ИБП для микросервера своими руками с использованием автомобильного аккумулятора

плата, текстолит, болтики

Плата стабилизатора установленная на самодельной шине

Вдохновившись своим успехом в отношении создания небольшого источника бесперебойного питания с выходом на 12 Вольт, я решил слегка расширить границы и обеспечить нормальным бесперебойным питанием не только свой интернет центр, но и микросервер вкупе с активным свичом.

Микросервер выполняет у меня функции хранилища для записей видеонаблюдения под управлением Xeoma, на нем дополнительно запущены Transmission, Resilio и некоторые другие сервисы. Свитч же не только является центральной точкой по раздаче почти всех Ethernet каналов по дому, но еще и питает несколько IP-камер при помощи технологии PoE. Кушают оба собрата достаточно, дабы отказаться от использования маленького аккумулятора от ИБП или даже двух таких. Задача — обеспечить как можно более длительный срок работы устройств в случае отсутствия внешнего питания. Отключают «свет» в деревне частенько, даже зимой. Иногда без электричества приходится сидеть по несколько часов, а старожилы рассказывают, что временами «блэкаут» доходил аж до трех дней.

У моей нагрузки потребляемое напряжение питания различается. Микросервер питается 12 вольтами от внешнего адаптера питания, а внутри стоит плата преобразователь — прародитель PicoPSU. Для свича, из-за его функции PoE, необходимо питание в 54 вольта.

Shtrub, ящик, дремель, фреза, отрезной круг

В процессе обработки корпуса. К месту пришлась микродрель и маленькие отрезные круги

В качестве резервного источника напряжения я приобрел самый дешевый из доступных в магазине аккумулятор на 55 А*ч. Им оказался «Курский аккумулятор» модели 6СТ-55N. У аккумулятора обратная полярность выводов, что вылилось в торчащие за габарит аккумулятора стандартные клеммы. Споры в сети в отношении возможности использования стартерных автомобильных аккумуляторов в качестве источников тока для ИБП не замирают ни на микросекунду. Одни заявляют, что использовать автомобильные аккумуляторы для ИБП нельзя, так как режимы работы автомобильных и аккумуляторов для ИБП отличаются и автомобильные аккумуляторы очень быстро выходят из строя. Их оппоненты возражают и приводят примеры, когда специализированные аккумуляторы выходят из строя очень быстро, а при грамотном использовании и автомобильные работают годами. Углубляться в технические подробности и залезать в электрохимию с ее безопасными потенциалами, реакциями двойного слоя, электрической проницаемостью, ионной и электронной проводимостью, диссоциацией и прочим темным лесом, я не буду, но скажу лишь то, что по наблюдениям, многие, в том числе и мои соседи, вполне успешно используют автомобильные аккумуляторы в связке с ИБП и их опыт достоен внимания. А поскольку стоимость сопоставимого по заряду автомобильного аккумулятора иногда в разы ниже, чем специализированного от ИБП, то даже более частая их замена будет в целом дешевле, чем использование того источника тока, который подразумевается штатно. Кстати, более низкая цена именно на стартерные батареи обуславливается не какой-то более простой конструкцией, а более широким рынком сбыта и конкуренцией между производителями.

платы, chux, шина, провода

Первая версия внутренностей самодельного ИБП

Для обеспечения конвертации сетевого напряжения в постоянный ток, а также для зарядки аккумулятора я нашел интересное устройство производства Chux. Модель SC-180-12 работает от переменного тока в широком диапазоне, начиная от 100 и до 264 вольт (есть переключатель между европейским стандартом напряжения и американским). Имеет два выхода. На первом выдает 12 вольт и держит нагрузку до 13.5 ампер, на втором выдает 13.8 вольт и может отдавать 1.5 ампера. Напряжение на первом канале дополнительно регулируется подстроечным резистором на плате устройства. Максимальная мощность, о которой заявляет производитель составляет 180 ватт. Именно то, что мне требуется для питания моих устройств (пиковое потребление у которых может доходить до 120 ватт).

