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UPS 12V fai da te

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] UPS 12V fai da te

Messaggioda Foto Utentesciaio » 3 feb 2020, 22:07

Ciao a tutti ragazzi,
stavo pensando di progettare un UPS a 12V in continua per alimentare il mio NAS in caso in cui salti la corrente, spesso per causa mia ed evitare di danneggiarlo.
Volevo evitare di andare su UPS commerciali a 220 V con inverter. Vorrei mettere sostanzialmente in parallelo all'alimentatore un pacco batterie a 12V. Pensavo di semplificare notevolmente il problema e risparmiare parecchio, ma a quanto pare non è così.

La situazione è la seguente:
  • L'alimentatore del NAS è da 12V 60W.
  • Il NAS consuma mediamente 20W, ma vorrei rispettare comunque i 60W per il pacco batterie.
Stavo pensando di utilizzare 3 celle a litio (del tipo 18650) da mettere in serie. Mi sono calcolato che con una capacità di 2200mAh riesco a ottenere un'autonomia di circa un'ora senza avere una corrente eccessiva, al massimo 6,7A a 60W a celle scariche (3V) e una corrente tipica di 1,7A a celle cariche (4,2V) con 20W di carico tipico.

Ho quindi in mente un progetto con queste esigenze:
  • Non voglio perdere di affidabilità, quindi non realizzare un circuito serie, nel quale se un componente fallisce mi si stacca l'alimentazione al NAS (è proprio la cosa che voglio evitare), quindi per forza un circuito parallelo, quindi una specie di UPS online;
  • Le celle devono essere protette per evitare di danneggiarle, nel caso specifico devono essere presenti dei circuiti che limitino la tensione minima per ogni cella e la corrente in ricarica (quando torna l'alimentazione di rete e il NAS viene alimentato dal suo alimentatore) ed evitare un sovraccarico all'alimentatore.
  • Inoltre, al NAS voglio che arrivi una tensione stabile di 12V (circa, l'alimentatore fornisce 12,3V) ed evitare di alimentarlo con una tensione minore. Le 3 celle in serie possono arrivare a 9V, a questo punto penso insufficienti.

Ho quindi elaborato dei circuiti per iterazione, partendo dal più semplice per arrivare a circuiti più complessi per risolvere alcune problematiche qui sopra esposte.
Di seguito dei circuiti disegnati in maniera casareccia, non fate troppo caso al tipo dei dispositivi, è più un diagramma concettuale. Il DCDC scelto è LTC3750 che mi permette sia di aumentare la tensione che di diminuirla, quindi avere in output una tensione stabilizzata di 12V indifferentemente dall'ingresso che può variare da circa 12,3V a 9V, penso esistano modelli più semplici e meno costosi per questo lavoro, ma mi serve che possano garantire 60W con una certa tranquillità.

https://easyeda.com/sciaio10/UPS-DC

Sono arrivato però ad una situazione che non risolve alcuni problemi, e qui, mi serve il vostro aiuto perché sono piuttosto ignorante. Ho il problema di limitare la corrente di ricarica al pacco batterie senza però limitare la corrente da fornire al NAS. I BMS cinesi che trovo in giro hanno l'input e output in comune e se limito la corrente in input la limiterei anche in output.
Il secondo problema è quello di limitare la corrente dissipata sui diodi, si possono evitare? 4W (5A*0,7V mi sembrano tantini da dissipare su un diodo oltre al fatto di sprecare energia preziosa delle batterie). Non fate caso al modello del diodo.

Qualcuno può darmi una mano o illuminarmi? Penso di star complicando eccessivamente il problema.
Grazie a tutti in anticipo
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[2] Re: UPS 12V fai da te

Messaggioda Foto Utenteboiler » 3 feb 2020, 23:18

Una batteria al piombo di quelle SLA (sealed lead acid) da 7Ah costa 30 euro e non ti serve nessuna logica di carica complessa. La lasci costantemente in trickle-charge a 13.6 - 13.8 V e ci metti due diodi in serie per entrare nell'alimentazione del NAS e scendi così a 12.5 V circa (probabilmente lo si può alimentare anche direttamente a 13.8V, ma per esseri sicuri bisognerebbe aprirlo e dare un'occhiata al circuito di ingresso).

Ti metti un appunto nel calendario e tra 5 anni verifichi se la batteria ha ancora capacità o se bisogna sostituirla.

Boiler
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[3] Re: UPS 12V fai da te

Messaggioda Foto Utentesciaio » 4 feb 2020, 20:25

Grazie per la risposta Boiler.
Ma la batteria al piombo non ha comunque la necessità di essere limitata in corrente? Almeno nel tratto iniziale, il che potrebbe comportarmi un sovraccarico all'alimentatore, e al ritorno dell'alimentazione potrei superare i 60W complessivi dell'alimentatore facendolo andare in protezione.

Ad esempio: la rete salta e la batteria fornisce corrente al NAS per una ventina di minuti, la batteria si scarica e, al rientro dell'alimentazione di rete ho i 20W del NAS e, per raggiungere i 40W rimanenti mi bastano 40W/12V=
3A che potrei raggiungere benissimo per caricare una batteria del genere attaccata all'alimentazione.

Hai idee di come migliorare?
Grazie ancora per l'aiuto
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[4] Re: UPS 12V fai da te

Messaggioda Foto Utenteboiler » 4 feb 2020, 22:01

Guarda qui:



Non puoi usare l'alimentatore originale, altrimenti non carichi la batteria (una batteria al piombo carica ha 13.6 V circa).
In questo modo carichi la batteria con una limitazione in corrente data dal resistore.
Se manca la rete, subentra la batteria, attraverso il diodo di sinistra.
Quello di destra abbassa la tensione di circa 0.6 V per riavvicinarci un po' alla tensione originale del NAS. Se ti senti piú sicuro puoi metterne un altro in serie per scendere di ulteriori 0.6 V.

Boiler
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