Пара мелких низковольтных UPS на 9/12 и 5 Вольт

Иногда встречаются ситуации, когда надо бесперебойно питать какое нибудь мелкое устройство, например роутер и применять для этого обычный «бесперебойник» и дорого и одновременно невыгодно, потому используют низковольтные UPSы и о паре таких пойдет сегодня речь.



Вообще у меня как-то очень давно, примерно лет 5 назад, был обзор где я показывал как переделать в бесперебойник обычный импульсный блок питания, но там шла речь о работе с свинцово-кислотным аккумулятором на 12 Вольт. Здесь же мало того что в обоих случаях применен литиевый аккумулятор, так еще и с напряжением 3.7 Вольта.

Заказывал несколько плат, отчасти просто про запас, отчасти из-за платной доставки к посреднику, упаковал продавец их так, что наверное только упаковка весила больше самих плат. Собственно на фото видно соотношение размеров упаковки и плат.
Конвертики подписаны несколько оригинально, 12 Ватт и 5 Вольт, хотя формально и то и другое правда, просто в разных единицах :)


Платки реально очень компактные, слева связка из трех плат, справа из двух.


Те же платы, но уже поштучно.


Начну с 12 Вольт бесперебойника.
Существует он в нескольких вариантах, при этом оба варианта поддерживают выбор выходного напряжения 9/12 Вольт, но одна выдает до 12 Ватт, вторая до 18.
Входное напряжение заявлено как 5-12 Вольт, максимум 16 Вольт, но здесь есть нюанс, при падении напряжения ниже определенного уровня зарядное продолжает работать, но при этом потребление идет уже от аккумулятора.
Напряжение аккумулятора 3.7 Вольта, емкость 3-15 Ач, хотя на самом деле с большей емкостью будет просто дольше заряжаться.

К сожалению 18 Ватт версии не были доступны поштучно, китаец рогом уперся и меньше чем 200 шт продавать не хочет., а большое количество мне не было нужно и пришлось ограничиться 12 Ватт вариантом.
Цена при поштучном заказе была $1.88, ссылка на страницу товара.


Еще кучка разных характеристик, для плат обеих версий.


Внешне все очень даже аккуратно, все подключения только при помощи пайки, клеммников нет, общее качество сборки порадовало, особенно за эту цену.


Блок схема, по которой можно примерно понять принцип работы.
За заряд отвечает чип SY6952, который по сути является StepDown преобразователем с контролем заряда.
Аккумулятор подключен через контроллер защиты от перегрузки потоку и перезаряда/переразряда XB8089.
После всего стоит StepUp преобразователь на базе XR2681.
Также имеется еще мелкий чип Ph/A4, предположительно являющийся монитором напряжения так как один вывод чипа подключен на вход питания, в выход (скорее всего) на вход ОС повышающего преобразователя.
Из недостатков сразу отмечу не очень эффективный повышающий преобразователь, да еще и с внешним диодом.


Монтаж односторонний, нижняя сторона платы используется как теплоотвод, часть силовых дорожек дополнительно покрыта припоем.


Подключение предельно простое, вход к блоку питания, выход на нагрузку и два провода на аккумулятор.
Также есть пара контактных площадок, которые задают ток заряда и выходное напряжение, по умолчанию это 600мА и 9 Вольт, но ток заряда можно выставить 1.2 Ампера, а выходное напряжение 12 Вольт.
Единственное нарекание к светодиоду индикации режима работы, по задумке он двухцветный, но с общим анодом, при том что более распространены сборки с общим катодом.
Также имеется предохранитель на ток 1.1 Ампера, он защищает блок питания от перегрузки, встроенное зарядное устройство подключено до предохранителя.


Вариант пояснения на китайском языке, но по сути эта картинка может быть полезна по другой причине, здесь есть размеры платы.


Для начала я взял какой-то старый аккумулятор от планшета, двухцветный светодиод пришлось заменить двумя одноцветными.


В процессе заряда светит красный светодиод, после окончания, зеленый.
Важно то, что после окончания заряда контроллер полностью отключает заряд, а не держит аккумулятор под «капельным зарядом». Дело в том, что обычно бесперебойники работающие со свинцово-кислотными батареями постоянно подпитывают батарею, фактически реализуя режим CV, но для литиевых аккумуляторов такой режим не подходит, как из-за безопасности, так и из-за того, что литиевые аккумуляторы имеют низкий саморазряд и им это просто не нужно.


В нагрузочном тесте при выходном напряжении 9 Вольт плата выдала ток 1.6 Ампера, дальше отключилась по срабатыванию защиты.


При напряжении 12 Вольт максимальный ток составил 1.2 Ампера, причем что при 9, что при 12 Вольт напряжение стабилизируется отлично и почти не зависит от тока нагрузки, а отсечка происходит по срабатыванию контроллера защиты.


Подумав немного, решил что аккумулятор от планшета просто не вытягивает такие режимы разряда, потому был взят более мощный аккумулятор.


Вот теперь можно провести дополнительные тесты. Тесты на данном этапе проводились без нагрузки.
1. Входное напряжение 6 Вольт, ток заряда по входу 383мА
2. Входное 12 Вольт, ток по входу упал до 190мА, это обусловлено тем, что зарядное импульсное, а не линейное.
3. Запаял перемычку выставляющую ток заряда 1.2 Ампера, при входном напряжении 6 Вольт ток заряда 800мА
4. При 12 Вольт ток почти 390мА
5, 6. Ближе к окончанию заряда ток по входу вырос до 1 Ампера при 6 Вольт и почти 500мА при 12 Вольт.

