Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, пригодное для питания любых приборов. (10+)

Как сделать ИБП с синусоидальным выходом самому

Стоит ли самому собирать ИБП?

Имеет ли смысл собирать ИБП самому? Не знаю. В продаже есть киловаттные бесперебойники за 30 т. р. Эти изделия однозначно более высокого качества, надежности и энергоэффективности, чем самодельный. Стоимость самодельного, если собирать его из готовых блоков, получается в районе 20 т. р. Я собирал его тогда, когда еще в продаже ничего подобного не было. В любом случае, делюсь опытом. Мой UPS отлично работает уже 8 лет. Учтите, что это устройство постоянного функционирования. Он не выключается, когда есть напряжение в сети, а работает постоянно. Так что он реально проработал беспрерывно восемь лет. Изменить схему так, чтобы он автоматически выключался и включался, если это Вам нужно, не составит труда для специалиста, способного его собрать. Я использую именно непрерывно работающее устройство потому, что у меня в доме есть несколько критических по электроэнергии потребителей: компьютеры, сервер, система "умного дома". При переключении с сети на питание от аккумулятора возникает скачок напряжения, который недопустим.

Источник бесперебойного питания можно целиком собрать самому, тогда стоимость деталей к нему составит 10 т. р.

Замечания

Эту схему можно адаптировать и для других значений стабилизированного и нестабилизированного выходных напряжений, применяя различные стабилизаторы и аккумуляторы. Например, чтобы получить стабилизированные 15 В, необходимы соединенные последовательно два 12-вольтовых аккумулятора и интегральный стабилизатор 7815. Поэтому, данное схемное решение имеет довольно широкое применение.

Первичная обмотка трансформатора TR1 рассчитывается на номинальное значение напряжения электросети, например, в Великобритании оно составляет 240 В. Вторичная обмотка должна, при этом, выдавать напряжение не менее 12 В с током 2 А, но может быть рассчитана и на большее напряжение, например, на 15 В. Предохранитель F1 с замедленным срабатыванием защищает трансформатор от короткого замыкания в схеме или неисправности аккумулятора. Светодиод LED1 будет светиться, когда подается напряжение питания. При отключении энергоснабжения индикатор гаснет, и выходное напряжение поддерживается аккумулятором. На рисунке ниже приведен результат моделирования работы устройства при подключении к электросети.

Между клеммами VP1 и VP3 - номинальное нестабилизированное напряжение питания. На клеммах VP1 и VP2 присутствует стабилизированное напряжение 5 В. Через резистор R1 и диод D1 происходит заряд аккумулятора B1. Диоды D1 и D3 предотвращают свечение LED1 при отключении напряжения сети. Аккумулятор подзаряжается в капельном режиме, ток которого определяется следующим образом:

(VP5 - U B1 - 0.6) / R1 ,

VP5 - напряжение после выпрямительного моста BR1, сглаженное конденсатором С1,
U B1 - напряжение на аккумуляторе B1.

Диод D2 должен быть включен в схему обязательно, без него на аккумулятор попадет полное напряжение VP5, без ограничения тока, что приведет к перегреву батареи и выходу ее из строя. На рисунке ниже показан результат моделирования схемы при отключении электроэнергии.

Обратите внимание, что напряжение 5 В стабильно при любом режиме работы схемы, и, в то же время, нестабилизированное напряжение питания VP3 может меняться в пределах нескольких вольт.

Время работы в резервном режиме

Время работы в резервном режиме зависит от нагрузок, подключенных к устройству, а также, от емкости аккумулятора. Если Вы используете 12-вольтовый аккумулятор емкостью 7 А·ч и подключили 5-вольтовую нагрузку с током 0.5 А (при этом к выходу нестабилизированного напряжения нагрузка не подключена), то стабильное напряжение 5 В будет поддерживаться примерно в течение 14 часов. Увеличив емкость батареи, получите большее время резервного режима.

