Аккумулятор это блок питания
Обновлено: 03.07.2024
Блок питания — важная часть любого электронного устройства. От надёжности этого узла зависит правильное и длительное функционирование всей системы. В статье мы выясним, что такое блоки питания (БП), для чего нужны и какие бывают.
Определение и назначение
Согласно техническому определению, блок питания — это электрическое устройство, предназначенное для формирования напряжений питания. БП — вторичный источник электропитания.
Открываем техдокументацию и читаем. Вторичный источник электропитания преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения, например, промышленной сети в электроэнергию с параметрами, необходимыми для работы вспомогательных устройств.
Делаем вывод: назначение блока питания — обеспечение устройств, работающих от электроэнергии, напряжением с заданными параметрами, необходимыми для их функционирования.
Важно! Если прибору требуется несколько разных напряжений (например, ПК), то блок питания имеет несколько выходных каналов — каждый на свою величину.
Виды блоков питания и их различия
По конструктивному исполнению все БП бывают двух типов:
Первый тип, как можно догадаться из его названия, встраивается в устройство, которое он питает. Подавляющее большинство бытовой техники имеет встраиваемые так называемые собственные блоки питания. Их задача — преобразовать сетевое напряжение 220 В 50 Гц в одно или несколько необходимых для работы устройства.
Полезно! Внутренним будет считаться и БП в компьютере, хотя он и сделан как отдельный съёмный модуль.
Внешний БП представляет собой отдельный модуль в собственном корпусе. Питание с такого модуля подаётся на устройство по кабелю. Обычно такое решение применяют для малогабаритной аппаратуры и аппаратуры с низким энергопотреблением.
А теперь интересный вопрос — зарядка на мобильный телефон или смартфон — это блок питания или зарядное устройство? Для многих — зарядное устройство. Тогда дополнительный вопрос — БП для ноутбука — это блок питания или зарядное устройство? И здесь мнение будет однозначным — и то и другое.
Тогда почему у телефона только зарядник? Кто из нас не работал с разряженным смартфоном, воткнутым в розетку? Да все работали, когда очень надо, а батарея села. Таким образом, и зарядник мобильника, и БП ноутбука — два в одном — это и блок питания, и зарядное устройство.
А вот, например, с аккумуляторным шуруповёртом всё иначе. У него именно зарядное устройство, а не блок питания, поскольку рабочий ток оно обеспечить шуруповёрту не может.
То же самое можно сказать и про автомобильное зарядное устройство — зарядить аккумулятор автомобиля оно может, но обеспечить стартеру необходимый для пуска двигателя ток — нет.
Просмотренные БП бывают 4 видов:
- со стабилизацией напряжения;
- со стабилизацией тока;
- со стабилизацией напряжения и тока;
- без стабилизации.
Первый вид обеспечивает заданное стабильное выходное напряжение, которое не зависит от входного, если величина последнего не выходит за допустимые пределы или устройство не потребляет мощность большую, чем может выдать БП. В противном случае простые источники выходят из режима стабилизации, а то и из строя, более «умные» аварийно отключают устройство и отключаются сами, не допуская поломки. Большинство новых блоков питания собрано по схеме со стабилизацией напряжения.
Блоки питания со стабилизацией тока подключают к устройствам, которым нужен стабильный ток. При изменении потребляемой мощности такой блок меняет величину напряжения так, чтобы проходящий через него ток остался неизменным.
Схемы со стабилизацией напряжения и тока часто внедряют в лабораторные блоки питания и автомобильные зарядники. При увеличении потребляемой мощности нагрузкой такой БП поддерживает установленное напряжение, а ток растёт. Когда ток, пройдя через питаемое устройство, достигнет установленного значения, источник начинает держать его (ток) на заданном уровне, при необходимости снижая напряжение.
И наконец, четвёртый вид — без стабилизации — подключают к устройствам, некритичным к величине питающих напряжений. Выходное напряжение в них напрямую зависит от величины входного.
