Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol przekaźniki
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

[Rozwiązano] Mini DC UPS z jakich komponentów?

24 Sie 2017 21:27 2871 16
  • Poziom 8  
    Chciałbym zbudować mini UPS-a do podtrzymywania routera, raspberry Pi, oraz dwóch dysków 3,5”. Wymogi dla takiego urządzenia to:
    - Dostarczenie napięcie 12V 6A - (router, 2xHDD 3,5”)
    - Dostarczenie napięcie 5V 4A - (Pi + elektronika 2xHDD 3,5”)
    - Wykrywanie zaniku prądu (najlepiej mierzenie ile jeszcze bateria pociągnie) i podejmowanie automatycznych akcji (wyłącznie Pi + HDD)

    W Internecie znalazłem kilka możliwość realizacji takiego systemu (zacznę od najgorszych):

    1. Gotowy UPS DC ołowiowy
    Niestety rozwiązania te bywają drogie (~300zł) i nie oferują dostatecznej mocy wyjściowej. Poniższe egzemplarze przeznaczone są do pracy z akumulatorami ołowiowymi (+niska cena):
    - PowerWalker DC UPS 12V
    - Zasilacz serii AWZ

    2. Akumulator kwasowo-ołowiowy 12V
    Pomysł ciekawy, ze względu na cenę baterii (3x taniej od litowych), niestety nie mam pomysłu jak zrobić do tego elektronikę. W Internecie są dostępne następujące schematy:
    podpięcia baterii równolegle do zasilacza
    Jeśli dobrze rozumiem to w takim układzie bateria jest stale rozładowywana / ładowana w zależności od wahań napięcia na zasilaczu ze względu na zmienny pobór prąd. Ile czasu bateria może przetrwać w takich warunkach? Nie ma żadnego zabezpieczenie przed rozładowaniem baterii do 0V, dodatkowo obawiam się o elektronikę przy takim napięciu.
    schematy z mikrokontrolerem
    niestety nie jestem w stanie ocenić na ile są poprawne (tj. eliminują wady rozwiązania 2.a)
    Podłączenie baterii 12V do ładowarki samochodowej z mikrokontrolerem
    w przypadku zaniku napięcia elektro przełącznik, który przełączy zasilanie dysków na baterię. Jeśli dobrze rozumiem to przełącznika nie można zasilać z 12V, ponieważ zadziałałby po “nagłym” wyłączeniu dysków. Należało by zasilać z 230V (co w mojej opinii jest lekko ryzykowne dla sprzętu i użytkownika).

    3. Gotowy UPS DC 12V + 5V litowy
    Na Ali można kupić gotowe UPSy 5 oraz 12V, niestety jeden nie wystarczy do zasilania jednej “linii napięcia”, a nie jestem pewien na ile można łączyć je równolegle (ani jak taki schematy połączeń powinien wygląd -> wszystkie połączone równolegle na wejściu i wyjściu, a może tylko na wyjściu)?

    4. Własnoręcznie zbudowany power bank 12V
    Na Aliexpress można kupić gotowe układy np.“3S 25A Li-ion Lithium 18650 BMS PCM battery protection board”. Układ sam zajmuje się ładowaniem i odcięciem baterii przed zbytnim rozładowaniem. Jeśli dobrze rozumiem z jego pomocą można wpiąć bateria równolegle do linii 12V? Zasilanie linii 5V byłoby realizowane przez step-down converter.
    Jaką baterię litową kupić? 18650, czy jest coś lepszego / tańszego?
    Ile baterii połączyć szeregowo 3 / 4 ? Przy 3 są minimalne straty (na konwersji do 5V), natomiast przy 4 potrzeba konwertera step-down, co zwiększa straty. Jak rozumiem napięcie wyjściowe będzie utrzymywało się na poziomie 12V dopóki na wejściu będzie 13V?

    Znalazłem dwie metody wykrywania zaniku prądu, żadna niestety nie wydaje się specjalnie dobra:
    - mierzenie napięcia za pomocą Pi i ADC
    - Pi + Arduino + dzielnik napięcia
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 31  
    Witam.