Поскольку китайский блок сразу же дает 12 вольт, я решил их использовать для питания микросервера. А вот для получения 54 вольт пришлось использовать повышающий стабилизатор с чудным названием IGMOPNRQ. Продавец обещал 400 Вт выходной мощности, 15 А максимального тока. Потребление с 8,5 вольт и до 50 вольт, при входе с 10 вольт и до 60 вольт. У устройства есть два массивных радиатора, а также два подстрочных резистора обеспечивающих подстройку выходного напряжения и максимального тока.

Все три устройства, а именно, блок от Chux, плата от IGMOPNRQ и аккумулятор из Курска, были собраны в единую схему и работали в таком состоянии месяца два. Не было особо ни времени ими заниматься, ни желания. Однако, уже ближе к осени, все устройства все же были собраны в рамках единого металлического корпуса. В качестве корпуса взял обыкновенный ящик для автоматов. Установил в него свои шины, нарезал отверстий под датчики и провода. Установил все на стену и подключил нагрузку.

конденсатор, 330, 200, ESS, +105CПоначалу все вроде бы работало, но потом меня не настигло сразу несколько разочарований.

Во-первых, я сжег один из вольтметров, просто подав на него высокое напряжение. Пришлось заказывать новый. А жизнь ИБП без дополнительного вольтметра лишена какой-либо осмысленности.

Во-вторых, датчик тока на 100 А не видел мою нагрузку от слова совсем. Итого, остался только вольтметр электросети.

В-третьих, в закрытом корпусе температура быстра поднималась до 38 градусов, что явно не очень здорово, особенно когда температура воздуха в помещении около 20 градусов.

В-четвертых, через некоторое время Chux начинал подавать на аккумулятор 14.3 или 14.4 вольта. Я связался с производителем, но он меня заверил, что так и должно быть. Напряжение, на мой взгляд, высоковато для кислотного аккумулятора, тем более родом из Курска. Но никаких настроек на Chux для изменения напряжения нет. Без нагрузки подобного поведения за Chux замечено не было. А вот с нагрузкой… Не знаю, сколько протянет аккумулятор в таком режиме.

В-пятых, при переключении на аккумулятор, ну, когда пропадает сетевое напряжение, Chux никак его не стабилизирует. Просто подает, что есть на аккумуляторе на выход. В результате микросервер аварийно отключался, так как вовсе не желал работать от 13.8 вольт, что шли напрямую с аккумулятора прямо в момент отключения.

ИБП, кнопки, предохранитель, подсветка

Добавленные кнопки и капсула для предохранителя

Поэтому настала пора реализовывать вторую ревизию устройства. Первым делом пришлось отказаться от бесполезной катушки датчика тока, так как, что с ней, что без нее, нулевой результат гарантирован. Следующим шагом был доустановлен новый вольтметр, взамен погибшего по моей вине. Далее пришлось насверлить в корпусе дополнительных отверстий для вентиляции. Отверстия уютно примостились на верхней и на нижней кромках металлического корпуса. Пока выполнялись все эти работы, с далекой родины коронавируса прибыл еще один блок для стабилизации выходного напряжения в 12 вольт.

ИБП, Chux, ящик, провода, платы

Внутренности ящика ИБП в финальной ревизии

Прибором для стабилизации оказалось устройство с не мене интересным наименованием – RCNUN. На единственном шильдике красуется номенклатура стабилизатора RC8-40S1206, работает он от напряжения в диапазоне 8-40 вольт, что полностью укладывается в допуски автомобильного аккумулятора и китайского Chux (хочется надеяться, что Chux будет отключать питание с аккумулятора при его разрядке до критического уровня). Металлический литой корпус с оребрением и неразборная конструкция наводят на мысли о залитых компаундом внутренностях, а его номинальная мощность в 72 ватта с лихвой покрывает потребности микросервера. RCNUN пришлось установить с обратной стороны шины, так как спереди места совсем не осталось.

Дополнительно установил кнопки-выключатели на подключение аккумулятора и на сетевое питание. Кнопки с индикацией: 12-ти вольтовая со светодиодом, а 220-вольтовая с миниатюрной неоновой лампой внутри. И вишенкой на торте конструирования оказался разъем для установки плавкого стеклянного предохранителя на цепь в 220 вольт. На цепь 12 вольт, на плюсовом проводе от аккумулятора, так же установлен плавкий флажковый-предохранитель.

