Простейший ибп

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

Пример миниатюрных импульсных БП

Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Что можно сделать?

Из старого бесперебойника может получиться множество устройств на скорую руку. Кроме всего прочего, среди них следует особо отметить полезные в быту:

зарядное устройство;
простой инвертор;
ИБП для газового котла;
источник 12 вольт (для магнитолы и других целей).

Зарядное устройство

Чтобы из старого бесперебойника сделать зарядное устройство, действовать нужно следующим образом:

во-первых, определяются первичный и вторичный контуры трансформатора;
на первичный подается 220 В путем врезки в цепь регулятора напряжения (подойдет реостат для лампочки);
мост примерно на 40-50 ампер подключается ко вторичной трансформаторной обмотке;
соединить клеммы и соответствующие полюса аккумулятора.

Калибровка напряжения будет осуществляться импровизированным регулятором в пределах 0-15 вольт.

Контролировать уровень заряда придется согласно индикатору или при помощи вольтметра.

Простой инвертор

Из трансформатора без аккумулятора получится рабочий инвертор для автомобиля. Процесс сборки будет происходить по следующей схеме:

разборка бесперебойника: удаление аккумулятора, откус клемм, зачистка концов;
поиск разъема для подключения к сети (при наличии разъема, его следует удалить, при отсутствии — от платы откусываются провода, концы зачищаются);
провода от аккумулятора при помощи паяльника необходимо соединить с проводами от расположенного на задней панели разъема, места пайки не изолируются;
к устройству припаивается гнездо прикуривателя с соблюдением полярности и изоляцией мест пайки;
исключается внутренний динамик устройства (отрывается плоскогубцами или снимается плата);
сборка корпуса путем добавления стандартных розеток (для некоторых ИБП они уже включены в изначальную конструкцию).

ИБП для газового котла

Компьютерный ИБП подойдет и для газового котла. Процесс преобразования стоит производить следующим образом:

удаление неисправного блока питания;
создание контактных зажимов с учетом соблюдения полярности (лучше сделать зажимы разного цвета для обозначения плюса и минуса) путем проделки 2-х отверстий, фиксации контактных зажимов и припайки к ним ранее подходящих к внутреннему блоку питания от компьютера проводов;
для недопущения преждевременной поломки устройства из-за перегрева потребуется монтаж вентиляторов с корпусом или без, подключаемых последовательно (для их запуска рекомендуется использовать светодиод, припаяв его выводы к обмотке маленького реле, причем к одному из контактов реле потребуется припаять провод от входящего “+” батареи аккумулятора, а ко второму — свободный провод красного цвета от вентилятора, другой свободный провод черного цвета припаивается к минусу батареи).

Источник 12 вольт

Вышедший из строя бесперебойник можно адаптировать и под источник 12 вольт. Делается это очень просто. Во-первых, к шнуру бесперебойника потребуется подсоединить розетку. Для этого от него первоначально отрезается один конец. После выполнения этой процедуры при помощи бесперебойника уже можно заряжать телефон. Путем дальнейших несложных преобразований, описанных выше, можно увеличить мощность самодельного устройства (см. часть про инвертор).

Таким образом, старый бесперебойник из компьютера подойдет для различных целей. Описанные устройства — лишь неполный список того, что можно сделать, обладая элементарными знаниями в физике.

Поэтому рекомендуем не спешить выкидывать старый компьютер — внутри может найтись много всего интересного!

Также обращаем особое внимание всех наших читателей на необходимость неукоснительного соблюдения техники безопасности и мер предосторожности

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Окончательная сборка

Осталось заключить работающую схему в прибор, попутно изменяя и дополняя конструкцию.

Прежде всего демонтируем лишние разъемы, кнопки с соответствующими проводами, сигнальный динамик. Освобождается пространство под установку одного или двух кулеров. Их установка защитит устройство от перегрева. Логично соорудить сквозную вентиляцию. Для поступления воздуха в корпус придется высверлить отверстия или вырезать окошки. Вырезанные отверстия следует прикрыть защитной сеткой во избежание попадания пыли и грязи. Подсоединяются кулеры к 12-вольтовой ветке.

Все соединения проверяются, провода укладываются внутри корпуса, при необходимости крепятся. Нужно убедиться, что вентиляторы плотно заняли свои места. Иногда после изъятия оригинальных аккумуляторов трансформатор оказывается слабо зафиксированным, поэтому нужно дополнительно укрепить его, например, удерживающей пластиной (не металлической).

Предусмотреть крепление розетки на корпусе или просверлить дополнительное отверстие для вывода проводов.

Неплохо установить отдельный выключатель: скорее, для защиты автомобильного аккумулятора от полного разряда, в случае если забудете отключиться. Также можно разработать электронную схему, срабатывающую при заданном уровне заряда.