Стабильная работа компьютеров и другой оргтехники полностью зависит от наличия питания в сети, к которой они подключены. В случае перебоев с подачей электроэнергии техника просто перестанет функционировать. В современных условиях эта проблема легко решается путем подключения источника бесперебойного питания. Поэтому многих волнует вопрос, когда возникает необходимость в ИБП для компьютера: на что стоит обратить внимание при покупке данного оборудования. Какие параметры и критерии следует учитывать?

Рекомендуется изначально определиться, для каких целей необходимо это устройство. Если проблема заключается лишь в стабилизации сетевого напряжения, можно вполне обойтись более простыми и дешевыми . Однако в случае регулярных перебоев с подачей электроэнергии, обязательно потребуется ИБП, который нужно правильно выбрать для конкретного компьютера.

Применение ИБП в быту

К основным неполадкам сети относится полное отсутствие напряжения, наличие высоковольтных импульсных помех, краткосрочные и продолжительные скачки напряжения, высокочастотные помехи и другие факторы, при наличии которых требуется использование ИБП. Данные устройства обеспечивают бесперебойную работу компьютерной техники от нескольких минут до одного часа.

Схема бесперебойного питания выбирается в соответствии с условиями эксплуатации, временем переключения нагрузки от сети на аккумулятор и обратно, а также продолжительностью работы самой аккумуляторной батареи.

ИБП для домашнего компьютера

Прежде чем приобретать то или иное устройство, следует выяснить, как работает ИБП. В его блоке установлен датчик, который непрерывно проверяет характеристики тока в сети и уровень напряжения. Если параметры начинают расти или падать слишком быстро, он отключает компьютер от сети и тут же переключает его на использование запасного источника питания.

При переключении на запасной источник ИБП подает световой и звуковой сигналы. Помимо этого, практически ко всем ИБП есть программа, которая разрешает автоматически отключать компьютер по исчерпании заряда аккумулятора. Когда в сети снова появится электроток, датчик сигнализирует об этом и он переключает компьютер на питание от сети и начнет заряжать встроенный аккумулятор.

Аккумуляторные батареи, применяемые в устройствах, рассчитаны на низкое напряжение. Для получения рабочего значения, с помощью инвертора выполняется его преобразование в синусоидальное. Одновременно напряжение аккумулятора повышается и выравнивается с номинальным напряжением сети. Таким образом, батарея всегда готова к работе и мгновенно переключается, когда это необходимо.

В процессе эксплуатации следует учитывать, что работа ИБП при номинальной нагрузке возможна лишь в течение короткого времени. За этот период можно успеть сохранить данные и корректно отключить компьютер. Во время работы не допускаются перегрузки, в этих случаях защита сразу же отключает выход устройства. Данные проблемы легко решаются за счет увеличения емкости аккумулятора и мощности инвертора.

Какой ИБП выбрать для компьютера

Существуют различные типы устройств для бесперебойного питания компьютерной техники. Они отличаются принципом действия и разделяются на три основных типа:

• Резервные ИБП . Применяется, когда в сети возникает сильное падение напряжения или оно полностью отсутствует. В этом случае происходит переключение на аккумуляторы резервного ИБП. Переключение происходит очень быстро - в течение 10 миллисекунд и менее, что никак не нарушает бесперебойную работу компьютера. При переключениях во время скачков напряжения рекомендуется использовать стабилизатор. Это позволит увеличить срок службы аккумуляторной батареи. Решая вопрос, как выбрать источник бесперебойного питания, следует помнить, что данное устройство получило широкое распространение, благодаря сравнительно невысокой стоимости, высокому КПД и низкому уровню шума. Устройство может работать в автономном режиме 5-15 минут. При выборе и покупке рекомендуется создавать запас по мощности в пределах 20-30%.
• Линейно-интерактивные ИБП . Конструкция этих устройств дополнена стабилизатором напряжения, поэтому они более функциональные и дорогие. Переключение на аккумуляторы происходит только при полном отсутствии электричества, поэтому срок эксплуатации батарей более продолжительный. В автономном режиме линейно-интерактивные ИБПработают до 20 минут. Они отличаются повышенной экономичностью и более высокой степенью защиты. Из недостатков следует отметить шум, создаваемый вентилятором охлаждения стабилизатора.
• ИБП с двойным преобразованием напряжения . Относятся к категории наиболее сложных и дорогих устройств. В процессе работы переменный ток преобразуется в постоянный, а затем, опять в переменный. Выходное напряжение составляет 220 В и характеризуется идеальной синусоидой. Батареи постоянно находятся во включенном состоянии, поэтому времени на переключения вообще не требуется. Решая вопрос, как выбрать ИБП для компьютера по мощности, нужно учитывать, что данные устройства обеспечивают бесперебойную работу дорогостоящей аппаратуры, которая не должна останавливаться даже на короткое время. Недостатками являются низкий КПД, высокая стоимость, высокий уровень выделения тепла и шума.

