Strona używa cookies (ciasteczek). Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.    X

Ćwiekowany UPS

I kolejny domowy projekt, który rozrósł się z prostego pomysłu do, powiedzmy, większych rozmiarów. Szkoda tylko, ze zajął 3 miesiące, a dało by się go zrobić w kilka dni, no ale co człowiek poradzi jak gdzieś w tych dobowych 24h musi poupychać swoje hobby i inne, mniej fajne rzeczy.

Dziś "naćwiekowany" UPS, no sort of. Te niby ćwieki to od śrubek, czarnych nie było pod ręką, a obudowa mimo wszystko wykonana jest z plastiku. A musi zmieścić 4kg akumulator i się nie rozpaść w trakcie przenoszenia czy czegoś takiego, stąd mnogość śrubek, które sprawiają takie a nie inne wrażenie. Aaaale - jestem w sumie dumny z tego jak wyszła. No ale, do rzeczy.

Potrzeba matką wynalazków

Pewnie kilka razy wspominałem, że od pewnego czasu redukuję liczbę zasilaczy w domu, bo kurcze AP potrzebuje własnego zasilacza, switch własnego, wszystko chce własnego zasilacza i tak się potem z tego robi milion zasilaczy, rozgałęziaczy i innych takich. Dlaczego by nie zastosować jednego, dwóch mocnych zasilaczy i trochę kombinatoryki, zamiast zajmować nie wiadomo ile gniazdek, których liczba jest w końcu ograniczona. Ale - to stwarza problemy. Niektóre urządzenia chcą 7.5V, niektóre 5V, inne 12V. Szczęśliwie dla nas, większość z nich (a w moim wypadku wszystkie) da się zasilać z 13.4V bezpośrednio. Gdyż, ponieważ bo, większość ze sprzętu elektronicznego i tak zwiera w sobie regulator, który obniża napięcie wejściowe do poziomu jaki jest faktycznie potrzebny w danym sprzęcie. Ten regulator toleruje często napięcie sporo przekraczające napięcie zalecanego zasilania. Ale to tez nie jest tak, że można sobie do wszystkie ot tak podłączyć 13.4V i będzie działać bo ma stabilizator. Telefony tez mają taki układ na wejściu, a zrobienie czegoś takiego pewnie skończy się ich śmiercią. W związku z takimi haczykami, trzeba dany sprzęt rozebrać, zlokalizować stabilizator napięcia i kondensatory które mu towarzyszą od strony wejścia zasilania. Kondensatory (o ile nie są to SMD w obudowach z rodzaju 0805 czy czymś takim) łatwiej zidentyfikować bo dopuszczalne napięcie można sprawdzić po prostu odczytując je z ich obudowy.

Z regulatorem napięcia czasem gorzej (jak jest w SO23-6 albo czymś takim) czasem łatwiej. W każdym razie, google naszym przyjacielem i jak określimy co to, to w nocie katalogowej danej części spokojnie odczytamy standardowy zakres napięć wejściowych. W przykładowym moim D-Linku DES-105, zasilanym normalnie z 5V źródła, siedzi jak się okazuje krewniak MP2359 pozwalający na 24V napięcia wejściowego, ale jesteśmy ograniczeni zainstalowanymi kondensatorami na 16V. Także powiedzmy, że maks 14V byłoby dla niego dopuszczalne. A gdyby ktoś pytał "ale, ale, ale, te 5V to tam z pewnością po coś jest!" - bo przy konwersji do 3v3 są mniejsze straty z 5V niż z 12V... no ale. Access Point ma łatwiej, zasilany z 12V, więć pare procent wyższe napięcie mu nie zaszkodzi i tak. A moje sensoryczne zabawki jak stacja meteo są zrobione aby znieść ~30V zasilania.