    Li-ion mają ograniczenie w ładowaniu i dlatego nie mogą być stale ładowane jak to
    jest w UPS serii RT.

    A Ty potrzebujesz 90W mocy.
    Policz ile potrzebujesz mAh i dopiero zaczynaj szukać rozwiązania.
  • Poziom 8  
    dasej napisał:
    Li-ion mają ograniczenie w ładowaniu i dlatego nie mogą być stale ładowane jak to
    jest w UPS serii RT.

    Czy tym nie zajmie się BMS?
    Baterie ołowiane mogą być stale podłączone do źródła prądu?

    dasej napisał:
    A Ty potrzebujesz 90W mocy.
    Policz ile potrzebujesz mAh i dopiero zaczynaj szukać rozwiązania.

    Dyski potrafią się wyłączyć w ciągu 2 minut (dla bezpieczeństwa przyjmuję 5 min):
    (12V * 6A + 5V * 4A) * 5min = (72W + 20W) * 5min = 92W * 5min = 7,6Wh
    takie wymogi spełnia każdy z rozważnych wariantów:
    - bateria 12V ołowiana (conajmniej 15Wh)
    - 4x18650 (30Wh)
  • Poziom 29  
    Akumulatory Li-ion mogą być stosowane do pracy buforowej, ale przy obniżonym napięciu, max. 4,05V na celę.
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 36  
    AVE...

    Ja bym użył pakietu 4-6 ogniw Li-Ion, może wręcz modelarskich i dwóch przetwornic typu boost, jednej na 5V, drugiej na 12V. Użycie akumulatora ołowiowego wymagałoby przetwornicy SEPIC dla napięcia 12V, a te są mniej popularne, a przez to kosztowniejsze...
  • Poziom 8  
    Wzorując się na tym rozwiązaniu zastanawiam się nad takim schematem:
    Mini DC UPS z jakich komponentów?
    Napięcie na lini zasilającej będzie monitorowane przez Arduino. Zabezpieczenie akumulatorów przed rozładowaniem będzie zrealizowane za pomocą układów AVT1533.
    1. Jaka powinna być dioda D1, aby uzyskać minimalny spadek napięcia i ograniczyć straty?
    2. Jaka powinna być wartość rezystora R1? Czy warto dodać bardziej zaawansowany układ ładowania np. przełącznik sterowany przez Arduino?
    3. Jakie baterie zastosować PB, żelowe czy AGM ?
    4. Czy konwertery poradzą sobie z utrzymaniem napięcia wyjściowego przy nagłym spadku napięcia wejściowego z 28V do 26V (a później do 24V)?
    Dodano po 42 [minuty]:
    Urgon napisał:
    Ja bym użył pakietu 4-6 ogniw Li-Ion, może wręcz modelarskich i dwóch przetwornic typu boost, jednej na 5V, drugiej na 12V. Użycie akumulatora ołowiowego wymagałoby przetwornicy SEPIC dla napięcia 12V, a te są mniej popularne, a przez to kosztowniejsze...


    Jak rozumiem ogniw Li-Ion połączone równolegle? Jak zrealizowałbyś ich ładowanie?
    Rozumiem problem z SEPIC, dzięki za pomysł jego rozwiązania (ciekawa alternatywa dla 2x12V).
  • Poziom 36  
    AVE...

    Użyłbym jakiegoś dobrego kontrolera ładowania, który zapewniłby odpowiedni prąd ładowania, czyli 0,2-0,4C całego pakietu. Napięcie maksymalne ograniczyłbym do 4,05-4,1V - kosztem niedużej straty pojemności zyskałbym zwielokrotnienie ilości możliwych cykli ładowania. Dobre kontrolery mają wbudowaną niewielką histerezę doładowując ogniwo, gdy napięcie spadnie w wyniku samorozładowania. Na upartego można te wszystkie funkcje zrealizować z użyciem mikrokontrolera...
  • Poziom 31  
    Fragment artykułu.


