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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Projekt: Mini-USV selber bauen (etwa 20 Watt)


Autor: Julian W. (julian-w) Benutzerseite
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Hallo,
ich hab zu Hause ein kleineres Netzwerk aus mehreren Komponenten. Darauf 
laufen einige "kritische" Dienste, wie z.B. ein von ausen erreichbar 
Mail-Server. Daher möchte ich diese Geräte gerne gegen Stromausfall und 
vor Gewitter schützen (wenn es Blitz, zieh ich meist den Stecker, da ich 
diesen Blitzschutzleisten nicht wirklich traue und der Blitz auch schon 
min. 2mal zumindest für deutliche Überspanung im Netz gesorgt hat).

Daher hab ich mir überlegt, bau ich mir doch einfach ein kleines USV. 
Wenn der Strom ausfällt, soll die USV anspringen und wenn es gewittert, 
kann ich den Stecker ziehen. Die USV sollte die Geräte dann eine Zeit 
lang mit der Energie versorgen.

Übersicht der Geräte:
 - D-Link Netzwerkgeräte - 7,5V   - jeweils 1A - max. 15W - real: 3-6W
 - NSLU2                 - 5V     - 2A         - max. 10W - real: 4-7W
 - 2 HD's                - 5V/12V - ???        - ???      - real: 5-6W

Das praktische an den Netzwerkgeräten ist, dass ich keine 230V 
Wechselspannung brauch, sondern nur 5V, 7,5V und 12V Gleichspannung. Die 
Leistung, die benötigt wird, beträgt unter Voll(l)ast etwa 15-18W, wobei 
ich diese Leistung am 230V Netz gemessen habe und somit die 
Verlustleistung der Transformatoren nicht berücksichtigt ist.

Ein normales USV wollte ich mir nicht kaufen, da diese meist eh nur 230V 
Wechselspanung liefern und selber bauen eben mehr Spaß macht ;) Außerdem 
kann ich dann auch noch weitere Features einbauen (LCD, GLCD, RS232), 
die ein gekauftes USV i.d.R. nicht hat (kommt natürlich auf den Preis 
an).

Nun gibt es nur noch eingie Probleme, die ich in der Planung dieses 
Systems habe:

1) Welcher Akku-Typ verwendet man dafür am besten? NIMH oder Bleigel? 
Oder doch was ganz anderes? Der Akku wird auch im gleichen Zimmer 
stehen, indem ich schlafe, von daher sollte er keine Ausdünstunge von 
sich geben. Als Überbrückungszeit dachte ich so an 3-4h (mehr wären 
antürlich auch nicht schlecht). Das Problem ist halt, dass der Akku 
keinen Memory-Effekt haben darf. Auch weiß ich nicht so recht, wie ich 
den Akku laden muss, hab aber gesehen, dass es ja für manche Typen 
fertige IC's dafür gibt.

2) Wie schalte ich am besten zwischen Akku und Stromnetz (der dann schon 
runtertransformiert ist) um?

3) Wie erzeuge ich die verschiedenen Spannungen? Ich hab bisher nur mit 
den einfachen Schaltreglern (z.B. 7805) gearbeitet, doch diese haben 
eine recht hohe Verlustleistung. Welche Alternative nutz man für diese 
Anwendung am besten und wie einfach lassen diese sich auf Lochraster 
(wird wohl darauf hinauslaufen) aufbauen?

Ich hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen! Ich freue mich schon auf euere 
Antworten!

MfG
Julian

Autor: mike (Gast)
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in den meisten USVs sind Bleigel-Akkus weil diese einen vernüftigen 
Preis haben.
Blei-Gel gibts mit 6/12V 1,4-50Ah

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Julian W. schrieb:
> 1) Welcher Akku-Typ verwendet man dafür am besten? NIMH oder Bleigel?

Bleigel: Bestes Preis/Leistungsverhältnis, einfach zu laden.

> Als Überbrückungszeit dachte ich so an 3-4h (mehr wären
> antürlich auch nicht schlecht).