Zasilacz i akumulator

Najpierw miał być laptopowy 12V model ~60W, w sumie był, ale był potrzebny do ładowarki :D. Także, można by mu dodać akumulator 7Ah, wystarczy aby utrzymać pare godzin r-pi i głośniki jak padnie zasilanie. W takim razie - coś co się zwie zasilacz buforowy. Pierwotnie wybór padł na PSO-140-13, w sumie typowy chińczyk. Typowe chińczyki na ogół działają. Ten tez w zasadzie dział. W zasadzie, bo o ile działał to przy moim obciążeniu roboczym (około 1A w tym momencie) wydawał z siebie jedynie 80db pisk (zmierzyłem). Drugi, taki sam zasilacz był nieco cichszy i piszczał najgłośniej w innym zakresie, ale wciąż, tak się żyć nie da. Szczęśliwie firma wymieniła mi go, z małą dopłata, ale jednak na PMU-13V155WCCA. I poza tym że cichy (choć nota wspomina coś o 30db) to jeszcze ma osobny układ ładowania akumulatora (w PSO akumulator był na sztywno do wyjścia), zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem akumulatora i więcej przewodów sygnalizujących stan. Co prawda nieco dziwnie zestrojone to ustrojstwo, ładowanie do 13.4 zamiast typowego 13.8 i bardzo nisko ustawione odcięcie aku, 9V. No ale, widać mieli jakieś powody, działać będzie.

O akumulatorze nie ma co za dużo pisać, 12V nominalne, 7Ah pojemności (84Wh) - typ zamknięty/VRLA. Wybrałem akurat ten, bo był pomarańczowy. Działa, ale jak podłączyć wszystkie kable i jeszcze postawić w miejscu gdzie ktoś może dotknąć styków, a tam 230V... naugthy. Wypadało zrobić obudowę.

Kontroler

A skoro już projektowałem obudowę, to może by dac jakiś kontroler. Ot, coś monitorującego napięcia, co przy okazji poda stan urządzenia i poinformuje ile z grubsza jeszcze podziała. Na szczęście pare tygodni temu przyszły moduły, które zrobiłem przy okazji zlecenia dla klienta (Fabryka i tak rozlicza od dm2). Moduły zaprojektowane jako mierniki energii elektrycznej, 1-3 kanały na przekładniki, 1 kanał napięciowy i opcjonalny fototranzystor odczytujący mignięcia głównego licznika, dla porównania.

Poza tym mają wyprowadzone I2C i kilka GPIO. Co oznacza, że można do nich podpiąć linie sygnałowe wyprowadzone z zasilacza oraz wyświetlacz i jakieś guziczki. Moduł taki (wraz z paroma małymi dodatkami, ale o tym za chwilę) mierzy następujące parametry:

  • Napięcie akumulatora
  • Napięcie zasilania aktualne (które przy podtrzymaniu wynosi tyle co akumulatora)
  • Napięcie sieciowe
  • Prąd ładowania/rozładowania akumulatora
  • Temperaturę wnętrza obudowy

Pomiary niskich napięć zrealizowane za pomocą dzielników rezystorowych, chyba nie ma czego objaśniać. Pomiar wysokich napięć i prądu zrealizowany za pomocą takiego oto układu, tutaj konfiguracja dla pomiaru napięcia.

Wzmacniacz operacyjny o wzmocnieniu (24k/8M) = 0,002857, co przy 320V pk-pk daje 0,9V odchyłki od biasu na wyjściu. Bias wynosi 1,65V (albo 1,8V), także z grubsza 0,65V-2,64V napięcia AC. A, że to jest podwójny wzmacniacz operacyjny, to druga jego część jest skonfigurowana jako komparator. Napięcie wyjściowe drugiej części wzmacniacza wynosi +3v3 kiedy przemienne napięcie wejściowe jest nad zerem, lub 0V jeśli jest pod zerem. Co oznacza, że moment zmiany wyjścia wysoki/niski/wysoki oznacza, iż napięcie (wejściowe) właśnie przechodzi przez zero w jedną lub drugą stronę. Do tego warystor na wejściu dla zabezpieczenia przed nagłymi skokami napięcia, które mogło by się przedostać na wzmacniacz i co za tym idzie dalej, przez co coś uszkodzić. Sekcja wysokiego napięcia na wszelki wypadek polakierowana dla izolacji. Ah i wzmacniacz musi być typu Rail-2-Rail, tutaj MCP6002.
Dokładnie taki sam moduł, tylko skonfigurowany jako wzmacniacz ze wzmocnieniem dodatnim służy do pomiaru prądu akumulatora. Także nie ma co za bardzo opisywać.
Całość podłączona do modułu wyświetlacza i przycisków opartego o MCP23017, który jest ekspanderem I2C mogącym pracować z częstotliwością FM+, czyli 1MHz. Dobrany akurat tak aby nie spowalniać transmisji do/z wyświetlacza, który... jest typu LCD, bez podświetlenia, 128x32 pikseli, monochromatyczny i w sumie fajny. Kontroler UC1601 ma całe 1056 bajtów pamięci, ale tylko nieco mniej niż połowa jest potrzebna wyświetlaczowi. Co oznacza, że w około połowie jego pamięci można upchnąć jakieś mało używane dane, plus - reset wyświetlacza nie kasuje tej pamięci, to tez póki nie odłączy się akumulatora działa jak z podtrzymaniem bateryjnym.

