Как повысить напряжение в ибп
Обновлено: 04.07.2024
У каждого дома наверняка валяется не один блок питания (зарядка) от различных моделей сотовых телефонов. Все они имеют выходное напряжение 5 В. Естественно, применить такой источник в хозяйстве можно, то порой столько целей нет, сколько есть в наличии таких источников с одинаковым напряжением. А можно ли как-то изменить напряжение этого блока? Тогда было бы больше возможностей его использовать.
На самом деле сделать это довольно просто, так как все зарядки от телефонов плюс-минус имеют одинаковую схему.
Как изменить напряжение блока?
Выходное напряжение можно не только уменьшить, но у увеличь в пределах 3-15 В. И в крации сначала расскажу как. На плате каждого импульсного источника питания, преимущественно в центре, расположен трансформатор. Визуально он делит высоковольтную часть блока и низковольтную. Эти части гальванически развязаны, но имеют обратную связь через оптрон. На низковольтной части платы в цепи оптрона стоит стабилитрон, который как раз и отвечает за уровень выходного напряжения.
Если вам нужно понизить напряжение до 3 В, достаточно просто заменить стабилитрон и пользоваться, а вот если повысить, то тогда потребуется заменить выходной фильтрующий конденсатор на другой с более высоким напряжением.
Я думаю, концепция внесения изменений вам понятна. Перейдем к делу.
Детали
- Стабилитрон 12 В.
- Конденсатор 470 мкФ 25 В.
Повышаем напряжение импульсного источника своими руками
Вскрываем корпус. Находим стабилитрон. Он всегда расположен в низковольтной части блока.
Также рядом расположен фильтрующий конденсатор.
Предварительно можно включить блок в сеть и проверить, но конечно это лучше сделать заранее, пока крышка закрыта.
Выпаиваем стабилитрон и конденсатор.
Вместо них впаиваем новые. Самое главное не ошибиться с полярностью.
Как все будет готово, можно проверять.
Получились немного завышенные значения. Можно попробовать подобрать стабилитрон на более низкое напряжение, но для этого блока и так сойдет. Так как там, где он будет использоваться, превышение на 1-2 Вольта совсем не критично.
Смотрите видео
Для многих людей персональный компьютер – это способ заработка. И те, у кого есть свое дело, также тесно связаны с компьютерами. В этом случае последним необходимо бесперебойное электроснабжение, иначе даже секундное отключение электропитания может нанести серьезный ущерб. И чтобы избежать таких проблем, необходимо прикупить мощный источник бесперебойного питания.
Поскольку у недорогих ИБП отсутствует нормальное охлаждение компонентов, и относительно небольшая емкость аккумуляторов, они не в состоянии работать автономно продолжительное время.
Из этой статьи вы узнаете, как увеличить время работы «бесперебойника», а также его мощность практически в 2 раза путем небольшой доработки, но это будет зависеть от конкретной марки ИБП.
Для переделки взят «бесперебойник» мощностью не более 150 Вт. Но для начала необходимо разобрать «бесперебойник» и убедиться в том, что он подойдет для доработки. Бюджетные «бесперебойники» обычно имеют, запас по мощности. Если на плате около силовых транзисторов имеются дополнительные места для установки транзисторов, то такой ИБП подойдет. Благодаря этим полевым транзисторам трансформатор выдает частоту в 50 Гц.
Ниже представлена схема трансформатора типа push-pull (двухтактный повышающий):
Обычно в ИБП устанавливают n-канальные полевые транзисторы типа МОСФЕТ (IRF или IRFZ, 40-60 В). В представленном варианте стоят ключи типа IRF3205.
Далее, необходимо установить заранее приобретенные транзисторы на свободные места рядом с имеющимися. Вначале ключ монтируется на посадочное место и прикручивается к теплоотводу.
А после этого нужно запаять выводы на плате.