    Ogólnie biorąc, akumulatory litowe oferują największą gęstość energii spośród wszystkich akumulatorów dostępnych na rynku.
    Nie występuje w nich efekt pamięciowy, samorozładowanie jest niewielkie, trwałość jest duża, w wielu przekracza 1000 cykli pracy.
    Niemniej wymagają dość troskliwej opieki: zabójcze jest zarówno ich przeładowanie, jak też nadmierne rozładowanie.
    W praktyce można sobie z tym łatwo poradzić, stosując zabezpieczenia elektroniczne

    A tu cały artykuł. Link

    Źle traktowana bateria w laptopie może paść po 3 latach, a Ty chcesz je ładować stale.
    Bez pełnego układu kontroli ładowania i stanu rozładowania to niema szansy powodzenia w czasie.
    Zapewne ruszy tylko pytanie na jak długo.
  • Poziom 8  
    dasej napisał:
    Ogólnie biorąc, akumulatory litowe oferują największą gęstość energii spośród wszystkich akumulatorów dostępnych na rynku.

    ...i z pośród rozważanych są najdroższe w przeliczeniu na Wh.

    dasej napisał:
    Niemniej wymagają dość troskliwej opieki: zabójcze jest zarówno ich przeładowanie, jak też nadmierne rozładowanie.
    W praktyce można sobie z tym łatwo poradzić, stosując zabezpieczenia elektroniczne.

    ...które podnoszą koszty jeszcze bardziej i dlatego w komercyjnych UPS-ach stosowane są ołowiane, żelowe i AGM-y.

    dasej napisał:
    Źle traktowana bateria w laptopie może paść po 3 latach, a Ty chcesz je ładować stale.

    Rozważam stałe ładowanie ołowianych, na ile się orientuję, to przy odpowiednio dobranym natężeniu jest całkowicie dopuszczalne.
  • Admin grupy Projektowanie
    @Lukdz czyli rozumiem że na tym etapie wahasz się między źródłem energii akumulator kwasowy VRLA lub Li-ion?

    Czy te wartości 12V 6A i 5V 4A są zmierzone czy z "naklejki" na sprzęcie?
    Jeżeli realne wartości są mniejsze to obniży to koszty.

    Co do GEL czy AGM - AGM typowo do pracy buforowej (czyli to co potrzebujesz), natomiast GEL lepiej poradzi sobie przy pracy z głębokim rozładowaniem i wytrzyma większą liczbę takich cykli. Także AGM będzie tańszy, dostępniejszy i lepszy do rozwiązania typu UPS do "maliny".

    Na początek proponowałbym jednak żelowe, gdyż:
    -ładowarka będzie miała prostszą konstrukcję
    -akumulator będzie bardziej odporny na błędy
    -zakładam że wielkość nie ma znaczenia

    Zarówno w przypadku akumulatora żelowego jak i Li-ion uważaj na prąd zwarciowy.
    Li-ion może mieć wbudowane układy zabezpieczające.
    Ale dla kwasowego zastosuj:
    -zabezpieczenie przeciwzwarciowe
    -zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem (dla aku 12V możesz przyjąć napięcie odcięcia ~10V-10.5V, a dla aku 6V ~5V-5.25V)
    -dla konstrukcji zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem akumulatora.

    Ładowarka do akumulatora kwasowego może uwzględniać temperaturę otoczenia i dla temperatury pokojowej napięcie na celę nie powinno przekraczać 2.25V na "celę" co dla 12V daje 13.5V a dla 6V daje 6.75V.