ИБП, курский аккумулятор, вольтметры, ключ

Внешний вид ИБП и его аккумулятора. Корпус успел заляпаться.

В итоге, пока проводились все переделки, окрашенный корпус ящика весь исцарапался и пришлось его еще раз покрасить. После установки, буквально на следующий день, электрики, по своей давней привычке взяли и вырубили электричество. К сожалению, в тот момент я отсутствовал у самодельного ИБП и не мог проконтролировать как быстро произойдет разряд аккумулятора. Отрадно, что переключение на резервную мощность произошло совершенно штатно, ни микросервер, ни свитч не почувствовали никаких изменений и продолжили работать в своем штатном режиме.

Немного позже, собравшись силами, я все же запустил испытания на долговечность питания микросервера, свитча и камер от самодельного ИБП на автомобильном аккумуляторе. Предыдущим днем, электроэнергию уже отключали, правда ненадолго, поэтому хотелось надеяться, что аккумулятор в устройстве будет заряжен на все 100%, однако, как показали измерения он оказался недозаряжен и стартовал, фактически, с 80% заряда.

время, заряд, напряжение

Разряд аккумулятора от времени под нагрузкой

Зато эти 80% он держал до обидного долго — практически пять часов и только на шестом часу испытания, напряжение на аккумуляторе понизилось до 75%.

график, время, напряжение, заряд

График разряда аккумулятора под нагрузкой

Попутно я записывал не только изменение напряжения на аккумуляторе, но и температуру в ящике ИБП, благо там установлен термометр. При температуре окружающего воздуха в 21 градус Цельсия, температура в ящике, на пятый час испытаний понизилась на 7 с лишним градусов. Из чего можно сделать вывод, что основным генератором тепла в системе является как раз китайский Chux, а не китайские же платы преобразователи.

И подводя итог. Устройство получилось работоспособным. Свои функции выполняет. Однако, недопонимание уровня напряжения заряда у Chux все еще не покидает меня. С одной стороны, напряжение в 14.4 вольт является рабочим напряжением активной стадии зарядки аккумулятора, с другой стороны, такая стадия не может длиться неделями. Соответственно остается открытым вопрос — как же долго автомобильный аккумулятор сможет протянуть в таком режиме и не сильно ли потеряет в емкости, если вообще не скончается смертью храбрых.

Upd.24.06.20: К сожалению счастье длилось не так долго. Однажды в теплую летнюю ночь в доме вырубило электричество. На следующее утро выяснилось, что электричество отключило УЗО. И оно старательно продолжало его отключать, даже когда были отключены все потребители и снята вообще нагрузка с распределительного щита. Дело становилось ясным, что где-то либо нейтраль легла на "землю", либо кто-то на землю дает небольшой потенциал. Спустя два часа перекоммутации и отключения линий в распределительном щите удалось выяснить, что помеху выдает ни что иное, как собранный ИБП на основе автомобильного аккумулятора. Хотя сам ИБП и был отключен от фазы сети кнопкой, он продолжал работать от аккумулятора и исправно питал подключенную нагрузку. При отключении "земли" от ИБП ситуация должна была исправиться и все заработало, УЗО перестало отключать питание. Но, как только я включил кнопкой подачу высокого напряжения на ИБП, так произошло микроскопическое шоу фейерверков. Сгорел предохранитель в ИБП на 5А и пошел легкий запах поджаренных электронных компонентов. Но ИБП усердно продолжал питать нагрузку постоянным током и судя по индикаторам она ни на йоту не изменилась, несмотря на все попытки ИБП выйти из строя окончательно.

предохранитель, клекта, сгорел, стеклянный, стекляный

Мой сгоревший предохранитель на 5А

Пришлось переключить подключенную нагрузку на другой источник постоянного тока, а самодельный ИБП раскрутить и постараться найти, что там вышло из строя. Исходя из приведенных симптомов, из строя вышла плата от Chux.

chux, ups, конденсаторы, катушка, радиаторы

Плата ИБП Chux

Как видно на фотографии, проблема кроется где-то наверху. После детального рассмотрения был выявлен выход из строя MOSFET-транзистора, двух резисторов возле него, а так же микросхемы ШИМ-контроллера.