Стоит сказать, что в представленном примере используются отдельные радиаторы, поэтому изолировать транзисторы от них необязательно. А если теплоотвод будет целым для двух групп ключей, то его нужно изолировать в обязательном порядке.
Что же должно получиться в результате переделки? В 2 раза уменьшится сопротивление открытого канала, поскольку транзисторы будут подключены параллельно. А при уменьшении сопротивления, уменьшается и нагрев транзисторов. «Бесперебойник» сможет работать, не перегреваясь, довольно продолжительное время.
Увеличение количества транзисторов даст прирост мощности, но предел этой мощности зависит не от ключей, а от трансформатора. У представленного ИБП трансформатор имеет мощность 200-250 Вт, следовательно, выдавать больше, к сожалению, он неспособен. Но это гораздо лучше, чем было изначально.
Как правило, бюджетные «бесперебойники» оснащаются 12-вольтовыми аккумуляторами емкостью порядка 7-9 А·ч.
Но существуют варианты приспособить автомобильный аккумулятор вместо штатного. Для этого необходимо организовать дополнительный отвод горячего воздуха из-под корпуса ИБП, поскольку нагрев, помимо транзисторов, происходит и в трансформаторе.
Понадобится установить кулер от компьютерного БП в корпус «бесперебойника». Для этого необходимо вырезать подходящее отверстие и вмонтировать кулер. Это улучшит охлаждение компонентов «бесперебойника».
Также следует помнить и о том, что «бесперебойник» должен заряжать аккумулятор . Обычно это производится штатным узлом зарядки, имеющим ток заряда порядка 1 А. Если учитывать, что аккумулятор будет подзаряжаться практически все время, то этого тока вполне достаточно.
Для подключения автомобильного аккумулятора понадобятся разъемы типа «крокодил» и монтажные клеммы. Необходимо вывести наружу провода зарядного устройства и прикрутить к ним клеммы. С другой стороны нужно прикрутить к клеммам провода с «крокодилами».
Кулер подключается напрямую к аккумулятору. Чтобы иметь возможность отключать кулер, был смонтирован выключатель, но рекомендуется установить терморегулятор.
Теперь небольшой расчет. Аккумулятор имеет емкость в 60 А·ч. Таким образом, он способен питать нагрузку 720 Вт в течение часа. С учетом того, что средний компьютер будет потреблять не более 250-300 Вт, то заряда хватит на 2-2,5 часа автономной работы, но это в идеале.
Если учитывать КПД ИБП, которое в реальных условиях около 70-75%, то заряда аккумулятора должно хватать на 1,5-2 часа автономной работы. А это огромный резерв.
Близится осень и приближаются проблемы с электроэнергией. Вполне типичная ситуация, когда отопление еще не включили, а все соседи начинают обогреваться электрокаминами и различными обогревателями, просаживая и без того нагруженную сеть. Бури ломают провода, провода рвутся, оборудование оказывается без питания. Выручает спасительный бесперебойник или ИБП. Но что делать, когда авария на линии продолжается больше часа, а бесперебойник вырабатывает весь ресурс за десятки минут? Наращивать емкость встроенных батарей. Как это сделать правильно и безопасно, а также как подобрать необходимую батарею я сегодня расскажу на реальном примере.
Буквально на днях возникла довольно тривиальная, но интересная задача. Уже давно существующая серверная стойка с небольшим количеством оборудования и примерным потреблением 250-400 Вт оснащена ИБП IPPON Smart Winner Pro 2000. Время его автономной работы составляет порядка часа, а в случае более продолжительного отсутствия электропитания вручную заводился бензогенератор, установленный на улице. Задача: с минимальными затратами обеспечить время автономной работы стойки не менее 6 часов.
Сразу напрашивается вывод оснастить генератор какой-нибудь системой автоматического пуска, типа этой. Плюс в том, что стоимость такой переделки составляет порядка 13 тысяч рублей, а минус в том, что требуется регулярное обслуживание и заправка генератора. Добавляется человеческий фактор, а значит, снижается общая надежность системы.