    Dla aku 6V mamy zakres napięć 5V-6.75V
    Natomiast dla 12V mamy zakres napięć 10V-13.5V

    Co wybrać?
    Zakres napięć wejściowych i wymagane napięcia wyjściowe wymagają zastosowanie przetwornic step up/down co zwiększa koszty...
    Można sprawdzić czy dyski będą pracowały poprawnie przy napięciu niższym niż 12V, trochę to nieprofesjonalne ale można by zrobić tak:
    -jeden akumulator 12V
    -przetwornica step down 12V lub 11V która przepuści napięcia niższe niż 12V (jeżeli dyski poprawnie zadziałają przy 10-11V)
    -przetwornica step down 5V
    -zasilacz buforowy ładujący do ~13.5V
    -zabezpieczenie przed rozładowaniem
    -zabezpieczenie przed zwarciem
    -zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem aku

    Ponieważ masz tam RPi, można trochę poszaleć i:
    -mierzyć ilość cykli zadziałania akumulatora
    -wyłączać ładowanie konserwujące po pełnym ładowaniu i uruchomić ładowanie po bezczynności (np. 3msc) co zmniejszy korozję aku
    -wykonywać testy akumulatora (określanie rezystancji wewnętrznej, lub sprawdzanie szybkości spadku napięcia przy określonym obciążeniu)
  • Poziom 8  
    And! napisał:
    @Lukdz czyli rozumiem że na tym etapie wahasz się między źródłem energii akumulator kwasowy VRLA lub Li-ion?

    Zdecydowałem się już na ołowiowy. Jest 4x tańszy w przeliczeniu na pojemność od lion.

    And! napisał:
    Co do GEL czy AGM - AGM
    [...]
    Na początek proponowałbym jednak żelowe

    Bardzo dziękuje za info, to był ważny dylemat.

    And! napisał:
    dla kwasowego zastosuj:
    -zabezpieczenie przeciwzwarciowe
    -zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem (dla aku 12V możesz przyjąć napięcie odcięcia ~10V-10.5V, a dla aku 6V ~5V-5.25V)
    -dla konstrukcji zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem akumulatora.

    Zamierzam to zrealizować układem AVT1533 (na schemacie oznaczone trochę przesadnie jako BMS).

    And! napisał:
    Co wybrać?
    Zakres napięć wejściowych i wymagane napięcia wyjściowe wymagają zastosowanie przetwornic step up/down co zwiększa koszty...
    Można sprawdzić czy dyski będą pracowały poprawnie przy napięciu niższym niż 12V, trochę to nieprofesjonalne ale można by zrobić tak:
    -jeden akumulator 12V
    -przetwornica step down 12V lub 11V która przepuści napięcia niższe niż 12V (jeżeli dyski poprawnie zadziałają przy 10-11V)

    Niestety dyski są bardzo wrażliwe na obniżone napięcie zasilania (sprawdzone). Problem "step up/down" rozwiązuje dwoma akumulatory 12V i 28V linią zasilania.

    And! napisał:
    Ponieważ masz tam RPi, można trochę poszaleć i:
    -mierzyć ilość cykli zadziałania akumulatora
    -wyłączać ładowanie konserwujące po pełnym ładowaniu i uruchomić ładowanie po bezczynności (np. 3msc) co zmniejszy korozję aku
    -wykonywać testy akumulatora (określanie rezystancji wewnętrznej, lub sprawdzanie szybkości spadku napięcia przy określonym obciążeniu)

    Dwie pierwsze uwzględniłem w najnowszym planie
    -pierwsze poprzez mierzenie napięcia na linii zasilania i na akumulatorach z pomocą dzielnika napięcia (na schemacie pomiędzy R2 i R3).
    -drugie poprzez przełącznik i rezystor (na schemacie RELAY1 i R1).
    Trzecie chyba zrobię, ale tylko poprzez ręcznie odcinanie zasilania. Nie chcę komplikować układu.

    Mini DC UPS z jakich komponentów?
  • Admin grupy Projektowanie
    Lukdz napisał:

    And! napisał:
    Co do GEL czy AGM - AGM
    [...]
    Na początek proponowałbym jednak żelowe

    Bardzo dziękuje za info, to był ważny dylemat.


    Pomyliłem się, oczywiście zgodnie z opisem ich właściwości chodziło mi o AGM...