Ну и в завершение поделим блоки питания по принципу работы:
- трансформаторные;
- импульсные;
- с гасящим конденсатором.
Рассмотрим принцип работы каждого типа блоков питания подробнее.
Устройство трансформаторного блока питания
До недавнего времени блоки питания этого типа использовались в подавляющем большинстве электронных механизмов. Посмотрим, как выглядит схема простейшего трансформаторного БП.
Источник состоит из трансформатора T1, выпрямителя VD1, простейшего стабилизатора VT1, R2, VD2 и сглаживающего фильтра С2, С3, С4. Трансформатор здесь основной узел. Его задача понизить или повысить напряжение первичного источника до необходимой величины. В нашем примере трансформатор понижающий — он преобразует сетевое 220 В в 7 В, необходимых для работы следующих узлов.
Трансформатор имеет две или более индуктивно связанные обмотки. На одну из обмоток, называемую первичной, подаётся напряжение первичного источника. Протекающий по ней переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех остальных обмотках ЭДС индукции.
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Важно! Трансформаторы могут работать только с напряжениями переменного тока. Если первичный источник выдаёт постоянный ток, то применяют другие типы преобразователей величины напряжения. К примеру, импульсные.Пониженное переменное напряжение поступает на двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме. В результате его работы оно преобразуется в постоянное пульсирующее. Первичный фильтр, состоящий из конденсатора С2, сглаживает пульсации, превращая пульсирующее напряжение в постоянное.
Выпрямленное и сглаженное — поступает на простейший параметрический стабилизатор, который поддерживает выходное на заданном уровне (в нашем примере 5 В) даже при небольших колебаниях величины напряжения первичного источника. Оно дополнительно сглаживается конденсаторами С3, С4 и поступает на нагрузку. Если стабилизация не нужна, то блок питания будет состоять только из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра.
Устройство и работа импульсного блока питания (ИБП)
Принцип работы такого блока питания в корне отличается от принципа действия трансформаторной конструкции. Здесь входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное импульсное высокой (порядка десятков кГц) частоты, а уже после этого понижается при помощи импульсного трансформатора и снова выпрямляется.
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Важно! Импульсные БП бывают и повышающими. Кроме того, они могут работать с первичными источниками постоянного тока. При этом схема первичного выпрямителя из схемы исключается. 
Структурная схема простейшего импульсного блока питания
В приведённой схеме напряжение первичного источника выпрямляется при помощи мостового выпрямителя, сглаживается и поступает на импульсный трансформатор через электронный ключ, собранный на транзисторе.
Узел G представляет собой генератор с изменяемой скважностью. Он периодически открывает ключ, и на первичную обмотку трансформатора поступают импульсы, наводящие ЭДС во вторичных обмотках. После разнополярное импульсное напряжение (уже приведённое к необходимой величине) снова выпрямляется, сглаживается и поступает на нагрузку.
Особый интерес представляет обмотка 4 с отдельным выпрямителем, напряжение с которой поступает обратно в блок питания. Это обмотка стабилизации. Далее, с неё подаётся на блок стабилизации BS, который управляет скважностью задающего генератора.
В зависимости от напряжения на этой обмотке скважность (длительность импульсов относительно пауз) генератора автоматически изменяется в ту или иную сторону, а значит, и изменяется выходное напряжение на всех обмотках, поддерживая их на заданном уровне при колебаниях величины входного.
Полезно. Существуют схемы импульсных БП без обратной связи, а значит, источников питания без стабилизации напряжения. Такие блоки питания, например, часто используют в недорогих компактных люминесцентных лампах.
Все приведённые схемы импульсных блоков питания являются простейшими и, конечно, не годятся для серьёзного оборудования. Для примера посмотрим, из чего состоит блок питания персонального компьютера.
Сначала обратим внимание на сетевой фильтр, который устраняет импульсные помехи по сети первичного источника. Дальше — снова выпрямитель и управляемый генератор (инвертор). Только он двухтактный, что существенно повышает КПД источника и его выходную мощность. Потом — всё тот же импульсный трансформатор, но не один, а два. Один основной, второй маломощный и управляется отдельным генератором. Его задача — создание дежурного питания, когда основной БП и сам ПК выключены.