транзистор, резистор, сгорели

Сгоревший транзистор и резисторы обвязки.

Вероятно, что события происходили следующим образом. Ночью сгорел транзистор, его корпус разрушился и произошло замыкание на корпус ИБП, а тот в свою очередь соединялся с корпусом металлического ящика. С учетом того, что все они заземлены, то и происходило короткое замыкание либо фазы на землю (скорее всего), либо нуля на землю (тоже вероятная причина отключения УЗО).
плата, ибп, микросхема, сгорела, треснула, шим-контроллер
Затем, когда я отключил "землю" от ИБП и подал на него же высокое напряжение, тогда и произошел второй фейерверк. УЗО не отключилось, т.к. на земляной провод уже ничто не попадало и высокое напряжение шло спокойно на сгоревшие микросхемы. Вероятно, что тут и сгорел уже ШИМ-контроллер, хотя все могло быть и наоборот. Примечательно, что на ИБП Chux есть целых два стеклянных предохранителя. Но ни один из них так и не сгорел (один на 10А, второй на 5А). Ну, что же. Причина выяснена, необходимо восстанавливать работоспособность устройства. Чинить Chux я не буду, но постараюсь заменить его целиком.

И сразу у меня встала дилемма выбора. Либо заказать на том же "быстром Алике" очередной Chux, подождать три месяца пока его доставят, либо попробовать применить какой-то его аналог. Порывшись в сети, удалось найти вполне достойную альтернативу в виде устройства от Mean Well. Последние зарекомендовали себя как известный производитель более качественных электронных изделий, нежели мало кому известный Chux. У Mean Well есть целая линейка модулей для ИБП и среди них мне больше всего приглянулась модель AD-155A.

mw, mean well, meanwell, ИБП, UPS, power source, источник питания, ИБП, приблуда

Внутренности Mean Well AD-155A

Модуль AD-155A является самым мощным изделием, выдающим 23 вольта. По характеристикам он способен давать порядка 150 Вт на 12 вольтах. Этой мощности, после корректировки показаний, мне должно быть вполне достаточно, даже с учетом небольшого апгрейда микросервера.

AD-155A выполнен в точно таком же форм-факторе, что и отправившийся к праотцам Chux, поэтому особой возни по его замене не было. Открутил и выкинул одно, вкрутил и подключил другое. Если взглянуть на плату Mean Well, то схематически она напоминает плату от Chux. Конденсатор там же, реле, предохранители. Однако, в глаза бросаются и различия. Так большой электролитический конденсатор у MeanWell только один, но зато он на 400 вольт. Транзисторов же на узкой полосе радиатора у него две, против одного у Chux. В целом плата у AD-155A выглядит более голой, на ней явно меньше элементов. Но это впечатление обманчивое, вся мелочевка собрана на обратной стороне платы.

Функционально AD-155A проигрывает изделию от Chux. Тут нет никакого выносного индикатора состояния. Только один светодиод отображает состояние того, что устройство работает. Аналогично обошлись с зарядкой аккумулятора. Никакой умной схемы тут нет. Плата постоянно выдает 13.8 вольт с током в 0.5 ампера на зарядку аккумулятора и все. Никакой автоматической или ручной регулировки не предусмотрено. Да, аккумулятор будет заряжаться медленнее, чем с применение схем с регулировкой напряжения, но при использовании модуля для резервного питания, когда переход на питание от батареи может случиться и раз в год, данный факт не является критичным.

При первом осмотре модуля меня немного насторожило, что при легком потряхивании или покачивании из устройства доносится легкое металлическое лязганье. Все попытки выяснить, что же это там громыхает, не увенчались успехом. Локализовать источник  звука так и не удалось. Впрочем, на работоспособности звук никакого влияния не оказал. Все работает штатно. Аккумулятор заряжается, резервное питание подается, все работает так, как и должно быть.

Кстати, Mean Well пришлось закупать в российских магазинах. Разница с AliExpress оказалась совсем смешной и составила всего 800₽. Тем более, что Mean Well дает 2-х летнюю гарантию, а заодно обещает 20-ти летнюю работоспособность устройства (сомнительно, но поверить можно).



Добавить комментарий