    Ja starałbym się uniknąć tych dwóch akumulatorów i oprzeć układ na pojedynczym źródle zasilania.
    Z drugiej strony up/down to już jednak koszty: np. Link

    W UPSach akumulatory pracują w "stringach" po kilka-kilkanaście sztuk a kontrola napięcia jest na końcowych zaciskach szeregu,
    ale jeżeli można w takiej prostej konstrukcji tego uniknąć to czemu nie.
    A gdyby się decydować na to 24V (w praktyce 20-27V) to dla uproszenia traktowałbym to jako pojedynczy akumulator i "BMS" robił na jego wyjściu,
    ew. prosty pomiar napięcia "między" akumulatorami aby jakaś awaria nie przeładowała jednego z nich.

    Jak jest z podanymi poborami prądu 6A/4A, czy one są zmierzone czy z "naklejki"?
  • Poziom 8  
    And! napisał:
    Pomyliłem się, oczywiście zgodnie z opisem ich właściwości chodziło mi o AGM...

    Ok.

    And! napisał:
    Ja starałbym się uniknąć tych dwóch akumulatorów i oprzeć układ na pojedynczym źródle zasilania.
    Z drugiej strony up/down to już jednak koszty: np. Link

    Up/down można kupić taniej. Problem widzę gdzie indziej:
    1. Przy 12V akumulatorze (13,5V naładowany) i 12V linii zasilania potrzeba czegoś bardziej zaawansowanego do "załączania" akumulatora niż dioda (na schemacie D1). Jedyne rozwiązanie jakie widzę, to zastąpienie jej elektro-przełącznikiem sterowanym, przez Pi i nadzieja, że konwertery końcowe poradzą sobie z stabilizacją napięcia na wyjściu przy zaniku prądu:
    12V -> powolny spadek dzięki kondensatorom w zasilaczu wejściowym -> 10V -> gwałtowny wzrost przez załączenie baterii -> 13,5V
    I nie mam bladego pojęcia jak przy takim zasilaniu zrealizować ładowanie akumulatora, ani jak prosto wykrywać powrót zasilania sieciowego.
    2. Można zastosować akumulator 12V i zasilacz np. 16V -> bardzo ciekawy pomysł

    And! napisał:
    W UPSach akumulatory pracują w "stringach" po kilka-kilkanaście sztuk a kontrola napięcia jest na końcowych zaciskach szeregu,
    ale jeżeli można w takiej prostej konstrukcji tego uniknąć to czemu nie.
    A gdyby się decydować na to 24V (w praktyce 20-27V) to dla uproszenia traktowałbym to jako pojedynczy akumulator i "BMS" robił na jego wyjściu,
    ew. prosty pomiar napięcia "między" akumulatorami aby jakaś awaria nie przeładowała jednego z nich.

    Akumulator 12V to i tak 6 celli, a 24V to 12 celli, więc nie widzę tutaj dużej różnicy "fizycznej".
    BMS dla 12V jest ponad 3x tańszy od tych na 24V, więc lepiej chyba mieć dwa. Ochronią system przed przeładowaniem jednego z nich.
    Nie mam pomysłu jak Pi miałby mierzyć napięcie na każdym z nich z osobna, przy dwóch razem wystarczy dzielnik napięcia i Arduino jako konwerter analogowo-cyfrowy.

    And! napisał:
    Jak jest z podanymi poborami prądu 6A/4A, czy one są zmierzone czy z "naklejki"?

    Prądy są z naklejki. Wiem, że są zawyżone, ale chcę zbudować system z miejscem na rozwój zasilanej infrastruktury. Dodatkowo nie widzę miejsca na dużą oszczędność jeśli miałbym składać zestaw z mniejszym poborem prądu:
    -zasilacz 28V - 70zł (może 10zł oszczędności)
    -dwa akumulatory 12V - 60zł (0zł oszczędności, bo i tak kupuję takie o najmniejszej pojemności)
    -zasilacze końcowe - 50zł (może 20zł oszczędności)
    -kable, obudowa, złączki - 50zł (bez zmian)
  • Admin grupy Projektowanie
    Przełączanie przed przetwornicami a zasilacz >14V mógłby być też źródłem zasilania ładowarki.