Вторым способом, который был избран за простоту и надежность, является наращивание емкости аккумуляторов. В этом случае достаточно просто нарастить емкость аккумуляторов, благо в данном экземпляре блок батарей выносной и подключается отдельным проводом. Так как стандартные аккумуляторы имеют емкость в 9 Ач и собраны в батарею на 48 В, то достаточно заменить их на аналогичные гелевые батареи, емкостью 40-50 Ач. Так как блок зарядки оснащен принудительной системой охлаждения, подобная нагрузка не будет критичной и повлияет только на время зарядки батарей.
А что делать тем, у кого и потребление гораздо выше и требования к времени автономной работы заметно отличаются. К примеру, стойка в 1-1.5 кВт и требуется до 24 часов автономии. В этом случае проще всего поставить бесперебойники на 10 минут работы и мощные генераторы с системой автоматического пуска, которые будут заводиться через 5 минут после отключения питания. Вся эта система стоит заметных денег, но иногда стабильность работы это окупает.
Я хочу рассмотреть промежуточный вариант для небольшого офиса или частного дома, когда требуется резерв для переменной нагрузки, с пиком в 6 кВт и средним потреблением до 1 кВт в течение длительного времени без внешней подпитки. Возможно дополнение генератором, тогда система становится полностью автономной.
В качестве бесперебойника для себя я выбрал стоечный вариант ИБП от компании МикроАРТ. Благо такой экземпляр отработал достаточно времени и продемонстрировал безотказную работу. Кроме того, он обладает широким диапазоном настроек, позволяя беречь ресурс аккумуляторов и правильно их эксплуатировать.
Пояснение: Во всех офисных ИБП используются гелевые аккумуляторы, которые имеют массу преимуществ: они поставляются заряженными, не требуют обслуживания и электролит находится в загущенном состоянии, а значит, никогда не выльется. Но все бесперебойники поддерживают на аккумуляторах повышенное напряжение, что позволяет использовать 100% емкости и заряжать их максимально быстро. Вот как раз два последних пункта заметно снижают срок службы аккумуляторов, приводя их к цифре 2-3 года до отказа.
Мне же хотелось 5-7 лет, а лучше все 10 без замены аккумуляторов. И тут мы приходим к выбору типа аккумуляторов.
Типы аккумуляторов
AGM
Технология AGM использует пропитанный жидким электролитом пористый заполнитель отсеков корпуса из стекловолокна. Микропоры этого материала заполнены электролитом не полностью. Свободный объем используется для рекомбинации газов.
Герметичные, необслуживаемые, не требуют вентилируемого помещения для установки. Батареи AGM отлично работают в режиме подзарядки (буферном режиме) со сроком службы до 10-12 лет. Если же их использовать в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать на хотя бы 60%-80% от емкости), то их срок службы сокращается чуть ли не в два-три раза. Срок службы при полной автономии до 3-х лет. Рекомендуются для резервного бесперебойного электропитания.
В жидкий электролит добавляют вещество на основе двуокиси кремния (SiO2), в результате чего образуется густая масса, напоминающая по консистенции желе. Этой массой и заполнено пространство между электродами внутри аккумулятора. В процессе химических реакций в толще электролита возникают многочисленные газовые пузыри. В этих порах и раковинах происходит встреча молекул водорода и кислорода, т.е. газовая рекомбинация. Почти все испарения, таким образом, возвращаются обратно в аккумулятор и это называется рекомбинацией газа. Сепаратор в гелевых аккумуляторах тоже необычный — микропористый дюропластик, за счёт присадок из алюминия он обладает высокой стойкостью в агрессивной среде, обладает высокой температурной стабильностью и механической прочностью; последнее обеспечивает высокую вибростойкость и ударопрочность конструкции. При производстве гелевых аккумуляторов используют высокочистый свинец — это увеличивает эксплуатационные характеристики АКБ в несколько раз. Срок службы при автономии до 4-х лет, при резервном питании до 12 лет. Рекомендуются для резервного бесперебойного электропитания.