Sagen wir mal 20W Verbrauch, dann wären das 60-80Wh. Bei 12V also 5-7Ah. 
Klingt also nach einem Standard 12V 7,2Ah Bleigel Akku.

> Das Problem ist halt, dass der Akku keinen Memory-Effekt haben darf.

Gibts bei beiden Typen nicht.

> Auch weiß ich nicht so recht, wie ich
> den Akku laden muss, hab aber gesehen, dass es ja für manche Typen
> fertige IC's dafür gibt.

Bleigel: 13,8V mit etwa 2A Strombegrenzung dran, fertig.

> 2) Wie schalte ich am besten zwischen Akku und Stromnetz (der dann schon
> runtertransformiert ist) um?

Garnicht: Bau dir eine Online USV. Betracht den Akku als großen Elko der 
die Energie puffert. Ist die Netzspannung da, zieht der Akku keinen 
Strom, das Ladegerät versorgt die ganzen Geräte.
Fehlt die Spannung, versorgt der Akku die Geräte.

> 3) Wie erzeuge ich die verschiedenen Spannungen? Ich hab bisher nur mit
> den einfachen Schaltreglern (z.B. 7805) gearbeitet, doch diese haben
> eine recht hohe Verlustleistung. Welche Alternative nutz man für diese
> Anwendung am besten und wie einfach lassen diese sich auf Lochraster
> (wird wohl darauf hinauslaufen) aufbauen?

LM2576 für alles <10V. Die 12V via Lowdropout Regler (z.B. LF120). Wenn 
der Akku allerdings unter 12V entladen wird, kanns Probleme geben. Dann 
bräuchte man einen Buck/Boost oder einen Flyback Wandler. Wird aber 
etwas aufwendiger. Vor allem den Flyback würde ich jemandem komplett 
ohne Schaltnetzteilerfahrung nicht empfehlen. Stepdowns sind bei 
ordentlichem Aufbau dagegen recht einfach.

Eines was man noch beachten müsste wäre eventuell die galvanische 
Trennung der einzelnen Geräten. Aber die sollte hier kein großes Problem 
darstellen, da die Netzwerkanschlüsse galvanisch getrennt sind, und 
außerdem alle Geräte vermutlich den Minuspol als Masse haben.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Bleigel ist da perfekt, damit kannst du eine Online-USV bauen.
20W*4h / 12V =6,7Ah
Ansonsten ist das praktisch ein Bleiakku-Ladegerät und Spannungsregler. 
Die 12V für die Festplatten dürften das schwierigste werden.

Übrigens: Ein 7805 ist kein Schaltregler.

Autor: Julian W. (julian-w) Benutzerseite
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Danke für die schnellen und hilfreichen Antworten! Eine Frage hab ich 
aber immer noch:

Benedikt K. schrieb:
> Julian W. schrieb:
>> 2) Wie schalte ich am besten zwischen Akku und Stromnetz (der dann schon
>> runtertransformiert ist) um?
>
> Garnicht: Bau dir eine Online USV. Betracht den Akku als großen Elko der
> die Energie puffert. Ist die Netzspannung da, zieht der Akku keinen
> Strom, das Ladegerät versorgt die ganzen Geräte.
> Fehlt die Spannung, versorgt der Akku die Geräte.

Also, soweit ich verstanden habe, empfehlt ihr mir für diesen Fall einen 
Bleigel-Akku mit 12V Spannung und 7,2Ah, den man mit konstanten 13,8V 
und max. 2A lädt (wie das genau mit dem max. Strom funktioniert, muss 
ich noch googeln, dürfte aber denke ich kein so großes Problem mehr 
sein).
Soll ich daran jetzt direkt die Regler für die 12V, 7,5V und 5V 
anschließen? Und was passiert, wenn der Akku voll ist? Fließt dann bei 
13,8V automatisch kein Strom mehr in den Akku oder muss ich den dann 
irgendwie von der Ladeschaltung trennen?