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Почему импульсные трансформаторы мощностью до 500 Вт такие маленькие? Дело в том, что размеры магнитопровода, а значит, и трансформатора зависят от частоты, при которой он работает. Чем выше частота, тем меньший магнитопровод можно использовать. Работай он на частоте 50 Гц, то был бы размером с силикатный кирпич.Дальше необходимые для работы напряжения с основного трансформатора поступают на выпрямители, сглаживающие конденсаторы и снова фильтры, подавляющие высокочастотные помехи. Есть, конечно, и узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Этот же узел следит за наличием и величиной всех выходных напряжений. Если хотя бы одно из них выйдет за допустимые пределы, материнской плате будет подана команда экстренной остановки системы.
С узлом регулировки оборотов вентилятора всё понятно. Этот узел измеряет температуру на силовых элементах блока питания и по показателям регулирует обороты вентилятора. Это существенно снижает шум от работы БП при сохранении необходимой степени охлаждения. Этот же блок поднимет тревогу, если вентилятор внезапно остановится.
Габариты и вес. Если мы собрали блок питания мощностью 500 Вт для ПК по трансформаторной схеме, то он бы занял всё место в корпусе ПК. Про вес лучше вообще не упоминать — он бы был неподъёмным. Собранные же на трансформаторах небольших размеров ИБП получаются компактными и лёгкими. Большой диапазон питающих напряжений и частоты. Любой ПК легко запустится и будет отлично работать, скажем, в США, где напряжение в розетках 100–127 В при частоте 60 Гц. Высокий КПД. Коэффициент полезного действия ИБП исключительно высок и может достигать 98 %. Для вторичных источников питания это очень много. Схемы на трансформаторах обычно ограничиваются КПД 70 % и менее. высокочастотные электромагнитные помехи и помехи по линиям питания.Устройство и работа блока питания с гасящим конденсатором
Это самый простой тип блоков питания. В него включены: конденсатор, выпрямитель и стабилизатор. Вот и весь БП.
В принципе, он мало отличается от трансформаторной схемы, но самого трансформатора здесь нет. Его роль исполняют неполярные высоковольтные конденсаторы. Как они гасят излишек электроэнергии? Дело в том, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой реактивное сопротивление. На нём падает часть напряжения, остальная его часть, величина которой зависит от ёмкости конденсаторов, поступает на выпрямитель, сглаживается конденсатором C3, стабилизируется простейшим параметрическим стабилизатором и поступает на нагрузку.
Стабилитрон VD2 защищает последующие цепи БП от перенапряжения в случае, если нагрузка окажется отключенной. Тогда стабилитрон откроется, войдёт в режим стабилизации, и напряжение на выходе выпрямителя останется на допустимом уровне.
Резистор R2 служит для безопасности конструкции. Он разряжает конденсаторы С1, С2, как только мы выдернем вилку питания БП из розетки. В противном случае нас может ударить током, даже если мы просто возьмёмся за контакты вилки.
низкая нагрузочная способность, которая обычно составляет десятки миллиампер; Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Основным недостатком такой схемы будет отсутствие гальванической развязки с первичным источником питания. Это означает, что при работе от электросети все элементы, включая элементы питаемого оборудования, будут под опасным для жизни напряжением.Как подобрать для питания конкретной нагрузки
Предположим, нам необходимо запитать какую-то конструкцию или готовый механизм. Как подобрать подходящий БП? Для этого учитываем три основных критерия:
- необходимое для прибора напряжение;
- потребляемый прибором ток;
- наличие или отсутствие стабилизаторов тока или напряжения.
Пусть нам нужно питать низковольтный светодиодный прожектор. Рассчитан он, как указал производитель, на напряжение 12 В, потребляемая мощность 7 Вт.