Аккумуляторы типа GEL и AGM практически неотличимы внешне и имеют довольно близкие характеристики. Дальше интереснее.
Панцирные
Основой панцирной пластины является чехол (панцирь), изготовленный из нетканого микропористого пластика в виде ряда параллельных трубок. Внутри трубок заключена активная масса. Токоотводящей деталью пластины служит запрессованная в активную массу стержневая рамка, отлитая из свинцово-сурьмянистого сплава. Стержневая рамка отливается под давлением, что исключает образование в токоотводящих стержнях раковин и других литейных дефектов, значительно увеличивая срок службы. Микропористый панцирь надежно защищает положительную активную массу от осыпания и оползания на протяжении всего периода эксплуатации аккумулятор. Рекомендуются для полной автономии и/или резервных систем. Срок службы панцирных АКБ в условиях автономии не менее 10 лет при правильной эксплуатации (или 1500 циклов 80% разрядов), или 15 — 17 лет при резервном питании. Поставляются в сухозаряженном виде.
Изготовленные по литий-железо фосфатной технологии герметичные АКБ. Рекомендуются для полной автономии и/или резервных систем. Срок службы литий-железофосфатных АКБ в условиях автономии до 20 лет при правильной эксплуатации (или 5000 циклов 70%-ных разрядах), или 25 — 30 лет при резервном питании. Поставляются в комплекте с BMS. Данные АКБ имеют ряд важнейших преимуществ и являются самыми перспективными АКБ в мире.
Выбор
Все говорит в пользу Литий-железо-фосфатных батарей(LiFePo4), но первоначальные вложения довольно-таки велики, хотя преимущества неоспоримы: никакой кислоты, герметичные, не требуют обслуживания и самая низкая стоимость цикла заряд-разряд. С учетом всех плюсов и минусов, я решил остановиться на сухозаряженных панцирных аккумуляторах.
Подготовка и сборка аккумуляторной батареи
Так как панцирные аккумуляторы, которые я выбрал, поставляются банками по 2В, а мне необходимо было получить 24В, то потребовалось самостоятельно собирать батарею из 12 штук. Первым этапом стала заправка электролитом. Процедура связана с риском для здоровья, поэтому требуется использовать защитные средства: очки или маска для глаз, респиратор, резиновые перчатки, резиновые сапоги. Еще я добавил дождевик, на случай расплескивания электролита, в котором содержится кислота. Также аккумуляторы лучше всего заливать на резиновом или пластиковом коврике, чтобы в случае проливания электролита на полу не осталось следов.
Для заливания электролита я воспользовался вот таким ручным насосом, устойчивым к кислоте.
Сама заправка аккумулятора достаточно проста, но с учетом 12 банок отнимает немало времени. Сода в кадре не просто так. Из курса химии известно, что кислоту гораздо эффективнее не смывать водой, а нейтрализовать содой, поэтому по технике безопасности лучше держать открытую пачку соды поблизости.
После заправки аккумуляторов электролитом требуется поставить батарею на дозарядку не позднее, чем через 3 часа. Сама процедура зарядки должна осуществляться соответствующим зарядником с током, составляющим 10% (0,1С) от емкости аккумуляторной батареи. К примеру, если емкость составляет 210 Ач, то максимальный зарядный ток должен быть не более 21 А. Толстые перемычки используются для того, чтобы они не стали бутылочным горлышком при протекании больших стартовых токов. Кроме того, при протекании тока по тонким проводам, они заметно разогреваются, что может привести к преждевременному износу аккумуляторов или пожару. Ведь нагрев аккумулятора с +25 до +35 градусов вдвое снижает срок службы батареи.