При покупке того или иного устройства нужно обращать внимание на его основные характеристики. Мощность самого ИБП выражена в вольт-амперах (ВА), а мощность подключенного компьютера - в ваттах (Вт). Перевести одну величину в другую можно с помощью коэффициента 0,7. Например, если мощность устройства составляет 1000 ВА, то получится 1000 х 0,7 = 700 Вт. С учетом запаса мощности к данному ИБП может подключаться нагрузка в пределах 500 Вт.

Кроме того, делая выбор ИБП для компьютера, следует обращать внимание на продолжительность автономной работы при максимальной нагрузке, наличие или отсутствие защиты от коротких замыканий самого ИБП и подключенной аппаратуры. Рекомендуется получить информацию у продавца о возможности замены батареи, проверить наличие дисплея и других специфических элементов.

Как подобрать ИБП для компьютера по мощности

Довольно часто возникает вопрос, какую мощность должен иметь ИБП? Чем больше энергопотребление компьютера, тем большей мощностью должен обладать его блок питания и, соответственно также, ИБП. Большинство моделей выражают мощность не в привычных ваттах, а в вольт-амперах.

Рассчитать мощность ИБП для компьютера довольно легко путем, умножения мощность монитора и блока питания в ваттах на 1,6. Допустим, что сумма энергопотребления вашего монитора и блока питания равняется 200 Вт. В этом случае вам потребуется источник бесперебойного питания мощностью в 320 ВА (1,6х200). Для большей надежности повысьте это значение еще на одну треть. В результате выйдет величина порядка 400 ВА. Потом просто, ищите модель как раз с такой мощностью.

У некоторых пользователей возникает проблема, расчета мощности ИБП для компьютера. Для этого нужно определить мощность нагрузки, которая не должна быть выше 70% от мощности ИБП на выходе. Например, потребление электроэнергии процессором составляет 65 Вт, видеокартой - 170 Вт, материнской платой - 40 Вт, приводом DVD - 20 Вт, диском HDD - 40 Вт, прочим оборудованием - 30 Вт. Количество возможных потерь условно принимается за 20%. Таким образом, потребление компьютера без потерь будет до 365 Вт, а с потерями - 438 Вт. Следовательно, приобретаемый источник бесперебойного питания должен обладать мощностью в пределах 500-620 Вт.

Подключение источника бесперебойного питания для компьютера

Иногда у хозяев компьютерной техники возникает вопрос, как установить ИБП? Нужно источник бесперебойного питания подсоединить к обычной электрической розетке, а далее в розетки, размещенные на его корпусе, вставьте сетевые вилки устройств, которые вы собираетесь защитить от перебоев с электропитанием. Если источник бесперебойного питания поддерживает автоматическое отключение компьютера и другие функции управления, которые осуществляются при помощи ПК, его следует подсоединить также к системному блоку, как правило, при помощи USB-шнура.

Существует несколько вариантов подключения в том числе и с использованием , компенсирующего перепады от 140 до 260 вольт. Данный способ используется наиболее часто, поэтому его следует рассмотреть подробнее. Кроме стабилизатора потребуется сетевой фильтр. Перед подключением нужно уточнить параметры всех составляющих. Мощность стабилизатора и ИБП должны быть примерно равны, а мощность ИБП должна быть выше мощности блока питания компьютера.