Все эти режимы следует учитывать при подборе блока питания, так как ему придется не только питать нагрузку, а и заряжать аккумулятор и если используется БП на 12 Вольт то необходимо к току нагрузки прибавить еще 300-600мА.


Следующим этапом проверка порогов переключения. В данном случае мультиметр, подключенный к выходу платы, работал в режиме регистратора, нагрузка была около 200мА

Напряжение на входе платы плавно снижалось с 13.7 Вольта до 5-6, а затем плавно поднималось до исходного значения.
Переключение происходит при напряжении на входе около 10.2 Вольта, напряжение на выходе опять поднимается до 12 Вольт.
Отмечу, что если входное напряжение выше установленных 12 Вольт, то из-за упрощенной схемотехники оно на выходе будет то же напряжение минус падение на диоде.


С аккумулятором, рассчитанным на более высокий ток разряда плата смогла отдать уже около 1.8 Ампера, дальше напряжение начало постепенно падать.


При 12 Вольт ток составил 1.3 Ампера, дальше также идет плавное падение напряжение, выходная мощность составила около 16 Ватт.


После этого я почти полностью разрядил аккумулятор и провел тест еще раз, максимальный выходной ток, при котором напряжение стабилизировалось, составил 1.1 Ампера, думаю что нормально, особенно с тем что заявлялся ток до 1 Ампера.


В процессе разряда током 1 Ампер температура преобразователя составляла 75-80 градусов, но ближе к концу прогрелся до 92 градусов.


Все было красиво пока я не дошел до защиты от переразряда, дело в том что отключается она не в триггерном режиме, а пытается перезапускаться, в итоге выглядит примерно так


Через время преобразователь отключается и дальше мы получаем просто напряжение аккумулятора через диод преобразователя, собственно это второй минус подобной схемотехники преобразователя, StepUp не может полностью обесточить нагрузку.


На графике напряжения аккумулятора видно что пока работает преобразователь, напряжение падает, после отключения ток нагрузки падает (так как отключился преобразователь) и напряжение начинает постепенно расти.


С пульсациями все нормально, при 0.5 Ампера 45мВ, при 1 Ампер — около 75.
Также нет проблем и с пропадаением напряжения в момент запуска преобразователя, на двух нижних осциллограммах видна небольшая просадка и собственно все.


А теперь вторая плата.
Это модель попроще и немного компактнее, рассчитана на выходное напряжение в 5 Вольт (вроде есть на 6 Вольт), ток до 2 Ампер, стоит $1.17, ссылка на товар.



Характеристик много и опять все на китайском :(


Здесь схемотехника заметно отличается, справа контроллер всего, преобразования, защиты и индикации, маркировка стерта, а сам чип закрашен маркером.
Слева внизу пара транзисторов защиты аккумулятора, а справа четыре светодиода индикации заряда аккумулятора.


Нижняя сторона платы пустая. есть только маркировка контактов и характеристики.


Размеры платы, здесь же указано, что единственная перемычка отвечает за ток заряда, без перемычки 0.6 Ампера, с перемычкой 1.6 Ампера.


Подключение платы крайне простое, фактически она включается просто параллельно линии питания устройства и ее задача пока есть питание, заряжать аккумулятор, а как питание пропадает или снижается ниже определенного уровня, «подхватывать» его.


Зарядное устройство также как и у предыдущего представляет собой StepDown, потому потребляемый платой ток зависит от напряжения, чем оно выше, тем ток меньше. После окончания заряда потребление падает до 2-3мА, т.е. только питание светодиодов.




Индикация заряда аккумулятора работает и без внешнего питания, при этом включается она только при наличии нагрузки на выходе платы.


А вот переход на питание от аккумулятора расстроил, в момент перехода напряжение на выходе платы падает до 4.36 Вольта, потому чувствительная нагрузка наверняка перезагрузится так как нормой считается падение не ниже 4.75 Вольта.
Здесь я плавно понижал напряжение с 5.1 вольта примерно до 2-3, а затем также плавно повышал.


При полностью заряженном аккумуляторе плата может выдавать до 2.8 Ампера при заявленных 2.0, что очень даже неплохо.


Ради эксперимента разрядил полностью заряженный аккумулятор, но скриншот не для демонстрации процесса разряда, а для демонстрации периодического небольшого (20-30мВ) падения напряжения на выходе. Интервалы времени почти одинаковые и составляют одну минуту, по мере разряда интервал уменьшается.


В конце разряда напряжение плавно снижается примерно до 4.6 вольта, затем защита отключает аккумулятор.


К сожалению процесс отключения в конце разряда также выглядит очень грубо, плата постоянно пытается перезапуститься, что может отрицательно сказаться на нагрузке.


В конце разряда током 2 Ампера температура самого горячего компонента на плате составила 78 градусов.


После полного разряда я немного зарядил аккумулятор и провел повторный нагрузочный тест, максимальный ток нагрузки при котором выходное напряжение было в норме, составил 2.2 Ампера.


Пульсации на выходе выглядят несколько странно, низкочастотные модулированы высокочастотными, общий размах при токе нагрузки 1 и 2 Ампера примерно одинаков и составляет около 90-100мВ.


Выводы сегодня будут короткими.
12 Вольт плата понравилась, хотя и имеет небольшие недостатки, стабильно держит заявленный ток, напряжение на выходе хоть и проваливается, но вполне терпимо, потому ее можно использовать по прямому назначению.
А вот 5 Вольт вариант как-то совсем не впечатлил, да дешево, да без проблем тянет заявленный ток нагрузки, имеет индикацию, защиту и прочее, но приличный провал напряжения при переключении на аккумулятор расстроил, увы…

На этом собственно все, если есть вопросы, постараюсь ответить.