Следующим этапом, позволяющим из обслуживаемых аккумуляторов сделать малообслуживаемые или совсем необслуживаемые, стала установка пробок рекуперации. Выделяемый при зарядке водород, поднимаясь в такую пробку, объединяется с кислородом и стекает назад в аккумулятор. Прежде чем установить такие пробки, требуется полностью зарядить батарею и дать ей отстояться несколько дней, так как первое время возможно повышенное газообразование, на которое такие рекуператоры не рассчитаны. Если же пренебречь этой ситуацией, то возможен печальный итог: перегрев рекуператора.
В итоге батарея приобрела вот такой вид и потребует лишь профилактической проверки разницы напряжений между аккумуляторными банками раз в год, и проверки уровня электролита раз в 6 лет. Если напряжение у разных АКБ начнёт «разбегаться», то необходимо провести уравнивающий заряд (заряд повышенным напряжением). Если уровень электролита окажется ниже – достаточно долить дистиллированной воды.
Здесь стоит преимущество подобного решения: у герметизированных АКБ (GEL и AGM), водород, несмотря на внутреннюю рекуперацию, тоже всё же потихоньку испаряется, но вот долить воды уже невозможно и такие герметизированные АКБ приходится выкидывать намного раньше.
Запасенная энергия конкретно этой сборки составляет 5040 Вт*ч, а без особых потерь для здоровья батареи можно потратить половину. То есть два-три ноутбука в нормальном режиме работы смогут просуществовать сутки и еще останется запас энергии. Если добавить к этому внешний генератор или солнечные батареи, то система становится полностью автономной и позволит работать не один год.
Заключение
Инвертор с внешним блоком батарей оказался габаритнее стандартного компактного ИБП со встроенными аккумуляторами, но практически бесконечная емкость внешних батарей позволяет заметно увеличить время автономной работы. И если время аварийного питания от ИБП составляет минуты или десятки минут, то при использовании инвертора с внешними аккумуляторами время автономной работы считается в часах или днях.
Если будет интересно, то могу сравнить в лоб два устройства: ИБП Powercom Smart King SMK-2000A-RM-LCD и инвертор МАП SIN Энергия Pro HYBRID с внешним блоком батарей.
Источник бесперебойного питания является весьма полезным устройством, которое позволяет защитить электрооборудование как от резких скачков напряжения в сети, так и от ее полного обесточивания. Происходит это за счет резервной цепи, на которую вовремя перебрасывается потребитель и питается до тех пор, пока электроснабжение не восстановится или уровень заряда аккумуляторов не иссякнет.
Иногда случается так, что пользователю попадается бесхозный ИБП (списанный эксплуатирующей организацией), и тот хочет его куда-либо пристроить, например установить для бесперебойной работы компьютера. Только вот мощности не хватает. Как увеличить мощность бесперебойника и какие ИБП для этого подходят?
Разновидности ИБП
Сперва кратко пробежимся по типам бесперебойников, чтобы определиться, какие из них можно попытаться сделать мощнее.
Самый распространенный в промышленности тип ИБП - это on-line. Такие источники бесперебойного питания обеспечивают идеальное качество электрического сигнала при любых обстоятельствах. Достигается это благодаря цепи с двойным преобразованием, когда входной переменный ток сперва выпрямляется, а затем снова инвертируется. Это позволяет сделать качество выхода независимым от качества входа.
Также в профессиональных сферах деятельности можно встретить ИБП off-line, которые также успешно применяются и в быту. С точки зрения функциональной схемы такие бесперебойники являются наиболее простыми, представляя собой инвертор с зарядным устройством. Как только электрический сигнал перестает удовлетворять определенным требованиям, потребитель переключается на резервную цепь. После восстановления стабильного электроснабжения происходит обратный процесс и встроенное зарядное устройство пополняет заряд АКБ.