Что еще можно сделать?

Интересным и экономически оправданным шагом будет ответ на вопрос, что можно сделать из старого бесперебойника от компьютера. Помимо вышеописанных устройств, старые БП компьютеров очень часто используют для переделки в сварочные аппараты, в блоки питания для динамических усилителей звука и различного ремонтного инструмента (электродрелей, шуруповертов).

Наиболее экономически выгодной операцией считается переделка БП от компьютера в электросварочный аппарат, так как исходя из сегодняшних рыночных цен на такую технику у домашнего мастера появляется возможность сэкономить в среднем 5-6 тысяч рублей.

Подобное устройство на скорую руку не гарантирует получение сварочного аппарата, соответствующего всем техническим нормам ГОСТа, установленным для промышленных предприятий, но вполне может использоваться в подсобных целях на дачах и в небольших фермерских хозяйствах.

Переделанный из бесперебойника сварочный аппарат в работе использует электроды с диаметром сечения 2 мм. Для переделки годится ИБП от компьютера с АКБ на 24 В и рабочей мощностью 1000 Вт. С помощью отвертки блок питания разбирается. Для сварочного аппарата от ИБП потребуется только его трансформатор без аккумулятора, первичная обмотка которого подключается к сети 220 В.

Превращение в инвертор

Еще проще сделать своими руками из перебойника инвертор простейшего типа . Из инструментов и приспособлений потребуются:

розетка;
крокодильчики;
паяльник;
пассатижи.

Крокодильчики успешно заменят лапы для автомобильного прикуривателя.

Перед разборкой необходимо убедиться в том, что разбираемый блок снабжен функцией «холодного пуска», то есть способен включаться без подключения к сети 220 В. В противном случае будущий инвертор не сможет работать от аккумулятора. Переделка ИБП в инвертор состоит из 3-х операций:

подключения розетки к выходу сзади на ИБП;
удаления из рабочей схемы спикера;
припаивания новых проводов.

Вторую операцию проводят с помощью паяльника или пассатижей.

Спикер выпаивается для того, чтобы инвертор не пищал во время работы из-за отсутствия в цепи напряжения 220 В.

В том случае, если инвертор планируется эксплуатировать в интенсивном режиме более получаса, внутрь блока необходимо установить вентилятор так, чтобы воздух снаружи все время охлаждал работающий инвертор. Допускается использование вентиляторов с корпусом.

Остается припаять вместо старых проводов новые провода необходимой длины и для оптимизации работы включить в рабочую схему инвертора вольтметр.

Самостоятельное изготовление блока питания

ИБП можно изготовить своими руками. Для этого понадобятся небольшие изменения в перемычке электронного дросселя. Далее выполняется подключение к импульсному трансформатору и выпрямителю. Отдельные элементы схемы удаляются ввиду их ненужности.

Если блок питания не слишком высокомощный (до 20 Вт), трансформатор устанавливать необязательно. Хватит нескольких витков проводника, намотанных на магнитопровод, расположенный на балласте лампочки. Однако осуществить эту операцию можно только при наличии достаточного места под обмотку. Для нее подходит, к примеру, проводник типа МГТФ с фторопластовым изоляционным слоем.

Провода обычно нужно не так много, поскольку практически весь просвет магнитопровода отдается изоляции. Именно этот фактор ограничивает мощность таких блоков. Для увеличения мощности потребуется трансформатор импульсного типа.

Импульсный трансформатор

Отличительной характеристикой такой разновидности ИИП (импульсного источника питания) считается возможность его подстраивания под характеристики трансформатора. Кроме того, в системе нет цепи обратной связи. Схема подключения такова, что в особенно точных подсчетах параметров трансформатора нет необходимости. Даже если будет допущена грубая ошибка при расчетах, источник бесперебойного питания скорее всего будет функционировать.

Импульсный трансформатор создается на основе дросселя, на который накладывается вторичная обмотка. В качестве таковой используется лакированный медный провод.

Межобмоточный изоляционный слой чаще всего выполнен из бумаги. В некоторых случаях на обмотку нанесена синтетическая пленка. Однако даже в этом случае следует дополнительно обезопаситься и намотать 3-4 слоя специального электрозащитного картона. В крайнем случае используется бумага толщиной от 0,1 миллиметра. Медный провод накладывается только после того, как предусмотрена данная мера безопасности.

Что касается диаметра проводника, он должен быть максимально возможным. Количество витков во вторичной обмотке невелико, поэтому подходящий диаметр обычно выбирают методом проб и ошибок.