    Tak sam akumulator 12V to także szeregowo połączone ogniwa, łącząc 2x12V mamy ich więcej,
    potraktowałbym dwa szeregowo połączone akumulatory 12V jak jeden 24V i wskazane urządzenie zabezpieczające przed rozładowaniem za 14zł przerobił wymieniając diodę Zenera i przekaźnik lub włączając w szereg z cewką przekaźnika rezystor a jeszcze lepiej zastąpić przekaźnik tranzystorem MOSFET.
    Jako zabezpieczenie przeciwzwarciowe wykorzystałbym zwykły bezpiecznik topikowy.

    Jaki jest pomysł na ładowarkę?

    Finalny projekt warto wrzucić do DIY.
  • Poziom 8  
    And! napisał:
    Tak sam akumulator 12V to także szeregowo połączone ogniwa, łącząc 2x12V mamy ich więcej,
    potraktowałbym dwa szeregowo połączone akumulatory 12V jak jeden 24V i wskazane urządzenie zabezpieczające przed rozładowaniem za 14zł przerobił wymieniając diodę Zenera i przekaźnik lub włączając w szereg z cewką przekaźnika rezystor a jeszcze lepiej zastąpić przekaźnik tranzystorem MOSFET.

    Czyli po przeróbkach uzyskamy układ podobny do AVT1748.

    And! napisał:
    Jaki jest pomysł na ładowarkę?

    Wersja 1: Relay1 i R1 Sterowane przez Pi w oparciu o pomiar napięcia na aukumulatorze.
    Wersja 2: Przetwornica step-down z linii 16/28V sterowana jak w wersji 1.
    Wersja 3: Ładowarka AVT2309 lub AVT2628/1 zasilana z osobnej linii 12V, sterowane przez Pi (nie jestem pewien, ale chyba lepiej aby akumulator NIE był "ciągle podładowywany niewielkim prądem konserwującym" .

    And! napisał:
    Finalny projekt warto wrzucić do DIY.

    Nie będzie z tym problemu.
    -> Teraz skłaniam się do zastosowania jednego akumulatora 12V, lini zasilania 16V, konwertera step-up/down 12V i step-down 5V.
  • Admin grupy Projektowanie
    Po przeróbkach otrzymasz układ o funkcjonalności wymienionego AVT1748 (który jest nieco przekombinowany ale w fajny sposób), możesz też poeksperymentować z elementem wykonawczym jako MOSFET z kanałem N.

    Ładowarka "sprzętowa" z układem elektronicznym sterującym ładowaniem, RPi może ew. wspomagać np. rozłączając ładowanie konserwujące, ale główna logika ładowania powinna opierać się na prostym układzie elektronicznym.
  • Poziom 8  
    Podliczyłem koszty:

    UPS 12V - na chińskich komponentach = 184 zł
    - zasilacz 12V do zasilania podłączonych urządzeń i ładowarki - 60 zł
    - kontroler ładowania - 20zł
    - konwerter Up/Down 12V do stabilizacji napięcia na wyjściu - 30 zł
    - automatyczny przełącznik 12V do przełączania zasilania na baterię i bateria - 24 zł
    - bateria Pb 12V 7Ah - 50 zł

    Używany UPS (+ew. wymiana baterii) = 180 zł

    Postanowiłem skorzystać z gotowego rozwiązania i nie narzekam.
    Główną motywacją do wykonania UPS pod 12V była chęć osiągnięcia długiego czasu na baterii dzięki uniknięciu konwersji 12V->230V->12V. W praktyce (APC ES 700 przy obciążeniu 25W) zapewnia 2h podtrzymania i sprawność 70% na pierwszym etapie konwersji. Dodatkowy nakład pracy zawiązany z wykonaniem UPSa 12V uważam za nieuzasadniony. Jeśli zależy nam na czasie działania to łatwiej jest zamontować do zwykłego UPSa większą baterię (w Internecie można znaleźć dużo poradników). Mi na razie wystarcza bateria wbudowana.