Источник бесперебойного питания. Схема и описание устройства. Создание ибп своими руками Самодельный бесперебойник на 12 вольт

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.

Вообще изначально данная статья писалась очень давно, более двух лет назад. Но в данном случае я решил, что информация из нее может быть полезна и использована на благо мастеров 3D печати.

Суть данной статьи в том, чтобы превратить обычный блок питания в маленький бесперебойник с выходом примерно 11-13.5 Вольт.

В качестве примера будет БП с мощностью 36 Ватт, но практически без доработок схема применима к более мощным БП и с доработками к .

Но сначала просто миниобзор самого БП, сорри за качество фото, снималось на паяльник.

На торце указаны технические характеристики.

Характеристики меня немного запутали, обычно или указывают полный диапазон, или если есть выбор 110/220, то соответственно есть переключатель и внутри схема сетевого выпрямителя с переключением на удвоение. Здесь никакого переключателя не было. Позже посмотрим внимательнее что внутри.

Размеры относительно небольшие.

С торца расположены клеммы подключения 220 Вольт, клемма заземления и клеммы выхода 12 Вольт. Так же здесь расположен светодиод, который показывает наличие выходного напряжения и подстроечный резистор для корректировки выходного напряжения.

После вскрытия моему взору предстала печатная плата данного блока питания.

На плате распаян полноценный входной фильтр, конденсатор 33мкФ 400 В (вполне нормально для заявленной мощности), высоковольтная часть, сделанная по схемотехнике автогенератора (когда заказывал, то надеялся что будет стандартная UC3842), выходной фильтр из двух конденсаторов 470мкФ 25 Вольт и дросселя. Емкость выходного фильтра маловата, я бы поставил раза в 2 больше.

Силовой транзистор 5N60D - только в корпусе ТО-220.

Выходной диод - stps20h100ct - аналогично в корпусе ТО-220.

Схема стабилизации и обратной связи сделана на TL431.

Обратная сторона платы.

Ничего необычного, пайка среднего качества, флюс смыт, довольно аккуратно.

Но удивила маркировка на плате (она есть и с верхней стороны).

SM-24W, может изначально БП был 24 Ватта, потом решили что маловато будет и написали 36?

Эксперименты покажут.

Первое включение, ничего не бахнуло, уже неплохо.

Нагрузил блок питания классическими неубиваемыми советскими резисторами, 10 Ом 2 штуки параллельно.

Ток около 2.5 Ампера.

Напряжение измерял после проводов к резисторам, потому немного просело.

Оставил так, пошел попить чайку и покурить, ждал что рванет.

Не рвануло, даже почти не нагрелось, градусов 40, ну может 45, специально не измерял, по ощущениям немного теплый.

Догрузил еще на 0.22 А (не нашел ничего рядом подходящего), ничего не изменилось.

Решил на этом не останавливаться и повесил на выход еще один резистор 10 Ом.

Напряжение просело до 10.05 Вольта, но блок питания продолжал упорно работать.

К слову я был настроен скептически по отношению к данному блоку питания, в основном из-за его схемотехники, как то вот привык работать с более дорогими блоками питания, где есть ШИМ контроллер, контроль тока и т.п. Практика показала, что такой вариант тоже вполне жизнеспособен.

Дальше я решил перейти к нестандартной части испытаний и попробовать добиться от него того, для чего я хотел его взять. Собственно постоянные читатели моих обзоров привыкли, что я люблю не только показать товар в обзоре, а и применить его, не буду вас расстраивать и в этот раз.

Допилинг

Началось все с того, что позвонил товарищ и спросил, можно ли сделать небольшой бесперебойничек для питания электромагнитного замка и контроллера. Живет он в частном секторе, свет иногда ненадолго, да пропадет. Аккумулятор у него уже был, остался от компьютерного бесперебойника, большой ток уже не тянет, а с замком вполне нормально справляется.

В общем накидал небольшую добавочную платку к этому блоку питания.

Платка, схема и небольшое описание процесса.

Схема.

И страссированная по ней плата.

Схема обеспечивает ограничение тока заряда (в моем случае настроено на 400мА), защиту от переразряда аккумулятора (настроено на 10 Вольт), простенькую защиту от переполюсовки аккумулятора (кроме случая если переполюсовать прямо на ходу), ну и собственно функцию подачи напряжения от аккумулятора на выход блока питания.

Перенес платку на текстолит, покрыл припоем.

Подобрал детали.