Aber ansonsten nochmal vielen Dank für die recht schnellen und 
qualitativ sehr hochwertigen Antworten! Mit den 12V werd ich mal 
schauen. Evtl. werde ich auch einfach nur 2,5°-Festplatten einsetzten, 
die brauchen nur 5V-Versorgungsspannung ;)

Autor: A. K. (prx)
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Julian W. schrieb:

> Soll ich daran jetzt direkt die Regler für die 12V, 7,5V und 5V
> anschließen? Und was passiert, wenn der Akku voll ist? Fließt dann bei
> 13,8V automatisch kein Strom mehr in den Akku oder muss ich den dann
> irgendwie von der Ladeschaltung trennen?

Das elegante an Bleiakkus ist, dass man sie mit einer bestimmten 
Konstantspannung läd. Und man das ad infinitum tun darf, denn wenn sie 
voll sind ziehen sie bei dieser Spannung keinen Ladestrom mehr.

Autor: Julian W. (julian-w) Benutzerseite
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Das ist ja wirklich praktisch bei den Bleigel-Akkus :)

Noch etwas: Kennt jemand einen preiswerten Versender für Bleigel-Akkus, 
der einen 12V, 7,2Ah Akku im Angebot hat und auch an privat liefert?

Edit
Bin jetzt doch bei erneuter Suche bei reichelt fündig geworden:
WP 7,2-12 :: Wartungsfreier Blei-Gel-Akku 7,2 Ah 12 V für 14,15€

Autor: A. K. (prx)
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Festplatten sind mit +/-10% zufrieden. Das sind 10,8V-13.2V. Der 
Bleiakku ist bis 10,8V entladbar.

Mit dem LF120 könntest du ihn also nicht ganz entladen. Der ist mit 
seinen 1A übrigens für den Anlaufstrom einer Platte viel zu knapp, das 
können 3A sein. Allein bei einer einzigen HD. Auch der normale 
Betriebsstrom von 2 grösseren Platten wäre schon zuviel für einen 
einzigen Regler.

Alternativ kannst du eine einfache Schaltung mit einem MOSFET für 
Spannungsbegrenzung der 12V Schiene realisieren. Gut und genau regeln 
muss die nicht, nur begrenzen. Diesen FET kannst du ggf. auch gleich für 
Abschaltung bei vollständiger Entladung mitverwenden, denn um die kommst 
du nicht herum wenn dir der Akku lieb ist.

Autor: A. K. (prx)
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Apropos Platten: Wenn du die noch nicht hast, dann nimm 2,5er. Die 
brauchen keine 12V und schon vereinfacht sich das Thema.

Autor: Julian W. (julian-w) Benutzerseite
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Stimmt, das mit dem MOSFET ist ne gute Idee. Vorher hatte ich vor, dazu 
ein einfaches Relais verwenden, wobei die ja zum schalten meist auch 12V 
brauchen und ich somit wahrscheinlich Probleme bekommen hätte..

Das Festplatten so tollerant sind, wusst ich gar nicht, die Sache mit 
dem hohen Anlaufstrom aber auch nicht. Gut, das ich das noch gelesen 
habe, wollte nämlich heute Abend als Bauteile bei reichelt bestellen und 
damit mal etwas experimentieren.

Edit
Das mit den 2,5°-Zoll Platten hab ich oben auch schon angesprochen, die 
sind halt nur "etwas" teuerer und haben kleinere Kapazitäten. Wenn sich 
das Problem ja recht einfach lösen lässt, werde ich lieber 3,5°-Platten 
verwenden.

Autor: A. K. (prx)
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Julian W. schrieb:

> Das Festplatten so tollerant sind, wusst ich gar nicht,

Sie müssen. PC-Spannungsversorgungen sind alles andere als eine saubere 
Umgebung. Das Netzteil regelt alle Ausgänge zusammen, auf einen 
Mittelwert aus 2-3 davon. Zusätzliche Last auf einem dieser Ausgänge 
führt zu einer deutlich höheren Spannung auf fast allen anderen 
Ausgängen.

Früher, als die CPUs noch an 5V hingen und die Lüfter nicht geregelt 
waren, konnte es dazu führen, dass man die CPU-Last trotzdem über das 
Geräusch eines an 12V hängenden Lüfters hören konnte.

Beitrag #3591446 wurde von einem Moderator gelöscht.

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