ББП(Блок Бесперебойного Питания).
Сегодня мы с вами соберем, совсем несложный ББП (если по простому и привычно, ИБП) на литиевом аккумуляторе, со всевозможными защитами и премудростями.
Вступление.
Когда делаешь умный дом, особенно на радио модулях, довольно часто возникает потребность обеспечить удаленный модуль бесперебойным питанием. Каким то модулям хватает и пары обычных пальчиковых батареек, а какие то настолько прожорливы что приходится применять литиевые аккумуляторы. В данной статье речь пойдет не просто о запитке, чего то от аккумулятора, а именно о полноценном низковольтном Источнике Бесперебойного Питания. Проще говоря, мы построим простенький ofline ИБП. Рабочий макет приведен на главной иллюстрации к статье.
Принцип работы.
Принцип работы устройства предельно прост. Блок питания (БП, обычная зарядка от телефона коих великое множество) питает зарядный модуль. Модуль заряжает и всегда держит в готовности литиевый аккумулятор. Параллельно этому БП постоянно держит во включенном состоянии реле, через замкнутые контакты которого, ток поступает на вход DC-DC преобразователя. На выходе которого мы имеем стабильное, необходимое нам напряжение питающее нашу нагрузку.
Как только внешнее питание (с БП) прекращает поступать, реле отпускает контакты, и вводит в работу, резервный источник (аккумулятор). Ввиду того что нами применен повышающий DC-DC преобразователь, он повышает напряжение батареи до необходимого нам значения и продолжает питать нашу нагрузку, все тем же, необходимое нам, стабильным напряжением.
Как только внешнее питание возвращается, реле переключает питание на БП, который питает нашу нагрузку и параллельно заряжает аккумулятор. Модуль зарядного устройства примененный в нашем ББП отслеживает состояние батареи. Он не допустит как ее перезаряда, так и переразряда, вовремя произведя отключение, что очень важно для литиевых аккумуляторов.
Из чего состоит ББП?
ББП состоит из 3 дешевых и легкодоступных модулей, и собственно, литиевого аккумулятора. Давайте их перечислим:
- Модуль зарядки TP4056 (ССЫЛКА).
- Релейный модуль KY-019 (ССЫЛКА).
- DC-DC повышающий преобразователь (о нем чуть позже).
- Литиевый аккумулятор типа 18650 (ССЫЛКА).
- Ну и, разве что, еще, немного проводов (ССЫЛКА).
Поговорим о каждом компоненте подробнее.
Модуль зарядки TP4056.
В нашей конфигурации, это самодостаточный модуль, который контролирует не только заряд, но и разряд аккумулятора. Для его питания подойдет любой 5V блок питания с интерфейсом micro USB. Например (ССЫЛКА). БП должен быть достаточной мощности чтобы обеспечивать заряд аккумулятора, установленным током, одновременное питание реле, преобразователя и нагрузки.
За потребляемый ток заряда в модуле отвечает токозадающий резистор R3. Меняя его номинал мы устанавливаем необходимый нам ток заряда аккумулятора. По умолчанию ток заряда установлен на максимум т. е. 1000мА. Что без труда позволяет заряжать две параллельно соединенные 18650 банки.
Вот табличка номиналов резистора и соответствующих им токов заряда:
- 30кОм = 50мА
- 20кОм = 70мА
- 10кОм = 130мА
- 5кОм = 250мА
- 4кОм = 300мА
- 3кОм = 400мА
- 2кОм = 580мА
- 1.66кОм = 690мА
- 1.5кОм = 780мА
- 1.33кОм = 900мА
- 1.2кОм = 1000мА
Подбор правильного номинала R3 очень важен, так как, напрямую влияет на срок службы батареи, а так же на время зарядки. Необходимо подобрать разумный компромисс, так чтобы и батарея не перегревалась, и чтобы время, зарядки не было чрезмерно долгим.
Релейный модуль KY-019.
В данном случае, должен работать без управляющего сигнала, для этого клемма S соединяется с землей. Реле сработает сразу же как только на него поступит питание. Собственно, все это четко видно на макете, повторюсь, который является главной иллюстрацией к этой статье. Данный модуль вполне может быть заменен на подобные, например, на широко представленный модуль с опто-развязкой (ССЫЛКА). В общем, используем то что есть под рукой. Тут главное чтобы были соблюдены ключевые моменты! (Сигнал S на землю, +5V на нормально открытый контакт реле). Ну и в случае с представленным модулем, еще, должна правильно стоять перемычка.
DC-DC повышающий преобразователь.
Главных критерия у преобразователя два.
- Он должен легко, т. е. без перегрева, выдавать необходимые напряжение и ток, питаясь как от БП так и от батареи.
- Он должен как можно меньше тратить энергии на собственные потребности.
Впрочем, второе нам менее критично, чем, например в автономных, солнечных системах. Как правило перебои в подаче электроэнергии длятся не более 8 часов. При мне, лично, именно за это время ребята полностью поменяли 400В сторону ТП.
Давайте условимся. Сейчас речь не идет о системе рассчитанной на последствия сильного ледяного дождя (продолжительные перерывы в электроснабжении, до нескольких недель). В той ситуации, так или иначе, придется пользоваться мощной системой резервного питания или покидать дом чтобы не околеть. Печка не в счет, кстати это большой плюс. Но обо всем этом будет еще много сказано. Давайте не будем забегать вперед. Не будем и прогнозировать время автономной работы нашего ББП, ввиду того что мне сложно предугадать на какой нагрузке он будет, именно вами, эксплуатироваться. Оставляю эти расчеты вам. Разве что, могу от себя заметить, что на одном, изрядно поюзаном Панасонике, мой внешний блок метеостанции на базе ESP-12, с легкостью отработал 10 часов, потом мне просто надоело, и я переключился на питание от БП.
Напоследок, хочется отметить что данная схема была мной проверена на двух дешевых преобразователях (ССЫЛКА) одна батарея, (ССЫЛКА) две батареи в параллель. Если использовать их без фанатизма(не задирая, без радиатора, до кипения микросхемы, вольтаж) то результат вполне приемлемый.
Экспериментируйте, это совсем недорогой и занимательный процесс!
Литиевые аккумуляторы типа 18650.
Я, обычно добываю их из старых батарей от ноутбуков. Как правило они еще вполне пригодны. Более того, если знать маленькие хитрости, вполне можно воскрешать даже, на первый взгляд, абсолютно мертвые аккумуляторы. Регистрируйтесь, спрашивайте, я буду рад рассказать об этом в комментариях, если кто то заинтересуется.
Еслм рассматривать новые, из того что продают китайцы, предпочитаю Sanyo (ССЫЛКА).
Ах, да. Для наших целей, прекрасно, подходят незащищенные аккумуляторы, ввиду того что контролер заряда имеет все необходимые функции защиты. Так что тратиться на защищенные аккумуляторы нет никакой необходимости.
Весьма удобно использовать, вот такие вот, держатели: (ССЫЛКА), особенно когда нечем сварить и по началу, боязно паять, особенно новые аккумуляторы.
Что еще можно добавить к сказанному?
Ну разве то что, в разрыв, + провода аккумулятора можно поставить выключатель. Приодеть ББП в красивую коробочку и помимо прямых его обязанностей, таскать с собой в качестве простенького пауэр банка.
Ваяйте, все в ваших руках! 😉
А в следующей статье мы поговорим об альтернативе этому ББП. Китайская альтернатива.