Кроме off-line, потребительские ИБП могут быть линейно-интерактивными. Это примерно то же самое, что off-line, только в основной цепи имеется стабилизатор напряжения. Обычно это самый простой стабилизатор, выдающий точность 10% во всем своем рабочем диапазоне стабилизации.
Основным элементов любого источника бесперебойного питания является инвертор. Это устройство, преобразующее постоянный ток (в данном случае снимаемый с клемм АКБ в автономном режиме) в переменный. Условно инверторы можно разделить на два вида: с правильной и аппроксимированной выходной синусоидой. Первый используется преимущественно для профессиональных установок, серверов и прочей чувствительной техники. Второй - в потребительских ИБП. Аппроксимированная синусоида безопасна для питания бытовой техники и электроники с импульсным блоком питания на входе, поэтому такие ИБП часто называют компьютерными. Использовать их для газовых котлов и прочей чувствительной техники не рекомендуется.
Увеличение мощности и автономности ИБП
Выше мы рассмотрели основные разновидности ИБП по функциональной схеме и типу инвертора. Сразу стоит отметить, что увеличить мощность получится далеко не для каждого бесперебойника. Теоретически модифицировать можно устройство любого типа при наличии соответствующих навыков и компонентов, однако на деле это, как правило, делается только для потребительских источников бесперебойного питания. Почему потребительских? Потому что там установлены инверторы с довольно простой схемой для получения аппроксимации синусоиды. Инверторы, выдающие чистую синусоиду, работают на парах IGBT транзисторов и гораздо сложнее поддаются доработке. Поэтому если хочется увеличить мощность ИБП, то это должно быть потребительское устройство с аппроксимацией синусоиды.
Если вскрыть такой бесперебойник, даже неопытный пользователь обратит внимание на главные силовые компоненты - силовые транзисторы. Обычно их два и они прикручены к алюминиевым радиаторам охлаждения. С высокой долей вероятности это стандартный двухтактный повышающий преобразователь. Так как производители зачастую используют универсальные печатные платы, рядом с существующей парой транзисторов могут находиться пустые посадочные места. Если это так, значит можно попытаться увеличить мощность ИБП путем добавления еще одной пары аналогичных транзисторов. Работая попарно, они распределят между собой тепловыделение, тем самым теоретически увеличивая максимально допустимую мощность вдвое. И тут все упирается в мощность трансформатора. Благодаря тому, что она изначально подбирается с определенным запасом, прирост будет соответствовать этому запасу.
А что по увеличению автономной работы? Фактически, Вы можете заменить встроенный АКБ емкостью в 7-9 ампер-часов на внешний аккумулятор. Желательно, чтобы это была тяговая гелевая свинцово-кислотная батарея, никак не автомобильная. Даже при своей базовой мощности встроенное зарядное устройство сможет зарядить такую АКБ. Все-таки практически все время бесперебойник будет работать в режиме подзарядки, лишь изредка переключаясь в автономный режим во время аварийной ситуации в сети. Поэтому даже если ток ЗУ составляет пару процентов от емкости, это не является проблемой.
А вот что может стать проблемой, так это перегрев силовых элементов из-за увеличенной автономности. Если изначально ИБП предусматривал 10-15 минут автономной работы от встроенных аккумуляторов, то после установки, скажем, 100-амперного источника питания длительность автономной работы многократно возрастает. В таком случае лучше предусмотреть дополнительные вентиляционные отверстия и, возможно, вентилятор охлаждения.
Таким образом, модификация потребительского источника бесперебойного питания более чем возможна. Только делать это должен человек с соответствующей квалификацией. При наличии даже мельчайших сомнений и дыр в знании матчасти Вы рискуете попасть в ситуацию, когда выйдет из строя не только “модифицированный” ИБП, но и потребитель. Поэтому в идеале используйте ИБП на своей номинальной мощности с аккумуляторами предусмотренной емкости. Любые другие манипуляции производятся только на свой собственный страх и риск и, как правило, из спортивного интереса, а не практической пользы.
Читайте также: