Самодельный источник бесперебойного питания. Схема источника бесперебойного питания Бесперебойное питание 12 вольт схема

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

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

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

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

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

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

К сожалению и этот UPS не подошел для данной задачи.

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

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

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

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

Схема достаточна проста, и не содержит дефицитных деталей.

Устройство состоит из следующих узлов:

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

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

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

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

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

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

Прошивка для микроконтроллера была написана на «скорую руку».

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

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

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

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

За месяц простоя напряжения на батареях упало до 7вольт.

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

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

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

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

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

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

В целом ИБП оказался достаточно надежным.

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

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

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

Файлы проекта.

ИБП используются для защиты различных типов электрооборудования в первую очередь компьютерной техники от перепадов напряжения в сети, а также могут в течение нескольких минут, часов или даже суток поддерживать их работу при полном отключении электроэнергии

Источник бесперебойного питания способен справиться со следующими проблемами в электросети : полное отключение питающей сети, высоковольтные импульсные помехи, долговременные и кратковременные всплески напряжения; высокочастотный шум или помехи имеющие место быть в электросети, отклонение частоты более чем на 3 Гц.

Важными параметрами ИБП, является время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей и время автономной работы от аккумуляторной батареи.

Резервная схема построения ИБП в рабочем режиме питание нагрузки происходит от электрической сети, которое источник бесперебойного питания фильтрует на предмет высоковольтных импульсов и электромагнитных помех пассивными фильтрами.

При отклонениях сетевого напряжения за нормированные значения нагрузка автоматически подключается к питанию от аккумуляторов с помощью схемы инвертора, которая имеется в каждом ИБП. Как только напряжение в сети войдет в норму источник бесперебойного питания переключит нагрузку на электропитание от сети.

Интерактивная схема ИБП аналогична резервной схеме, но дополнительно на входе установлен ступенчатый стабилизатор напряжения на основе автотрансформатора, позволяющий регулировать выходное напряжение. При обычном режиме работы ИБП работающие по интерактивной схеме не регулируют частоту, а вот в случае отсутствия напряжения он начинает питаться от инвертора с аккумуляторной батареей. Плюсом такой схемы является более короткое время переключения. Кроме того осуществляется синхронизация инвертора с входным напряжением.

Схема двойного преобразования ИБП работает следующим образом: Входное переменное напряжение преобразуется в постоянное, затем с помощью инвертора обратно в переменное. В случае отсутствия входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов происходит мгновенно, т.к аккумуляторы включены в цепь постоянно.

Основные блоки и узлы которые могут входить в состав ИБП:

Устройство коммутаций
Сетевой фильтр
Зарядное устройство
Аккумуляторная батарея
Инвертор: Преобразователь переменного напряжения в постоянное, Стабилизатор постоянного напряжения, Преобразователь постоянного напряжения в переменное
Устройство коммутаций байпас
Датчик тока
Исходный фильтр
Датчик температуры
Интерфейс
Устройство индикации

Входное сетевое напряжение 220В, 50Гц подается через устройство коммутации и сетевой фильтр на зарядное устройство. Сетевой фильтр необходим для исключения попадания помех в питающую сеть, зарядное устройство осуществляет зарядку аккумуляторной батареи при условии наличия сетевого напряжения.

Инвертор входит в состав любого ИБП. Он построен на основе полупроводникового преобразователя постоянного напряжения АБ в переменное напряжение, поступающее на нагрузку. Часто инвертор совмещает в себе функции как собственно инвертора, так и зарядного устройства. В зависимости от типа ИБП инвертор выдает напряжение различной формы

Байпас - устройство коммутаций. Это устройство используется для непосредственной связи входа и выхода ИБП, исключая схему резервирования питания.

Байпас выполняет следующие функции:

включение или отключение ИБП

перевод нагрузки с инвертора на байпас в случае перегрузок и коротких замыканий на выходе

перевод нагрузки с инвертора на байпас с целью снижения потерь электроэнергии

Статический байпас собран на основе тиристорного ключа из встречно-паралельно включенных тиристоров. Управление ключом происходит от системы управления ИБП

Импульсный блок питания был взят готовый на 28 В, 50А, но можно собрать и самому схем существует великое множество. К импульсному источнику питания подключены два последовательно соединенных 12 вольтовых автомобильных аккумулятора. Инвертор тоже был использован готовый, т.к цена на его комплектующие почти в два раза выше готового устройства. Данного ИБП хватает почти на сутки энергопотребления небольшого частного дома. В случае длительного отключения, а в наших сибирских просторах это часто бывает, включаю на 6 часов дизель-генератор.

Наш ИБП рассчитан на следующие возможности: прямое преобразование из постоянного 12 вольтового напряжения в переменное 220 В с частотой 50 Гц. Максимальная мощность этой схемы ИБП 220 Вт. Обратное преобразование применяется для заряда аккумуляторной батареи. Ток заряда 6 А. Схема обеспечивает быстрое переключение из прямого преобразования в обратный режим.

На радиокомпонентах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 сделан тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой следования 50 Гц. Генератор, задает режим работы биполярных транзисторов VT1, VT6. В их коллекторную цепь подсоединены обмотки IIa, IIб трансформатора. Сетевой фильтр собран на пассивных компонентах С1, С2, L1, а на радиоэлементах VD1, СЗ, С4 фильтр тактового генератора.