Сначала рассчитываем потребляемый осветителем ток: 7 : 12 = 0,58 А. Как правило, осветительные приборы требуют стабилизации тока. Значит, нам нужен БП со стабилизатором тока на 580 А. Попробуем найти такой источник питания в интернете. Вот он. Ток стабилизации, правда, на 20 мА больше положенного, но это некритично, поскольку найти источник на точно заданный ток невозможно.
Теперь запитаем магнитолу. Точно так же рассчитываем, читаем на шильдике или измеряем ток на максимальной громкости. Предположим, 8А. Напряжение электропитания бортовой сети автомобиля нам известно — 12–14 В. Какая стабилизация нужна? В принципе, никакой — в автомагнитоле есть встроенный стабилизатор. Важно, чтобы БП выдавал 12–14 В и обеспечивал ток до 10 А (с запасом). Это составит 140 Вт.
В принципе, ничего плохого не будет, если мы возьмём 12-вольтовый БП со стабилизацией напряжения. Но найти сейчас в продаже БП без стабилизатора достаточно сложно.
Для питания светодиодной ленты, конечно, мы выберем БП соответствующей мощности со стабилизатором напряжения 12 или 24 В (зависит от типа используемой ленты).
Импульсный, с трансформатором или гасящим конденсатором? От последнего лучше сразу отказаться — очень опасно. Но если БП будет встроен в прибор, и его никто не будет разбирать, то останется на крайний случай. При этом, конечно, питаемое устройство должно быть маломощным.
Ну а импульсный или трансформаторный — тут решать каждому индивидуально. Если потребляемые токи большие, лучше предпочесть импульсные приборы, поскольку трансформаторные большего размера и веса. Малое потребление? Подойдёт и трансформаторный, особенно если он уже лет 5 валяется на чердаке без дела.
Единственное, выбирая импульсный БП, не следует забывать про электромагнитные помехи и помехи по цепям питания, которые он создаёт. Если в помещении есть оборудование, чувствительное к электромагнитным помехам, то, конечно, нужно выбирать трансформаторную конструкцию.
Вот мы и выяснили, что такое блок питания и для чего служит. Каких типов и видов бывают и чем отличаются друг от друга. Теперь мы без проблем подберём БП для своих целей.
Источники бесперебойного питания уже не один десяток лет защищают наши компьютеры от сбоев в работе питающей сети. И любой пользователь ПК, защищающий свой компьютер с помощью ИБП достаточно долгое время, наверняка замечал, что со временем срок работы компьютера от ИБП становится все меньше и меньше. «Старички» возрастом в несколько лет дают своему хозяину считанные секунды на то, чтобы успеть сохранить все данные, а потом – продолжительный писк и темный экран монитора очередной раз напоминают о том, что срок жизни аккумулятора подошел к концу.
Ничего необычного в такой ситуации нет: аккумуляторы, устанавливаемые в бытовые ИБП, выдерживают 300-400 циклов заряда/разряда. Если в сети, к которой подключен компьютер с ИБП, отключения и долговременные просадки напряжения – не редкость, то свой ресурс аккумулятор может выработать очень быстро – за 6-12 месяцев. Именно в этот момент некоторые пользователи сталкиваются с неприятной тонкостью, чаще всего не замечаемой при покупке – иногда оказывается, что гарантийный срок на аккумулятор намного меньше гарантийного срока на сам ИБП. Справедливости ради следует отметить, что этим грешат производители дешевых ИБП, ставящие в свои «бесперебойники» аккумуляторы низкого качества.
Как бы там ни было, но замена аккумулятора в ИБП – дело рядовое, поэтому магазины компьютерных аксессуаров предлагают богатый выбор аккумуляторов для ИБП в большом диапазоне цен и характеристик. Как выбрать из них подходящий для установки в имеющийся источник бесперебойного питания?
