарядки будет порт USB (5 В / 500 мА) или блок питания мобильного телефона (5,7 В / 800 мА).
- Встроенное зарядное устройство должно гарантировать что источник питания подключен и идет процесс зарядки. Он также должен позволять безопасно оставлять схему подключенной в течение любого времени после окончания зарядки.
- Система зарядки должна по желанию позволять выбирать такие параметры, как максимальный ток зарядки и максимальное время; предварительно выбранные параметры: 500 мА и 4 ч.
- Аккумулятор должен быть защищен от чрезмерного тока разряда (> 2 A).
- Влияние зарядного устройства на саморазряд элемента должно быть незначительным.
- Схема должна позволять отключать нагрузку с помощью логического (цифрового) сигнала.
- Преобразователь (регулятор) напряжения должен обеспечивать выходное напряжение 5,0 В ± 5% при максимальном токе нагрузки 1000 мА.
- Должна быть предусмотрена возможность измерения напряжения батареи и выходного напряжения с помощью внешней системы контроля.
Схема принципиальная БП на ADP2291
После анализа потребностей и доступности элементов для проекта, выбор пал на интегральные микросхемы от Analog Devices Inc: ADP2291 зарядное устройство и ADP1610 импульсный преобразователь. Они относительно дешевы и доступны в продаже. Схема разработанного решения представлена на рисунке ниже.
Выходной каскад включает в себя удвоитель, который позволяет получить дополнительное напряжение 9 В / 50 мА. Решение было протестировано и результаты подтвердили, что все проектные предположения выполнены.
Печатная плата разработанная для использования двухстороннего монтажа SMD, имеет размеры 52×28 мм.
Благодаря работе на частоте 700 кГц, система отличается компактной конструкцией — индуктивные элементы и фильтрующие конденсаторы имеют небольшие размеры, несмотря на большой допустимый выходной ток. Достигнутый КПД был выше 80% (в зависимости от величины тока нагрузки).
Разъединитель преобразователя напряжения на основе MOSFET-транзисторов настолько эффективно отделяет выходную цепь от аккумулятора, что даже после года хранения устройства от зарядки аккумулятора его напряжение упало всего примерно на 0,4 В (3,8 В), и схема сразу была готова к работе после включения.
Была успешно использована схема этого зарядного устройства с блоком питания 5 В / 1 А в нескольких различных проектах. А в одном из проектов возникла необходимость в питании цифровых схем на 3,3 В от аккумуляторов.
Самым простым и очевидным решением в такой ситуации было бы использование дополнительного стабилизатора, который снизил бы напряжение с 5 В до 3,3 В. Проблема в том, что такое решение снижает эффективность источника питания почти на 35%, что в случае питания от батареи является очевидным расточительством ёмкости.
Можно предположить, что изменяя значения элементов в цепи обратной связи управления напряжением, получим желаемое выходное напряжение 3,3 В. Но тут есть недостаток: преобразователь ADP1610 обычно работает в конфигурации «повышающий преобразователь», поэтому его выходное напряжение должно быть равно или превышать напряжение питания. Заряженная литий-полимерная батарея имеет напряжение 4,2–3,7 В и требует понижающего преобразователя для формирования 3,3 В.
Решением проблемы было использование конфигурации SEPIC (несимметричный первичный преобразователь индуктивности). Схема представлена на рисунке ниже.
Источник питания 3,3 В с литий-полимерным аккумулятором
В преобразователе этого типа вход и выход разделены для постоянного тока конденсатором C9. На этом этапе нужно использовать керамический конденсатор с очень низким значением ESR (паразитная индуктивность и последовательное сопротивление). Конденсатор должен иметь емкость 10 мкФ и быть неполярным — танталовые и электролитические алюминиевые конденсаторы не подходят для использования в этом месте. Этот блок питания представляется в двух конфигурациях.
Блок питания 5 В с литий-полимерным аккумулятором
Первый — это немного упрощенная версия с батареей 3,7 В / 1000 мАч. Ток зарядки в схеме был ограничен до 250 мА, схема включалась и выключалась с помощью микровыключателей (ВКЛ и ВЫКЛ) и сигнализации состояния переключения (светодиод «Power»). Схема также позволяет измерять напряжение аккумулятора.
Второе решение также обеспечивает возможность контроля напряжения батареи микроконтроллером семейства Atmel 89Cx051 и логического отключения схемы.
Схема питания с литий-полимерным аккумулятором
Подбор элементов в измерительных делителях обеспечивает возможность определения полного разряда аккумулятора путем сравнения напряжений на входах аналогового компаратора (AIN0 и AIN1) и отключения питания установкой низкого состояния на выходе P3.7.
Преобразователь формирует стабильное постоянное напряжение 5,0 В при потреблении тока в диапазоне 30-600 мА. В таком виде и использовалась схема: зарядное устройство — блок питания — нагрузка, надёжно отработав уже несколько лет.
| ||
Электрофорез «Поток-1» — схема, инструкция и самостоятельное изготовление медицинского прибора.
Самодельный аккумулятор на 9 В, литий-полимерный, собранный под стандартный корпус типа Крона.
Усилитель мощности звука с двойной термостабилизацией — теория работы схемы и практическое тестирование.