Источник бесперебойного питания. Характеристики устройства: прямое преобразование из постоянного 12-ти вольтового напряжения в переменное 220 В с частотой 50 Гц (). Максимальная мощность — 220 Вт. Обратное преобразование — используется для заряда аккумулятора. Зарядный ток около 6 А. Быстрое переключение из прямого преобразования в обратный режим.

Схема источника бесперебойного питания представлена ниже

На элементах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 собран тактовый генератор, который вырабатывает импульсы с частотой в среднем 50 Гц. Генератор, управляет работой транзисторов VT1, VT6. В коллекторную цепь этих транзисторов подключены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1.

В качестве выпрямителя в обратном режиме и для защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме используются диоды VD2, VD3. Сетевой фильтр выполнен на элементах С1, С2, L1, а на элементах VD1, СЗ, С4 фильтр тактового генератора.

Работа источник бесперебойного питания:

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

Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А, что соответствует мощности 220 Вт.

Детали и конструкция

Т1 — можно применить любой трансформатор, на выходе обеспечивающий два напряжения 10В с током нагрузки до 10 А. Катушка L1 изготовлена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ. Кольцо следует предварительно обмотать лакотканью, а затем намотать две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,55…0,70 мм. Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 следует установить на радиатор площадью не менее 200 см2. через слюдяные пластинки.

Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.

На днях заказал 10 мощных 10 ваттных светодиодов. Светодиоды уже едут из Китая, а тем временем задумался об их запитке. Светодиоды рассчитаны на напряжение 12 вольт.

Для питания этих светодиодов было решено собрать импульсный блок питания на довольно известной микросхеме IR2153. Была найдена печатная плата в описании к видеоролику из цикла «импульсный блок питания для чайников» от АКА. Плата там немного недоделанная, не хватает пары дорожек, пришлось немного поправить, сделать толще дорожки, переделать под свои транзисторы в корпусе TO-247, переделать низковольтную (выходную) часть так же под свои нужды.

Схема БП

Выход тут не стабилизирован никак, поэтому была добавлена стабилизация на стабилизаторе 278R12, но он ток всего 2 Ампера, поэтому он б ыл умощнён PNP транзистором TIP36C, по даташитовской схеме:

Таким образом мы увеличиваем максимальный выходной ток в несколько раз. На выходе получаем вот такую схему

Под данную схему была поправлена печатая плата

Плата сделана под уже готовый трансформатор, свои транзисторы и радиаторы (видим площадки для припайки радиаторов). Плата имеет размеры 85х90мм

Собираем все компоненты для блока питания

Подготавливаем стеклотекстолит. Отрезаем прямоугольник 85х90мм.

У меня он двухсторонний, поэтому снимаем одну из сторон фольги.

Усаживаем транзисторы на радиаторы через подложки и термопасту

Мотаем трансформатор.

Первичная обмотка – две полуобмотки по 20 витков каждая проводом 0.8мм, средняя точка никуда не паяется, сделаны две полуобмотки, чтобы между ними намотать вторичную обмотку, которая содержит 4 витка провода 1мм тремя жилами.

Теперь утюжим, травим плату, сверлим отверстия и лудим дорожки. Затем впаиваем компоненты и получаем такой блок питания

Вид со стороны дорожек

Во время сборки кончился припой, пришлось растягивать, поэтому дорожки не до конца пропаяны. Конечно же будут утолщены позже.

После сборки внимательно проверяем монтаж. Теперь подключаем блок питания в сеть через лампу 220в 100вт. Я подключал не в сеть, а к самодельному преобразователю 12-220. Сделано это для того, чтобы схема не бабахнула при неверном монтаже. У меня обнаружилось 2 косяка (лампа горела процентов на 30), 1 – неверно спроектировал плату в районе стабилизатора (в архиве она исправлена и полностью рабочая) 2- ляпнул припоем между + и – выхода БП. После устранения неполадок схема завелась без проблем. После лампу можно отключить и подключить БП в сеть 220в напрямую.

На выходе БП имеем напряжение 12 вольт ровно, на выходе диодного моста после трансформатора в моём случае получилось 16 вольт, под нагрузкой в 60 ватт – 14.5 вольт, на выходе 11.8 вольт. Падение на 0.2 вольта в моём случае даже хорошо, будет проще жить светодиодам. Итак мы имеем падение напряжения на стабилизаторе в 2.5 вольта, при потреблении нагрузки 10А – это 25 ватт рассеиваемой мощности на стабилизаторе, что не совсем вкусно (меня не особо волнует), сократить эту рассеиваемую мощость можно уменьшением напряжения на выходе трансформатора (уменьшить на пол витка вторичку, либо увеличить на несколько витков первичку, либо понизить частоту ирки). Так же можно применить например импульсный стабилизатор, в таком случае моща, уходящая в тепло будет ничтожно мала.

Меня последнее не волнует, я буду юзать небольшой кулер.

Так же тепловыделение наблюдается на резисторе по питанию микросхемы, в моём случае от 15 кОм 3Вт, будет заменён на 5Вт.

Если наблюдаются ритмичные включения-выключения схемы, то следует уменьшить номинал резистора например до 12кОм либо увеличить ёмкость электролита стоящего по питанию микросхемы, чт и было сделано в моём случае, до 470мкФ.

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

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

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

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

Самодельный источник бесперебойного питания схема

Источник бесперебойного питания обеспечивает:

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

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

Быстрое переключение из прямого в обратный режим.

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

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

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

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

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

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