Sercem całości jest STM32F030, całe 64kiB Flash i 8kiB RAM. Jak na takie zadania wystarczający, a kosztuje mniej niż 8bit AVRy. Do tego dołączony jest pół-dupleksowy, szeregowy port komunikacyjny pracujący po RS485 umożliwiający zdalną kontrolę stanu zasilacza.

Obudowa

Tradycyjnie, wydrukowane to na rekinku, materiał to PET, bo ma lepsze parametry wytrzymałościowe niż ABS, a drukuje się łatwiej. Minusem jest tylko to, że jest 1,5x gęstszy niż ABS, przez co droższy. W sumie wiele do opisywania o tym nie ma. Wykonana z 6 paneli, dających się skręcić 3x25mm wkrętami do drewna. Jakby któryś z paneli się uszkodził, albo wymagał przeprojektowania (bo ulepszenia) to wystarczy wymienić jeden panel a nie pół obudowy. Na dole i po bokach znajdują się otwory wentylacyjne, a na górze wentylator. Wentylator włącza się > 35 stopni, więc jak do tej pory chłodzenie tego cuda jest całkowicie pasywne.

I tak oto, nowa zabawka się prezentuje. ;)

W efekcie...

Mamy nieprzerwane źródło zasilania dla całej 12V instalacji w domu, które wyeliminowało 11 zasilaczy z obiegu. Nawet sensownie wygląda, działa jak trzeba i ma zapas mocy i miejsca na aktualizacje na przyszłość. ;)
 

sprzęt hobby inne

Komentarze

0 nowych
wark   7 #1 31.07.2017 22:15

Nie popalą się te regulatory? Przy kilkukrotnie większym spadku napięcia masz kilkukrotnie większą moc która je grzeje

rm7   7 #2 31.07.2017 22:41

Niezłe.
Sam ostatnio myślałem na akumulatorem plus PicoPSU do zasilenia domowego serwera, ale nie znalazłem PicoPSU obsługującego napięcia 10-14V (napięcie pracy akumulatora) :(

technik informatyk   4 #3 31.07.2017 23:25

+10, za pomysł i realizacje :). Sam mam podobne zapędy, więc rozumiem.

pdbq   8 #4 31.07.2017 23:34

3 miesiące dłubania, żeby stworzyć takiego 'potworka'? co ze sprawnością energetyczną takiego zasilacza? ... że o niezawodności nie wspomnę (pada jeden zasilacz i wszystko szlag trafia)

SpaceM7c5   6 #5 01.08.2017 03:30

Bardzo ciekawy wpis. Jakbyś jeszcze pokazał jak rozprowadziłeś kable do tych wszystkich urządzeń było by extra.

SpeX   7 #6 01.08.2017 06:55

Przyznam, iż sam kiedyś myślałem nad domową instalacją DC. Bo teraz coraz więcej urządzeń potrzebuje małych ładowarek. Tylko pozostawał kłopot różnych napięć, ale to w sumie na upartego można by załatwić konwencją DC-DC step-up/down.

SpeX   7 #7 01.08.2017 06:56

Czy przy projektowaniu/drukowaniu obudowy robiłeś coś więcej dla śrub niż tylko otwór? Tak by śruba nie wyszła bokiem.

  #8 01.08.2017 08:20

"radycyjnie, wydrukowane to na rekinku, materiał to PET, bo ma lepsze parametry wytrzymałościowe niż ABS, a drukuje się łatwiej. Minusem jest tylko to, że jest 1,5x gęstszy niż ABS, przez co droższy." .... a to ciekawe stwierdzenie bo np. Devil Design ma ABS i PETG w tej samej cenie.

Kaworu   14 #9 01.08.2017 08:39

@wark: To są na ogół, jak w podanym przykładzie regulatory impulsowe, im to zwisa z grubsza.