Замена аккумулятора ИБП
Некоторые ИБП имеют отдельный батарейный отсек, и замена аккумулятора в них осуществляется просто и безопасно (в некоторых случаях возможна даже «горячая» замена аккумулятора без отключения питания). Но в большинстве бытовых ИБП придется снимать крышку самого устройства. Делать это следует, обязательно отключив ИБП от сети и выключив его. Даже если он разряжен, в аккумуляторе еще может сохраняться остаточный заряд, которого вполне хватит на удар током. Сняв крышку, следует, не прикасаясь к элементам и платам схемы, снять клеммы с аккумулятора и уже после этого снять сам аккумулятор. Следует убедиться, что полярность клемм не вызовет сомнений при сборке (обозначения «+», «-» на клеммах, цветовое обозначение проводов: красный «+», черный «-»)
Батарея ИБП, поврежденная вследствие высокого тока зарядки
Батарею первым делом следует тщательно осмотреть. Деформация (вздутость) аккумулятора и потеки на крышке могут сигнализировать о том, что причиной выхода батареи из строя является не исчерпание ресурса, а неисправность зарядного устройства ИБП. Если при этом еще и снижение времени работы от ИБП происходило не постепенно, а скачком (вчера – «тянул» полчаса, сегодня выключается через секунду), то лучше отнести ИБП в диагностику – скорее всего, замена батареи поможет ненадолго.
Если же внешне батарея выглядит «как новая», можно подбирать замену. Проще всего, конечно, взять аналогичную батарею от того же производителя, но такое не всегда возможно – бывает, что эта конкретная модель уже снята с производства или стоит слишком дорого. Тогда следует снять размеры батареи и найти на батарее информацию о емкости и рабочем напряжении.
Для аккумуляторов ИБП существует несколько стандартных типоразмеров. Разумеется, лучше брать аккумулятор того же типоразмера, что и предыдущий – установка такого будет проще и безопаснее. Иногда есть возможность установить на штатное место аккумулятор другого типоразмера - большей высоты – но тогда при сборке следует особенно внимательно следить за тем, чтобы новый аккумулятор не входил в контакт с корпусом или элементами схемы.
На новом аккумуляторе винтовые клеммы, а провода рассчитаны на подключение к лепестковым - клеммы на проводах придется менять.
Еще одна тонкость, на которую следует обратить внимание – расположение и вид клемм. Единого стандарта на это нет, поэтому, для подсоединения некоторых аккумуляторов того же типоразмера, что и старый, может понадобиться удлинить провода или перепаять клеммы (с лепестковых на винтовые или наоборот)
Напряжение аккумуляторов для ИБП чаще всего бывает 12Вольт, реже – 6. Напряжение нового аккумулятора должно в точности соответствовать напряжению старого. Установка аккумулятора с другим напряжением может привести к поломке ИБП и к необходимости его полной замены.
Емкость обычно обозначается в Ампер-часах (А∙ч, Ah).
Иногда емкость батареи приведена в Ватт/Вольт/минутах, обычно указывается для одной ячейки напряжением 1,67 В, сколько ватт она может выдать в течение 15 минут. Формулы точного перевода в Ампер-часы не существует, для приблизительного следует поделить число ватт на 3,8. Полученное число будет примерно равно емкости аккумулятора в А∙ч.
Какова должна быть емкость нового аккумулятора?
Нежелательно, чтобы емкость была меньше емкости старого. Она может быть незначительно меньше (90-85% от емкости старого), но не более – для аккумуляторов с меньшей емкостью зарядный ток от ИБП может оказаться слишком большим, что плохо скажется на сроке службы нового аккумулятора.
Устанавливать аккумулятор с емкостью больше чем в два раза от старого тоже не стоит. Во-первых, такой аккумулятор, скорее всего, уже будет иметь большие габариты и на старое место просто не полезет.
Во-вторых, для такого аккумулятора ток зарядки уже будет слишком мал, что при глубоких разрядах (нередких при работе ИБП), тоже вредно сказывается на емкости аккумулятора.
Сборка ИБП
При установке нового аккумулятора следует:
- обратить внимание на соблюдение полярности. Следует убедиться в соответствии маркировок проводов и клемм аккумулятора, а не подсоединять «куда просится» - расположение клемм на новом аккумуляторе может быть зеркальным к старому! Переполюсовка аккумулятора с высокой вероятностью приведет к поломке ИБП.