Спаял плату, реле стоит другое, так как сначала не заметил что оно на 5 Вольт, пришлось поискать на 12.

Пояснения по схеме.

С2 в принципе можно не ставить, тогда R5 и R6 заменяются одним на 9.1-10 кОм.

Он нужен для уменьшения ложных срабатываний при резком изменении нагрузки.

В идеале конечно лучше было бы домотать пару витков в дополнение ко вторичной обмотке, так как блок питания работает с перегрузом по напряжению в 20%. Испытания показали что работает все отлично, но лучше либо домотать немного вторичную обмотку, либо еще лучше - дорабатывать БП на 15 Вольт, а не на 12 . В моем случае пришлось еще изменить номинал резистора в делителе обратной связи у блока питания, на схеме это R7, там стоят 4.7 кОм, я поставил 4.3 кОм, в случае применения БП на 15 Вольт, этого скорее всего делать не придется.

После сборки платы встроил ее в блок питания.

На плате обозначены точки подключения и видно место, где перерезана минусовая дорожка (над цифрой 3).

Плату обмотал скотчем, и уложил на более-менее свободное место.

После (на самом деле лучше до того как изолируем скотчем) выставил выходное напряжение блока питания 13.8 Вольта (это напряжение которое будет поддерживаться на аккумуляторе, обычно выставляется в диапазоне 13.8-13.85.

Вот вид собранного и настроенного устройства.

Подключил небольшую нагрузку и аккумулятор. Ток заряда 0.39А (может немного падать по мере прогрева).

Отключил блок питания от сети, нагрузка продолжает работать, на мультиметре ток нагрузки +ток потребления реле + ток потребления цепей измерения.

Товарищу надо было бесперебойник на ток 0.8-1 Ампер, я нагрузил немного больше.

После этого подключил питание 220 Вольт, на одном мультиметре напряжение на нагрузке (будет еще подниматься, аккумулятор не заряжен), на втором ток заряда (немного просел из-за прогрева).

В общем на мой взгляд переделка удалась, от такого БП можно питать небольшие нагрузки, до 1-1.5 Ампера. Больше не стал бы, так как БП в нештатном режиме. Если использовать БП на 15 Вольт, то ток можно поднять, но надо всегда учитывать ток заряда аккумулятора (он определяется резистором R1. 1.6 Ома дает тока заряда около 0.4 А, чем меньше сопротивление, тем больше ток и наоборот.

Если кто то несогласен с настроенным током заряда, напряжением окончания заряда и авто отключения, то это все легко меняется, если надо, объясню как это сделать.

Вы конечно спросите, при чем здесь 3D принтеры и этот мелкий блок питания.

Все просто, как я писал в самом начале, можно взять мощный блок питания, применить более мощные компоненты в плате которую я делал и получить бесперебойник, который не имеет такого понятия как "время переключения", т.е. фактически "онлайн". А так как печать идет очень долго, то это может быть весьма полезно в плане бесперебойности работы. Кроме того КПД такой системы заметно выше чем у традиционных УПСов.

Для применения с большими токами надо заменить на моей плате диод VD1 на любой Шоттки с током более 30 Ампер (например выпаянный из компьютерного БП) и установить его на радиатор, Реле на любое с током контактов более 20 Ампер и обмоткой с током не более 100мА (а лучше до 80). Кроме того возможно понадобится увеличение тока заряда, это делается путем уменьшения номинала резистора R1 до 0.6-1 Ом.

Есть и промышленные БП с такой функцией, по крайней мере я знаю пару таких производства Meanwell, но:

1. Они очень дорогие

2. Выпускаются мощностью 55 и 150 Ватт, что не так много.

Вроде все, если есть вопросы, буду рад обсудить.

ИБП – это очень выгодный прибор. Пока он работает, у пользователя нет проблем с электроснабжением. Но на этом функциональность данного прибора не заканчивается. Простейшая доработка бесперебойника дает возможность создать на его базе такие устройства как преобразователь, блок питания и зарядка.

Как бесперебойник переделать в преобразователь напряжения 12/220 В

Преобразователь напряжения (инвертор) превращает постоянный 12-вольтовый ток в переменный, попутно повышая напряжение до 220 вольт. Средняя стоимость такого устройства – 60-70 долларов США. Однако даже у владельцев изношенных бесперебойников с функцией старта от батареи есть вполне реальный шанс получить работоспособный преобразователь фактически даром. Для этого нужно сделать следующее:

Вскрыть корпус ИБП.

Демонтировать аккумулятор, сняв с клемм накопителя два провода – красный (на плюс) и черный (на минус).

Демонтировать спикер – устройство звуковой сигнализации, похожее на сантиметровую шайбу.

Припаять к красному проводу предохранитель. Большинство конструкторов советуют использовать предохранители на 5 ампер.

Соединить предохранитель с контактом «входа» ИБП – гнезда, куда вставлялся кабель, соединяющий бесперебойник с розеткой.

Соединить черный провод со свободным контактом гнезда «входа».

Взять штатный кабель для подключения ИБП к розетке, срезать вилку. Подключить разъем в гнездо входа и определить цвета проводов, соответствующие красному и черному контактам.

Подсоединить провод от красного контакта к плюсу аккумулятора, а от черного – к минусу.

Включить ИБП.

Внутреннее устройство ИБП Eaton 5P 1150i

Такую трансформацию допускают только бесперебойники с функцией старта от батареи. То есть ИБП должен изначально уметь включаться от , без подключения к розетке.

Если у ИБП есть штатная розетка – 220 вольт можно снимать с ее контактов. Если таковой розетки нет – ее заменит удлинитель, подключенный к гнезду «выхода» бесперебойника. Вилка удлинителя удаляется, после чего провода припаиваются к контактам гнезда «выхода».

Основные недостатки подобных преобразователей :

• Рекомендуемое время работы такого инвертора – до 20 минут, поскольку ИБП не рассчитаны на длительную работу от аккумуляторов. Однако этот недостаток можно устранить, врезав в корпус ИБП компьютерный вентилятор, работающий от 12 В.
• Отсутствие контроллера заряда аккумулятора. Пользователю придется периодически проверять напряжение на клеммах накопителя. Для устранения этого недостатка в конструкцию преобразователя можно врезать обычное автомобильное реле, припаяв красный провод за предохранителем к 87 контакту. При правильном подключении такое реле разомкнет подачу энергии при падении напряжения на аккумуляторе ниже 12 вольт.

Как из бесперебойника сделать блок питания

В этом случае из всей конструкции бесперебойника понадобится только . Поэтому решившемуся на подобную переделку ИБП пользователю придется либо распотрошить весь ИБП, оставив только корпус и трансформатор, либо снять эту деталь, заготовив для нее отдельный корпус. Далее действуют по следующему плану:

С помощью омметра определяют обмотку с самым большим сопротивлением.Типовые цвета – черный и белый. Эти провода будут входом в блок питания. Если трансформатор остался в ИБП, то этот шаг можно пропустить – входом в самодельный блок питания в этом случае будет «входное» гнездо на торце ИБП, связующее прибор с розеткой.

Далее на трансформатор подают переменный ток на 220 вольт. После этого с оставшихся контактов снимают напряжение, подыскивая пару с разностью потенциалов до 15 вольт. Типовые цвета – белый и желтый. Эти провода будут выходом из блока питания.

Вход в блок питания формируют из проводов, по одну сторону от сердечника. Выход из блока формируют из проводов, расположенных с противоположной стороны.

На выходе из блока питания ставят диодный мост.

Потребители подключаются к контактам диодного моста.

Трансформатор

Типовое напряжение на выходе из трансформатора – до 15 В, однако оно просядет после подключения к самодельному блоку питания нагрузки. Вольтаж на выходе конструктору такого устройства придется подбирать путем экспериментов. Поэтому практика использования трансформатора ИБП как основы блока питания для компьютера – это далеко не самая лучшая идея.

Переделка бесперебойника под зарядку

В этом случае не нужна минимальная трансформация, похожая на описанную абзацем выше. Ведь у бесперебойника есть своя батарея, которая заряжается по мере надобности. В итоге для превращения ИБП в зарядное устройство нужно сделать следующее:

Обнаружить первичный и вторичный контур трансформатора. Этот процесс описан абзацем выше.

Подать на первичный контур 220 вольт, врезав в цепь регулятор напряжения – в качестве такового можно использовать реостат для лампочек, заменяющий традиционный выключатель.

Регулятор поможет откалибровать напряжение на обмотке выходе в пределах от 0 до 14-15 вольт. Место врезки регулятора – перед первичной обмоткой.

Подключить к вторичной обмотке трансформатора диодный мост на 40-50 ампер.

Соединить клеммы диодного моста с соответствующими полюсами аккумулятора.

Уровень заряда аккумулятора контролируется по его индикатору или вольтметром.

Написать письмо

По любому вопросу вы можете воспользоваться данной формой.

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.