Kaworu   14 #10 01.08.2017 08:41

@pdbq: No wiesz, to jest wykonalne w 3 dni. Tylko trzeba mieć trzy dni wolnego czasu. I tak, nie majac tyle wolnego czasu, się trochę ciągnął. A jak padnie - jest jeszcze akumulator, a to daje dużo czasu na podłaczenie zastępstwa. No i to nie jest system krytyczny, nawet jak pare dni bedzie offline, nic się nie stanie.

Kaworu   14 #11 01.08.2017 08:47

@SpaceM7c5: Większość kabelków to kable eth, którymi idzie sieć. Także tam gdzie ostatnio był remont - są w ścianach, tam gdzie nie - w listwach przypodłogowych. A przy urządzeniach, które nie moga być zasilane bezpośrednio z kabla eth (albo nie są sieciowe, bo te i tak są w okolicy sieciowych) jest po prostu rozdzielacz. Najgorzej wyglądającym elementem całości jest to: http://kaw.sajuuk.eu/dp/2017-08-01%2008.44.20.jpg - ale jest w kącie i nie zwraca uwagi, na ogół wyglada to jakoś tak: http://kaw.sajuuk.eu/dp/2017-08-01%2008.44.59.jpg

Kaworu   14 #12 01.08.2017 08:51

@SpeX: Mozna, tym bardziej, że przetwornice na MP2359 i kolegach spokojnie się w koszulke termokurczliwą zmieszczą. A co do obudowy, Tylko otwór, tam gdzie ma się wkręcić gwint 2.8mm (one i tak wyjda mniejsze), tam gdzie ma byc przelot - 3.5mm. No i przynajmniej z 1mm przestrzeni okalającej otwory. Scianki sa troche przewymiarowane bo maja 5mm, w sumei jakby miały 3,5-4 to by starczyło, ale nie chciało mi się bardziej bawic z otworami byż było trzeba, także zostały grube.

Autor edytował komentarz w dniu: 01.08.2017 08:52
  #13 01.08.2017 10:29

Teraz nic tylko położyć do tego zasilanie z paneli fotowoltanicznych i napisać o tym wpis dla nas :)

SpeX   7 #14 01.08.2017 12:48

@Kaworu: Czyli masz dwa rodzaje kabli "eth"? Jedne to eth z internetem, a drugie to eth-dc?

Kaworu   14 #15 01.08.2017 12:58

@SpeX: Zależy gdzie. :D Ale, jeśli podłączysz zasilanie tak jak standard PoE nakazuje, plus do pary 3, minus do pary 4 (albo odwrotnie, byle do całej pary był biegun), to nawet jakbyś podłączył taki kabelek z zasilaniem do urządzenia które nie wie, ze tam jest zasilanie to się nic nie stanie, magiczne transformatory. ;)

Kaworu   14 #16 01.08.2017 14:06

@Anonim (niezalogowany): Oni wszystko mają w tej samej cenie *za kg*, to raz. Dwa, nie mają AFAIK w ofercie ABS tylko ABS+. ABS ma gęstość 1,02g/cm3, ABS+ coś koło 1,35 o ile pamiętam. PET ma 1,5. Co oznacza, że za "taką samą cenę" objętościowo/długościowo PET-G jest najmniej/jest najdroższy na jednostkę objętości.

Autor edytował komentarz w dniu: 01.08.2017 14:07
SpeX   7 #17 01.08.2017 16:22

@Kaworu: Tak się właśnie zastanawiałem, czy to dedykowana instalacja czy PoE.

Kaworu   14 #18 01.08.2017 16:31

@SpeX: Kabelki są zrobione zgodnie z PoE, ale ze standardem to mało zgodne, brak negocjacji.

realkrzysiek   10 #19 01.08.2017 20:10

Mam w ten sposób zasilanych kilka urządzeń, ale niestety jedno z nich (mały w zasadzie podstawowy serwer) potrzebowało przetwornicy step up/down na równe 12V. Przetwornica okazała się dość rewelacyjna, bo cały system jest zasilany stabilnym napięciem, a dyski twarde bardzo to lubią. System pracuje do 6-8 godzin i jest zbudowany na dwóch tanich 12Ah akumulatorach żelowych do instalacji alarmowych.
Trzeba tylko pamiętać, że akumulatory trzeba raz na jakiś czas rozładować.
System w dzień nie pobiera energii elektrycznej, ponieważ instalacja jest dalej rozbudowana o 200 W ogniwo fotowoltaiczne.
Myślałem o rozłączeniu systemu od energii elektrycznej, ale koszty zużywających się akumulatorów nie kalkulują się.