- убедиться, что ИБП выключен (особенно актуально для старых моделей с клавишным выключателем). Новый аккумулятор, как правило, имеет 50% заряда, и, если ИБП по каким-то причинам остался включенным, при подсоединении аккумулятора возникает опасность поражения электрическим током.
Новый аккумулятор большей емкости имеет другой типоразмер (выше на несколько см) и входит на штатное место "впритирку". Клеммы пришлось изогнуть.
- если клеммы нового аккумулятора расположены по-другому, убедиться, что ни его клеммы, ни клеммы подходящих к ним проводов ни при каких обстоятельствах не будут касаться корпуса ИБП, элементов схемы или дорожек на платах.
Характеристики аккумуляторных батарей для ИБП
Емкость. Одна из основных характеристик, определяющая, как долго подключенный к ИБП компьютер сможет работать при отсутствии питающей сети. Обычно измеряется в Ампер-часах и нормировано на 20-часовой режим разряда (что обычно обозначено на корпусе как “C20” или “20 hour rate”). Часто встречающееся объяснение, что, к примеру, 7 А∙ч означает, что аккумулятор выдает 7 ампер в течение часа, некорректно – емкость аккумулятора сильно снижается при увеличении тока (снижении времени) разряда. При разряде аккумулятора за час его емкость падает относительно номинала на 30%.
Чем выше емкость аккумуляторной батареи, тем она дороже.
Наверняка каждого покупателя волнует вопрос: сколько «протянет» компьютер от аккумулятора конкретной емкости? Это можно подсчитать по формуле
Для оценки точного времени лучше всего замерить потребляемую компьютером мощность, но, для грубой оценки, достаточно сориентироваться по мощности блока питания системного блока и не забыть про мощность монитора. Так, ИБП с 12-вольтным аккумулятором емкостью 7 А∙ч будет «тянуть» компьютер с 400 Ваттным блоком питания и монитором мощностью 50 Ватт в течение:
Напряжение новой аккумуляторной батареи должно в точности соответствовать напряжению старой. В ИБП большой емкости могут использоваться несколько аккумуляторных батарей, соединенных последовательно. Их можно заменить на одну батарею, при этом напряжение новой АКБ должно быть равно суммарному напряжению старых батарей, а емкость соответствовать емкости одной старой батареи.
Максимальный ток разряда определяет, насколько мощное оборудование можно запитать от данной батареи. Чем выше этот параметр, тем лучше – тем более щадящим будет ток разряда при отключении питания. Так, ток разряда оборудования суммарной мощностью 400 Вт будет составлять 400 Вт/12 В = 33 А. С учетом падения мощности на преобразовании и прочих допусков, максимальный ток разряда аккумулятора для ИБП в таком случае должен быть не меньше 60 А.
Внутреннее сопротивление новой АКБ зависит от рабочей площади пластин аккумулятора, качества электрохимического контакта электролита с пластинами и косвенно характеризует качество всей батареи: чем внутреннее сопротивление ниже, тем лучше. При прочих равных параметрах следует отдать предпочтение АКБ с меньшим внутренним сопротивлением – скорее всего, параметры другой батареи завышены. Так, максимальный ток разряда у батареи с высоким внутренним сопротивлением должен быть ниже.
Срок службы также характеризует качество изготовления аккумулятора: технология AGM, по которой производится большинство аккумуляторов для ИБП, обеспечивает до 400 циклов заряда/разряда, но плохая сборка (некачественные пластины, загрязненные свинцовые сплавы) может в разы снизить это число. Не стоит рассчитывать на то, что батарея со сроком службы в 5 лет верой правдой будет работать весь этот срок даже при ежедневных отключениях электроэнергии. Но что она проработает дольше, чем батарея со сроком службы 1 год – это почти наверняка. Со сроком службы связана еще одна характеристика аккумулятора - срок гарантии. Если вы желаете приобрести качественный аккумулятор, выбирайте тот, у которого больше гарантия.