Порядок подключения:

• Стабилизатор напряжения подключается в сеть, после чего к нему подключается сетевой фильтр.
• После этого сам ИБП соединяется с сетевым фильтром. На корпусе устройства имеется кнопка, которая нажимается и удерживается до тех пор пока не загорится индикатор включения.
• Далее к ИБП подключается компьютер, то есть системный блок и монитор. При наличии дополнительных выходов можно подключить колонки, принтер и другое оборудование.

Некоторые источники бесперебойного питания оборудуются программным управлением, которое нужно правильно настроить после подключения. В панели управления, в разделе «Электропитание», после установки прибора высветится отдельное окно ИБП. В нем настраиваются все необходимые параметры в зависимости от мощности компьютера и условий эксплуатации.

У знакомого на фирме выкинули нерабочий бесперебойник модели APC 500. Но прежде чем пустить его на запчасти, решил попробовать его оживить. И как оказалось не зря. Прежде всего меряем напряжение на аккумуляторной гелевой батарее. Для функционирования бесперебойника но должно быть в пределах 10-14В. Вольтаж в норме, так что проблема с аккумулятором отпадает.

Теперь осмотрим саму плату и померяем питание в ключевых точках схемы. Родной принципиальной схемы бесперебойника APC500 не нашёл, но вот кое что похожее. Для лучшей чёткости скачайте полноценную здесь. Проверяем мощные олевые транзисторы - норма. Питание на электронную управляющую часть источника бесперебойного питания поступает с небольшого сетевого трансформатора на 15В. Меряем это напряжение до диодного моста, после, и после стабилизатора 9В.

А вот и первая ласточка. Напряжение 16В после фильтра входит в микросхему - стабилизатор, а на выходе всего пару вольт. Заменяем её на аналогичную по вольтажу модель и воссстанавливаем питание схемы блока управления.

Бесперебойник начал трещать и жужжать, но на выходе 220В по прежнему не наблюдается. Продолжаем внимательный осмотр печатной платы.

Ещё одна проблема - одна из тонких дорожек перегорела и пришлось заменить её тонкой проволочкой. Вот теперь устройство бесперебойного питания APC500 заработало без проблем.

Испытывая в реальных условиях, пришёл к выводу, что встроенная пищалка сигнализатор отсутствия сети орёт как дурная, и не мешало бы её немного утихомирить. Полностью выключать нельзя - так как будет не слышно состояния аккумулятора в аварийном режиме (определяется по частоте сигналов), а вот сделать тише можно и нужно.

Это достигается включением резистора на 500-800 Ом последовательно со звукоизлучателем. И напоследок несколько советов владельцам бесперебойников. Если он иногда отключает нагрузку, возможно проблема в с "подсохшими" конденсаторами. Подключите UPS ко входу заведомо исправного компа и посмотрите - прекратятся ли срабатывания.

Бесперебойник иногда неверно определяет ёмкость свинцовых батарей показывая статус ОК, но стоит только ему переключится на них, как они внезапно садятся и нагрузка "выбивается". Убедитесь, что клеммы заходят плотно, а не болтаются. Не отключайте его надолго от сети, лишая возможности держать аккумуляторы на постоянной подзарядке. Не допускайте глубоких разрядов батарей, оставляя по меньшей мере 10% емкости, после чего следует отключать бесперебойник до восстановления питающего напряжения. Хотя бы раз в три месяца устраивайте "тренировку", разряжая батарею до 10% и опять заряжая аккумулятор до полной ёмкости.

Обсудить статью РЕМОНТ БЕСПЕРЕБОЙНИКА

Требования к качеству электроэнергии законодательно прописаны государственными стандартами и довольно жесткими нормативами. Электроснабжающие организации прилагают много усилий для их соблюдения, но, они не всегда реализуются.