Kaworu   14 #20 01.08.2017 20:22

@realkrzysiek: W sumie fajny pomysł z zasilaniem słońcem, szkoda tylko ze nie ma ich tutaj gdzie upchnąć. Z ciekawości, powierzchnia ich? I ile zajmuje naładowanie akumulatorów ze słońca o ile sprwadzałeś?

  #21 02.08.2017 12:47

A co byś polecał nie do zasilania całego domu tylko np jednego punktu, aby miało podtrzymanie z aku? Mam na myśli to, co często posiadają ludzie gdzieś w kącie mieszkania tzn. wieża zbudowana z modemu, routera, switcha, ew. jakiegoś mini serwerka - nie tylko wszystko ma osobne zasilacze ale też zero podtrzymania. Wystarczyłby jakiś prosty układ typu aku + ładowarka + coś przełączającego (taki mini UPS ale z 12DC na wyjściu).

Kaworu   14 #22 02.08.2017 14:06

@Marco76 (niezalogowany): O ile da się to zasilać z akumulatora, bo czasem się nie da i potrzebujesz normalnego UPSa (wtedy przykłądowo uzywany SC620 i nowy akumulator). To policz sobie ile to ciągnie i spraw sobie zasilacz buforowy z taka mocą jak wyliczyłeś + ~30W dla ładowania akumulatora (2A/12V) i jakiś zapasem na przyszłość.

  #23 02.08.2017 14:23

Toś mi doradził... UPS za tysiaka (lub używka w nieznanym stanie, gdzie raczej na 100% konieczna wymiana aku za 350 pln)... Dziękuję, to już wolę mieć przestoje po zaniku zasilania ;-)

lubik00   2 #24 02.08.2017 14:25

A mi podoba się ten pomysł. sam mam tak zasilane kilka urządzeń z zasilacza buforowego. Ale pomysł z wyświetlaniem napięć jest super. Czy myślałeś o tym aby zrobić z tego komercyjny projekt?

Kaworu   14 #25 02.08.2017 14:30

@lubik00: Nie jestem pewien czy by znalazł nabywców. ;)

Kaworu   14 #26 02.08.2017 14:46

@Marco76 (niezalogowany): Dlatego mówię o używanym, sam mam takie dwa, ciężko je zabić a całość "zużycia" w tego typu sprzęcie idzie w akumulator. :P 79zł jak na alledrogo patrze (14 na gwarancji rozruchowej) + plus akumulator (około 80) to IMO jest interes, bo nowy to by mi się tez nie opłacało. ;P

Autor edytował komentarz w dniu: 02.08.2017 14:49
  #27 02.08.2017 14:53

Spoko, ale 80 + przesyłka robi prawie 100 bez aku, i nadal stan nieznany (gwarancja tylko 14 dni). Może i po dokupieniu aku byłoby O.K. ale wedle spec. ten model nie ma na wyjściu sinusoidy = dyskwalifikacja przy zasilaczach impulsowych (dziś większość).

Kaworu   14 #28 02.08.2017 16:02

@Marco76 (niezalogowany): Eeee, coś Ci się pomyliło. Zasilacze impulsowe to akurat łykną wszystko co im się poda na wejście, akceptują nawet napięcie w postaci całkowicie kwadratowej. Jak wspominałem - mam takie dwa, i podłączone do nich są wyłącznie urządzenia z zasilaczami impulsowymi - brak problemów.

t0ken   9 #29 04.08.2017 17:41

Fajny pomysł & wykonanie, gratuluje! Przydatne też informacje, szczególnie PoE może się skuszę.

Ja niestety w domu mam mało ambitnie - zwykły UPS, wpięty do niego rozgałęźnik i tam dziesiątki "ładowarek".

Marco76 zapewne ma na myśli układy aktywne PFC w zasilaczu (najczęściej komputerowym), które czasem nie chcą współpracować bez ładnej sinusoidy na wejściu.

Kaworu   14 #30 06.08.2017 11:05

@t0ken: Te dziesiątki ładowarek to wlasnie główny minus. :D

Aaa, tak, do PFC to tak. Ale też nei wszystkie, bo to najwyrazniej kwestia implementacji (moj na przyklad nie marudzi na nie-sinusa (ma aktywny), ale jak tak patrze po opinia, to roznie z tym bywa).