Варианты выбора.
Если в вашем ИБП использовались батареи напряжением 6 В, следует выбирать среди аналогичных по напряжению. Стоят они 400-1000 рублей.
12-вольтовые аккумуляторные батареи потребуются, если в вашем ИБП стояли АКБ с таким рабочим напряжением. Стоят они от 550 до 6000 рублей в зависимости от емкости и производителя.
Если вы хотите, чтобы с новым аккумулятором ИБП проработал как можно дольше, приобретайте аккумуляторную батарею с продолжительным сроком гарантии. Это обойдется вам в 400-6000 рублей в зависимости от других характеристик.
Все мы слышали об аккумуляторах, которые способны накапливать (аккумулировать) электрическую энергию, не так ли?
Что такое аккумулятор?
Аккумулятор – это первичный источник электропитания. К первичным источникам относятся, например, и литиевые элементы 2032, которые есть в каждом компьютере. Эти элементы питают микросхему CMOS, которая хранит настройки BIOS Setup компьютера. В отличие от аккумулятора, возобновить запас энергии в таких элементах невозможно.
Энергия в аккумуляторе образуется в результате обратимого химического взаимодействия материала электродов и электролита. Восполнить израсходованный запас энергии в аккумуляторе можно, пропусти через него зарядный ток. Отметим, что существует несколько типов аккумуляторов. Например, в ноутбуках применяются литий-ионные, которые обладают лучшим соотношением энергия/вес.
Свинцово-кислотные аккумуляторы
В источниках бесперебойного питания (UPS или ИБП) применяются свинцовые кислотные аккумуляторы.
Свинцовый кислотный аккумулятор представляет собой две пластины, содержащие в себе свинец и погруженные в электролит – раствор на основе серной кислоты.
Вся эта конструкция заключена в пластиковый корпус.
В аккумуляторах для ИБП последовательно соединены обычно 6 элементов.
В течение некоторого времени можно наслаждаться жизнью. Напряжение в сети скачет или пропадает, ИБП периодически переключается на питание от аккумулятора. И мы, поплевывая с высокой башни, не видим для себя никаких неудобств.
Однако любая кислотная аккумуляторная батарея имеет ограниченное число циклов «заряд-разряд». Она постепенно стареет, и в ней со временем происходят необратимые изменения, в частности, сульфатация пластин электродов.
Технологические тонкости
При заряде на положительном электроде выделяется кислород и происходит электролиз (разложение) воды, содержащейся в электролите. Поэтому в «обычных» аккумуляторах (которые применяются, в частности, в автомобилях) приходится открывать специальную пробку для отвода газов. Это, прямо скажем, неудобно – каждый раз проверять плотность электролита, доливать воду, закрывать пробку…Поэтому были придуманы специальные технологии утилизации выделяющегося при заряде кислорода. Чтобы утилизировать кислород, надо доставить его пузырьки к отрицательному электроду, где он ступит в реакцию со свинцом. Это достигается двумя способами:
- использованием сепаратора с мелкими ячейками из специального синтетического материала,
- загущением электролита специальными добавками.
В последнем случае электролит принимает гелеобразное состояние и не вытекает, даже если перевернуть аккумулятор «вверх ногами». Сепаратор и гель удерживают воздух, и пузырьки кислорода благополучно достигают отрицательного электрода, так как диффузия в газе происходит намного быстрее, чем в жидкости.
Если выделившийся при заряде кислород утилизирован, потери воды в электролите не происходит и доливать ее не надо. Удобство обслуживания повышается, но количество циклов «заряд-разряд» все равно остается ограниченным.
Аккумуляторы характеризуются таким параметром, как емкость.
Емкость аккумулятора – это способность накапливать электрический заряд. Она измеряется в ампер-часах (A*h). В ИБП наиболее широко применяются аккумуляторы с напряжением 12 В и емкостью 5, 7 и 12 A*h.