В наших квартирах, да и на производстве, периодически возникают:

полные отключения электричества на неопределенное время;

апериодические кратковременные (10÷100 мс) высоковольтные (до 6 кВ) импульсы напряжения;

всплески и снижения напряжения с различной продолжительностью;

накладки высокочастотных шумов;

уходы частоты.

Все эти неполадки отрицательно влияют на работу бытовых и офисных потребителей электроэнергии. Особенно страдают от качества электропитания микропроцессорные и компьютерные устройства, которые не только совершают сбои, но и могут полностью потерять свою работоспособность.

Назначение и виды источников бесперебойного питания

Чтобы сократить риски от возникновения неисправностей питающей электрической сети используются резервные устройства, которые принято называть источниками бесперебойного питания (ИБП) или UPS (образовано от сокращения английской фразы «Uninterruptible Power Supply») .

Они изготавливаются с разной конструкцией для решения специфических задач потребителя. Например, мощные ИБП с гелиевыми аккумуляторами способны поддерживать энергоснабжение целого коттеджа в течение нескольких часов.

Их АКБ получают заряд от линии электропередач, ветрогенератора, или других носителей электроэнергии через выпрямительное устройство инвертора. Они же подпитывают электрические потребители коттеджа.

Когда внешний источник отключается, то аккумуляторы разряжаются на подключенную в их сеть нагрузку. Чем больше емкость АКБ и меньше ток их разряда, тем дольше они работают.

Иисточники бесперебойного питания средней мощности могут резервировать , систем поддержания микроклимата в помещениях и подобного оборудования.

В то же время самые простые модели UPS способны только завершить программу аварийного отключения компьютера. При этом длительность всего процесса их работы не превысит 9÷15 минут.

Компьютерные источники бесперебойного питания бывают:

встроенными в корпус устройства;

внешними.

Первые конструкции распространены в ноутбуках, нетбуках, планшетах и подобных мобильных устройствах, работающих от встроенного аккумулятора, который снабжен схемой переключения питания и нагрузки.

АКБ ноутбука со встроенным контроллером является источником бесперебойного питания. Его схема в автоматическом режиме защищает работающее оборудование от неисправностей электросети.

Внешние конструкции ИБП , предназначенные для нормального завершения программ стационарного компьютера, изготавливаются отдельным блоком.

Их подключают через сетевой адаптер питания к электрической розетке. От них запитывают только те устройства, которые отвечают за работу программ:

системный блок с подключенной клавиатурой;

монитор, отображающий происходящие процессы.

Остальные периферийные устройства: сканеры, принтеры, акустические колонки и другое оборудование от UPS не запитывают. Иначе они при аварийном завершении программ будут забирать на себя часть энергии, накопленной в аккумуляторах.

Варианты построения рабочих схем ИБП

Компьютерные и промышленные UPS изготавливают по трем основным вариантам:

резервирования электропитания;

интерактивной схемы;

двойного преобразования электроэнергии.

При первом методе резервной схемы , обозначаемым английскими терминами «Standby» или «Off-Line» напряжение поступает из сети к компьютеру через ИБП, в котором электромагнитные помехи устраняются встроенными фильтрами. Здесь же установлен , емкость которого поддерживается током заряда, регулируемым контроллером.

Когда пропадает или выходит за установленные нормативы внешнее питание, то контроллер направляет энергию АКБ на питание потребителей. Для преобразования постоянного тока в переменный подключается простой инвертор.

Преимущества UPS Standby

Источники бесперебойного питания схемы Off-Line обладают высоким КПД, при поданном на них напряжении, тихо работают, мало выделяют тепла и относительно дешевы.

Недостатки

UPS Standby выделяются:

долгим переходом на питание от аккумулятора 4÷13 мс;

искаженной формой выходного сигнала, выдаваемого инвертором в виде меандра, а не гармоничной синусоиды;

отсутствием корректировки напряжения и частоты.

Такие устройства наиболее распространены на персональных компьютерах.

ИБП интерактивной схемы

Их обозначают английским термином ««Line-Interactive». Они выполняются по предыдущей, но более усложненной схеме за счет включения стабилизатора напряжения, использующего автотрансформатор со ступенчатым регулированием.

Это обеспечивает корректировку величины выходного напряжения, но управлять частотой сигнала они не способны.

Фильтрация помех в нормальном режиме и переход на инверторное питание при авариях происходит по алгоритмам UPS Standby.

Добавлением стабилизатора напряжения различных моделей с методиками управления им позволило создавать инверторы с формой сигнала не только меандра, но и синусоиды. Однако, небольшое количество ступеней регулирования на основе релейных переключений не позволяет реализовать функции полной стабилизации.

Особенно это характерно для дешевых моделей, которые при переходе на питание от аккумулятора не только завышают частоту выше номинальной, но и искажают форму синусоиды. Помехи вносит встроенный трансформатор, в сердечнике которого происходят процессы гистерезиса.

В дорогих моделях работают инверторы на полупроводниковых ключах. UPS Line-Interactive имеют большее быстродействие при переходе на питание от АКБ, чем у ИБП Off-Line. Оно обеспечивается работой алгоритмов синхронизации между входящим напряжением с выдаваемыми сигналами. Но при этом происходит некоторое занижение КПД.

ИБП Line-Interactive нельзя использовать для питания асинхронных двигателей, которые массово установлены на всей бытовой технике, включая системы отопления. Их используют для работы устройств с , где питание фильтруется и выпрямляется одновременно: компьютеров и бытовой электроники.

ИБП двойного преобразования

Эта схема UPS получила название по английскому словосочетанию On-line» и работает на оборудовании, требующем высококачественного питания. В ней производится двойная конверсия электроэнергии, когда синусоидальные гармоники переменного тока постоянно преобразуются выпрямителем в постоянную величину, пропускаемую через инвертор для создания повторной синусоиды на выходе.

Здесь АКБ постоянно подключен в схему, что исключает необходимость его коммутаций. Этим способом практически исключается период подготовки источника бесперебойного питания на переключения.

Работу ИБП On-line по состоянию аккумулятора можно разделить на три этапа:

стадия заряда;

состояние ожидания;

разряд на работу компьютера.

Период заряда

Цепи входа и выхода синусоиды разорваны внутренним переключателем UPS.

Подключенный к выпрямителю аккумулятор получает энергию заряда до тех пор, пока его емкость не восстановится до оптимальных значений.

Период готовности

После окончания заряда АКБ автоматика источника бесперебойного питания замыкает внутренний переключатель.

Аккумулятор поддерживает состояние готовности к работе в буферном режиме.

Период разряда

АКБ автоматически переводится на питание компьютерной станции.

У источников бесперебойного питания, работающих по методике двойного преобразования электроэнергии, КПД в режиме питания от линии ниже, чем у других моделей из-за расхода энергии на выделение тепла и шума. Но в сложных конструкциях применяются методики, позволяющие увеличить КПД.

UPS On-line споосбны выправлять не только величину напряжения, но и его частоту колебаний. Это выгодно отличает их от предыдущих моделей и позволяет использовать для питания различных сложных устройств с асинхронными двигателями. Однако, стоимость таких устройств значительно выше предыдущих моделей.

Состав ИБП

В зависимости от вида рабочей схемы в комплект источника бесперебойного питания входят:

аккумуляторы для накопления электроэнергии;

Обеспечивающее поддержание работоспособности АКБ;

инвертор для формирования синусоиды,

схема управления процессами;

программное обеспечение.

Для удаленного доступа к устройству может использоваться локальная сеть, а повысить надежность схемы можно за счет ее резервирования.

В отдельных источниках бесперебойного питания используется режим «Байпас», когда нагрузка запитывается отфильтрованным напряжением сети без работы основной схемы устройства.

Часть UPS имеет ступенчатый регулятор напряжения «Бустер», управляемый от автоматики.

В зависимости от необходимости выполнять сложные технические решения источники бесперебойного питания могут оснащаться еще дополнительными специальными функциями.