Выпрямитель

Чтобы не допустить насыщения магнитопровода в источнике бесперебойного питания, используют исключительно двухполупериодные выходные выпрямители. Для импульсного трансформатора, работающего на уменьшение напряжения, оптимальной считается схема с нулевой отметкой. Однако для нее нужно изготовить две абсолютно симметричные вторичные обмотки.

Для импульсного источника бесперебойного питания не подойдет обычный выпрямитель, функционирующий согласно схеме диодного моста (на кремниевых диодах). Дело в том, что на каждые 100 Вт транспортируемой мощности потери составят не менее 32 Вт. Если же изготавливать выпрямитель из мощных импульсных диодов, затраты будут велики.

Наладка источника бесперебойного питания

Когда собран блок питания, остается присоединить его к наибольшей нагрузке, чтобы проверить — не перегреваются ли транзисторы и трансформатор. Температурный максимум для трансформатора — 65 градусов, а для транзисторов — 40 градусов. Если трансформатор чересчур нагревается, нужно взять проводник с большим сечением или же увеличить габаритную мощность магнитопровода.

Перечисленные действия можно выполнить одновременно. Для трансформаторов из дроссельных балансов нарастить сечение проводника вероятнее всего не удастся. В этом случае единственный вариант — сокращение нагрузки.

ИБП высокой мощности

В некоторых случаях стандартной мощности балласта не хватает. В качестве примера приведем такую ситуацию: есть лампа мощностью 24 Вт и необходим ИБП для зарядки с характеристиками 12 B/8 A.

Для реализации схемы понадобится неиспользуемый компьютерный БП. Из блока достаем силовой трансформатор вместе с цепью R4C8. Данная цепочка защищает силовые транзисторы от чрезмерного напряжения. Силовой трансформатор соединяем с электронным балластом. В этой ситуации трансформатор заменяет дроссель. Ниже изображена схема сборки источника бесперебойного питания, основанная на лампочке-экономке.

Из практики известно, что данная разновидность блоков дает возможность получать до 45 Вт мощности. Нагревание транзисторов находится в рамках нормы, не превышая 50 градусов. Чтобы полностью исключить перегревание, рекомендуется вмонтировать в транзисторные базы трансформатор с большим сечением сердечника. Транзисторы ставят непосредственно на радиатор.

Коммуникационный кабель

Через этот порт UPS можно подключить к COM-порту компьютера с помощью кабеля с кодом 940-0020B. Схема электрическая принципиальная кабеля приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема кабеля 940-0020B

Когда пропадает внешнее питание (отключили свет, например) на линии Line Fail является высокий уровень. Программа мониторинга UPS (например, PowerChute) обнаруживает это и, выполнив указанные ей действия, начинает выключение компьютера, после чего активизируется линия Shutdown, инвертор UPS отключается и компьютер обесточивается. Однако, здесь есть две особенности.

1. Как отмечено в , Windows при завершении работы компьютера блокирует COM-порт и программа не может управлять 4 ногой порта. Smart UPS решает эту проблему введением специальной задержки (порядка 6 сек) между появлением сигнала Shutdown и обесточиванием нагрузки. В Back UPS такая задержка не предусмотрена и поэтому под Windows 2000 PowerChute Plus 5.2.1 не обесточивает нагрузку, хотя системная служба UPS в той же Win 2000 это делает. Исключение составляет Windows 2003 Server, в которой и системная служба и PowerChute обесточивают нагрузку. PowerChute Business Edition ведет себя также.
2. У данной модели UPS выключатель такой конструкции, что его можно выключить только вручную, поэтому UPS полностью не выключается, а продолжает пищать, даже когда инвертор (нагрузка) выключились.

Первую проблему без использования довольно сложных схем решить невозможно, а предлагаемое в данной статье простое устройство решает вторую проблему – при обесточивании нагрузки UPS выключается автоматически.

Схема UPS и пояснения

Схема приведена на рисунке. Импульсный блок питания на 28.8 В, 50 А покупной. Хотя его, конечно, можно собрать самому. Собираюсь вскорости выложить схему, Подпишитесь, чтобы не пропустить

Важно, чтобы этот блок был с высоким КПД и выдавал ровно 28.8 В. Это напряжение позволяет подключать аккумуляторы непосредственно к источнику питания, без каких-либо переходников

Стабильное напряжение 28.8 В полностью заряжает два соединенных последовательно автомобильных свинцовых кислотных аккумулятора, поддерживает их в заряженном состоянии, компенсируя саморазряд, но не перезаряжает их. Аккумуляторы должны быть подключены к источнику питания именно так, как показано на схеме, на минимальном расстоянии от блока питания, чтобы падение напряжения на проводниках при больших токах не влияло на их работу.

Обратите внимание, чтобы при отключенном сетевом напряжении блок питания не потреблял энергию от аккумулятора. Часто встречаюсь с такими блоками, у которых вентилятор запитан от выходных клемм

Тогда при выключении питания вентилятор будет работать от аккумуляторов и сажать их. Такой блок надо переделать, запитать вентилятор по другой схеме. Имейте в виду, что вентиляторы – самый уязвимый элемент во всей конструкции. Именно они ломаются, а их остановка приводит к перегреву и выходу из строя других элементов. Я использую блоки с массивными охлаждающими радиаторами, без вентиляторов. Это и позволило беспрерывно эксплуатировать устройство много лет.

Инвертор тоже покупной, выдает меандр (прямоугольник) с амплитудой 310 В, коэффициентом заполнения 1 / (корень из двух). Такое напряжение производители почему-то называют модифицированной синусоидой. Отработанную схему самодельного инвертора тоже скоро опубликую.

Все низковольтные соединения нужно делать достаточно толстым проводом минимальной длины. Ток по этим цепям может импульсно достигать 100 А. Я использовал медный многожильный провод 12 мм

Особенно обратите внимание на присоединение проводов к аккумуляторам. В местах этих соединений могут образовываться отложения оксидов, которые имеют высокое сопротивление и будут препятствовать надежной работе устройства

Об устройстве силового резонансного фильтра высших гармоник читаем здесь. Чтобы повысить эффективность работы устройства, эту монстроидальную конструкцию можно заменить на импульсный конвертер меандра в синусоиду.

Недостатком самодельного ИБП является низкий КПД при низких нагрузках. Бесперебойник на холостом ходу, то есть без нагрузки, потребляет около 100 Ватт. Без всякой нагрузки UPS сажает аккумуляторы за 35 часов.

Не следует соединять аккумуляторы параллельно. При больших нагрузках, а здесь нагрузки большие, не удается обеспечить, чтобы параллельно соединенные аккумуляторы нагружались одинаково. Виной тому разные сопротивления проводов и мест контакта на клеммах. Таким образом, работать будет только один аккумулятор из всех, он и выйдет очень быстро из строя.

Моделирование инвертора из ИБП

В процессе преобразования придется разобрать ИБП, извлечь лишнее, доработать конструкцию, проверить и собрать. Нужен стандартный набор инструментов монтажника: паяльник, отвертки, кусачки, тестер. Пригодятся и запчасти, которые отсутствуют в разбираемом блоке: провод сечением от 4 кв. мм, разъемы, пара привычных крокодильчиков или провод с вилкой автомобильного прикуривателя, накладная розетка, кулер, защитная сетка, крепеж, изолента. Возможно, заранее стоит приготовить дрель для работы с корпусом.

Аккуратно разбираем корпус, вынимаем аккумулятор. Если изготовителем предусмотрена разборка корпуса на отдельные панели, стоит ее произвести: удобнее будет работать. Проще начать с монтажа входа, то есть подачи 12 В. Непосредственно на плате определить плюс и минус, потом подпаять или посадить на соответствующие разъемы красный к плюсу, черный к минусу то, что будет идти к прикуривателю или напрямую к клеммам аккумулятора.

Теперь занимаемся выходом. Провода, которые вели к трехштырьковому разъему подачи на ИБП 220 В, отпаиваем или отсоединяем. На их место монтируем провода нужной длины (для выносной розетки – сантиметров 70, если розетка планируется непосредственно на корпусе – 20-30 см). Подводим провода к розетке.

Черновая модель готова. Эксплуатировать ее нельзя, но проверить можно. Не собирая корпус (с ним предстоит поработать), подключаемся к аккумулятору и замеряем напряжение в розетке. Должно получиться порядка 160-180 вольт.

Если система молчит, возможно, в старом ИБП плата преобразователя нерабочая.

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.

ПИТАНИЕ КОНТРОЛЛЕРОВ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ДОСТУПА

Организовать систему питания для контроллеров СКУД является весьма нетривиальной задачей. Большинство производителей настаивает на том, чтобы их изделия подключались к системе электропитания только через личный источник.

Таким образом, производители снимают с себя всякую ответственность за совместное использование контроллеров при неизвестной частоте импульсах блоков питания.

Параметры потребления тока контроллеров и считывателей довольно мал. Одним блоком питания можно обеспечить долговременную автономную работу нескольких десятков этих устройств. Однако подключение к системе контроля доступа электромагнитных замков рекомендуется осуществлять отдельно.

Существует и другой способ, основанный на практике. Для того чтобы подключить контроллеры, считыватели и электромагнитные замки к одному источнику питания необходимо приобрести блок электроснабжения с аккумулятором который не используется постоянно, а активируется только если пропадает поступление 220 V на вход устройства. При этом контроллер необходимо подключить к выходу прибора, а замок непосредственно к клеммам аккумулятора.

Список источников