Значение емкости чаще всего приводится для времени разряда 10 или 20 часов. Так, батарея емкостью 7 A*h может обеспечить в течение 10 часов разрядный ток в 0,7 А. При этом аккумуляторная батарея разрядится до на напряжения примерно 1,7 В на элемент (или до напряжения около 10,4 В для всего устройства).
После этого в аккумуляторе остается еще энергия, и он может ее отдать. Но это будет уже режим глубокого разряда, что сильно сокращает срок жизни источника.
Следует отметить, что цифра емкости приводится именно для 10 или 20 часов разряда. При меньших временах разряда и, соответственно, бОльших разрядных токах он отдаст только часть своей емкости. И зависимость эта нелинейная.
Например, батарея GP1272 фирмы CSB емкостью 7,2 A*h при 10-ти часовом разряде (при температуре 25 С) способна отдавать ток 0,74 А.
Таким образом, ее емкость даже чуть больше заявленной – 7,4 А*h.
При часовом разряде батарея сможет отдавать ток 5,3 А, что соответствует емкости 5,3 А*h. При 15-ти минутном разряде батарея отдаст 15,1 А, что соответствует емкости 3,8 А*h, а при 5-ти минутном разряде – 29,6 А, что соответствует емкости 2,5 А*h.
Получается, что при малых временах разряда, когда аккумулятор должен отдавать большой ток (случай, наиболее интересный для нас), он может отдать меньше половины своей емкости. Это прискорбный факт!
Заканчивая первую часть статьи, отметим, что, когда в сети исчезает напряжение, ИБП работает от аккумулятора, потребляя (при наличии нагрузки более 100 Вт) более 10 А. При мощной нагрузке может потребляться ток в десятки ампер! Уж лучше было бы наоборот – при больших токах разрядки аккумулятор отдавал бы всю свою емкость, а при малых – часть…
Во второй части статьи мы завершим предварительное знакомство с аккумуляторами. А пока еще раз перечитайте первую часть, чтобы цифры отложились в голове.
Адаптер питания, он же блок питания выполняет свою задачу: из переменного напряжения сети 220 вольт получить постоянное напряжение 12 вольт (или 5v или 6v). Это напряжение не должно изменятся в зависимости от протекающего тока нагрузки. Это стабилизированный источник питания. Еще раз - на выходе его ВСЕГДА 12 вольт в пределах тока, на который он рассчитан. К примеру на фото слева БП рассчитан на ток до 1.5 ампера, свыше, он сгорит или если "умный" отключится по перегреву.
Зарядное устройство к примеру на 12 вольт, на своем выходе имеет в зависимости от стадии зарядки 14,6 вольта. При этом ток ограничен значением, которое написано на ЗУ.
Почему 14.6 вольта? Чтобы ток потек в направлении аккумулятора нужна разность потенциалов между зарядкой и емкостью (аккумулятором). Если АКБ на 12 вольт, то заряжать его надо большим потенциалом (напряжением). Иначе ток не потечет в него (образно говоря).
Блок питания, выдающий ровно 12 вольт никогда не зарядит батарею на те же 12 вольт. Ток не потечет, нет разности потенциалов. Если батарея сильно разряжена и ее напряжение меньше 12 вольт, ДА Блок питания ее подзарядит, этим можно воспользоваться, если под рукой не настоящего ЗУ, НО уровень заряженности будет процентов 10-15 от номинальной емкости батареи, не более.
Напряжение на полностью заряженной батареи должно быть не 12 вольт, а 12,6-12,8 вольт. Батарея, на клеммах которой 12.0 - 12.3 вольт срочно требует зарядки - иначе, если это AGM батарея, теряется емкость (происходит необратимый процесс сульфатации пластин).
Зарядные устройства сложнее технически, поэтому дороже, чем адаптеры. Поэтому часто поставщики фонарей или детских машинок комплектуют свои изделия именно адаптерами, причем не стабилизированными. Результатом является снижение срока службы АКБ в 3-4 раза от систематического недозаряда.
Мы рекомендуем недорогие зарядные устройства для AGM и GEL, которые действительно дадут реальный срок службы аккумулятору.
Читайте также: