Автономное питание для роутера своими руками

GPON технология подключения к интернету — одна из самых удачных инноваций последних лет. Она позволяет полностью избавиться от питания устройств «последней мили», что особенно актуально при длительных перебоях с электроэнергией. Почти все остальные технологии позволяют обеспечить интернет только временно — на час‑два, и время это не зависит от конечного пользователя — только от доброй воли провайдера, обеспечивающего своё оборудование источниками бесперебойного питания «на чердаке».

В случае же GPON, единственное, о чём должен позаботиться конечный потребитель — обеспечение питания терминала на своей стороне. Часть терминалов сразу снабжают встроенным WiFi роутером, но чаще всего этого не происходит и провайдер предоставляет отдельное устройство. Наиболее частая конфигурация — GPON‑терминал, потребляющий 0.5А по 12-ти вольтам, и WiFi‑роутер, потребляющий 0.3А по 9-ти.

Конечно, можно купить дорогостоящую зарядную станцию, с ёмкими аккумуляторами и быстрой зарядкой, подключить блоки питания устройств к инвертору станции на 230в, но это дико неэффективно. В моём случае потребление такой конфигурации составило 16 ватт.

Следующий вариант — купить USB‑DC преобразователи на 9 и 12 вольт, и воткнуть их в мощный пауэрбанк. Потребление сразу становится более экономичным. В моём случае оно упало до двух ватт, но я использовал достаточно дорогие устройства с поддержкой технологий QC2/QC3. Хотя, простенькие шнурки без этих наворотов и повышайками внутри шнура позволяют достичь примерно тех же параметров. К повышайкам мы ещё вернёмся…

Недостаток такого подхода — почти все пауэрбанки не поддерживают одновременный заряд и разряд, а те, что поддерживают имеют пометку, что такой режим «не рекомендуется». Для случая «не поддерживается» — придётся вручную менять устройство, переподключать, ставить на зарядку и т. п. А для случая «не рекомендуется» — там и так понятно, что деградация аккумуляторных батарей будет происходить быстрее, чем обычно. Это связано с тем, что для литиевых аккумуляторов требуется соблюдение определённого алгоритма заряда, так называемый режим «постоянный ток → постоянное напряжение», так вот — этот ток должен измеряться по аккумулятору без нагрузки. В случае, если на аккумуляторе висит нагрузка, зарядка будет происходить некорректно, и из режима «постоянный ток» он никогда не перейдёт в режим «постоянное напряжение». Это справедливо для случая достаточно большой по сравнению с зарядным током нагрузки. Например, для батареи на 10 000мАч рекомендованный ток заряда 0.5С (половина ёмкости) = 5А и жалкие 1–2 ампера на нагрузке не должны влиять, но в реальности пауэрбанки редко заряжаются рекомендованным током, так как питание они берут с USB, который ограничен по току. Есть нюансы с QC2/QC3 и PowerDelivery, но эти технологии почти не используют в дешёвых пауэрбанках, мы же движемся в сторону наиболее бюджетного варианта.

Следующий кандидат на решение проблемы — специализированные устройства. Мной в свободной продаже было найдено 3 кандидата, но самый «крутой» из них предоставляет ёмкость всего в 10 800мАч, чего по отзывам хватает только на 4–5 часов для двух указанных выше устройств. Для тех, у кого свет не выключают на столь длительное время — вполне годный вариант. Для меня — нет. Я должен обеспечит себе интернет на 8–10 часов «палюбому», а за время наличия света должен успеть зарядиться на достаточный уровень, чтобы на следующий день опять иметь интерент 8–10 часов. Можно, конечно, купить два таких устройства, поставить один на роутер, второй — на GPON‑терминал, но это «не наш метод»;) Я так и не протестировал подобные устройства, поэтому про реальное время заряда оных не имею никакой информации, а верить производителю, точнее, его маркетингу — себя не уважать. Хочу ещё раз подчеркнуть, что для многих пользователей такие устройства — вполне приемлемое решение.

Переходим к главному — «своими руками». Что нам для этого понадобится? Первое, и самое главное — умение обращаться с паяльником! Для тех, кто не умеет — лучше воспользоваться готовыми решениями или помощью специалистов.

Второе — сами аккумуляторы. Выбирать можно любые, но по параметру «цена‑качество» у меня лично эту «гонку» выиграли китайские «нонеймы» на 2000мАч.

Замеры ёмкости показали, что они соответствуют заявленным продавцом с не очень большим разбросом. Выбор ёмкости очень удачно совпал с техническими характеристиками самых дешёвых плат контроллеров заряда на чипах TP4056/DW01A. Их максимальный ток заряда — 1А, что и составляет рекомендованную половину ёмкости данных аккумуляторов.

Для максимальной эффективности заряда таких платок необходимо столько же, сколько и аккумуляторов. А сколько взять аккумуляторов? Я, в процессе экспериментов, определил, что 8 штук уверенно держат необходимую мне нагрузку в течении 15 часов, но вот полный заряд после этого требует целых 6 часов ожидания, что многовато, поэтому я увеличил свою батарею до 12-ти банок (суммарная ёмкость примерно = 85Wh). Полный эксперимент заряд‑разряд ещё не проводился, но по расчётам выходит, что этого вполне достаточно (даже избыточно).

Чем заряжать? Тут подойдёт любой блок питания на 5 вольт с хорошим током. Можно приспособить старый компьютерный блок питания, или купить БП подходящий для вашей нагрузки (предельный ток по 5-ти вольтам должен быть больше чем количество аккумуляторов * 1А). Поскольку я занимался экспериментами, то выбрал БП с завышенными характеристиками — 5В 40А — дешевый китайский полуоткрытый блок для питания светодиодных лент, но для «серийного» применения он явно избыточен.

Вариантов держателей масса, но мне приглянулись одиночный боксы для аккумуляторов с уже приштампованными проводами. Можно обойтись и вообще без них, сделав свой вариант монтажа, но возиться с этим мне было просто лень.

Понятно, что таких боксов тоже нужно столько же, сколько аккумуляторов.

А как мы из аккумулятора «достанем» 9 или 12 вольт? Существует несколько вариантов, но я выбрал самый простой — плата повышения напряжения. Таких плат сейчас очень много, с разными характеристиками, но самые дешёвые и популярные — XL6009E1 и MT3608.

У каждого из этих бюджетных решений есть свои достоинства и свои недостатки, но останавливаться на этом подробно я не буду, так как имеется куча видосиков в ютубе со сравнением этих устройств. XL6009E1 я лично забраковал (для себя), так как нижний порог рабочего напряжения для неё — 3 вольта, а плата TP4056 обеспечивает контроль разряда аккумулятора до 2.5 вольт, плюс, падение напряжение на защитном диоде… К которому я ещё вернусь. То есть, была выбрана плата MT3608, которая запускается от двух вольт. Точнее, две платы. Одну я настроил на 9, а вторую — на 12 вольт.

Теперь вернёмся к ключевому недостатку подобных повышаек — импульсная помеха. В моём случае GPON‑терминал её вполне «терпел», а вот WiFi‑роутер начал работать крайне нестабильно — связь могла пропадать секунд на 10–20 каждые пять‑десять минут. Решается данная проблема установкой двух конденсаторов на выходе из MT3608 — электролит на 470–1000мкФ, который съест основную частоту пульсаций (огибающую) и плёночного или керамического на 0.1–0.2мкФ, который задавит высокую частоту основного спектра.

Не пугайтесь навесному монтажу — это времянка (но нет ничего более постоянного, чем временное).

Возвращаясь к дешёвым USB‑DC преобразователям, упомянутым в четвёртом абзаце данной статьи — у них та же проблема! Если с ними ваш роутер начал «глючить» — думайте, как давить помеху по питанию.

Теперь про диоды. Всё это можно соединить и «на проход». То есть, когда работает блок питания, нагрузка остаётся подключенной к аккумуляторам, но этот режим не очень хорош, и те, кто хочет сделать всё «по красоте», могут сделать байпас с блока питания напрямую на нагрузку. Вот тут‑то и нужен диод (минимум один) для развязки плюса питания, иначе 5 вольт «придут» на схему зарядки с другой стороны и аккумуляторы заряжаться не будут. Лучше использовать диод Шотки, так как на диодах такого типа наименьше падение напряжения. А теперь… второй диод! Когда питание нагрузки идёт от аккумуляторов, и БП от сети не запитан, он оказывается запитан от аккумуляторов, точнее, его выходные цепи. Обычно там ничего опасного нет — пара конденсаторов, дроссель и дальше диодный мост, который «не пустит» напряжение дальше. Но это тоже лишняя нагрузка, пусть и небольшая, поэтому в цепь байпаса желательно тоже воткнуть диод, который запрёт цепи блока питания от этой паразитной деятельности.

Осталось припаять шнурки‑штеккеры на 5.5мм и всё! Не перепутайте полярность. Для такого типа штеккеров плюс всегда внутри, минус — снаружи.

Для удобства можно добавить дешёвые китайские «вольтметры» на выходы повышаек, выключатель, предохранитель и прочую «красоту». Но это уже «излишества».

P. S. Важное замечание для тех, кто купил MT3608 и не может настроить выходное напряжение — крутите резистор против часовой стрелки 30–40 оборотов. У этих плат имеется «мёртвая зона», где резистор не работает. Это связано с китайской экономией на одном резисторе, который там должен бы быть и задавать смещение, но его нет;)

Для увеличения нагрузочной способности MT3608 можно заменить дроссель на аналогичный по размерам с меньшей индуктивностью, или отмотать часть обмотки. КПД в этом случае слегка упадёт, но «перезагрузки» по перегрузке исчезнут. Поскольку у меня не было подходящего, выпаивать и мотать было лень, а WiFi-роутер иногда (при падении входного для MT3608 напряжения ниже 3.5В) принимается жрать больше, чем может обеспечить дефолтовый дроссель, я припаял ещё один такой же параллельно.

При параллельном соединении индуктивность снижается, как L = 1 / (1/L1 + 1/L2), если магнитные поля дросселей не пересекаются, иначе снижение индуктивности будет меньше. Т.е. не ставьте их бисквитиком, а расположите как-то иначе. Лично я вынес его в перпендикулярную впаянному дросселю плоскость.

По даташиту можно безопасно снижать индуктивность дросселя до 4.7мкГ, а два параллельных по 22мкГ дают примерно 11мкГ, то изменение вполне безопасное.

P.P. S. Если вас заинтересовали какие‑то подробности — прошу в комментарии. А если наберётся много интересующихся, выпущу статью с продолжением и разбором непонятных моментов более подробно.

Было интересно?

Проголосовали 159 пользователей.

Воздержались 16 пользователей.

Если у вас дома отключили электричество, то это не значит, что во входящем сетевом электрическом или оптоволоконном кабеле пропал интернет. У большинства семей дома стоит центральный роутер, который раздает интернет на все мобильные устройства домашних. Когда отключают свет, то становится особо тоскливо и скучно. Чтобы интернет был всегда в работе, предлагаю собрать для него несложный источник бесперебойного питания, который обеспечит работу роутера в автономном режиме порядка трех часов.

Понадобится

• Аккумуляторы 18650 серии — 2 шт — http://ali.pub/4942zo.
• Вольтметр встраиваемый — http://ali.pub/4943kh.
• Повышающий преобразователь — http://ali.pub/4943ro.
• Модуль зарядки с защитой 2S BMS — http://ali.pub/4943vk.
• Блок питания 9 V 2A — http://ali.pub/49446n.
• Пластиковый корпус — http://ali.pub/4944bi.

Изготовление мини источника бесперебойного питания для роутера

Батареи 18650 было решено взять из вышедшего из строя аккумулятора ноутбука.
Разбираем корпус.

Проверяем чтобы напряжение каждой батареи не было ниже 2,7 В, иначе она не будет работать. Нужно всего два элемента.

Заряжаем аккумуляторы, чтобы быть уверенным в их полной работоспособности.

Берем пластиковый корпус. Вырезаем сбоку отверстия под гнездо подключения блока питания и выключатель.

Чтобы исключить случайное замыкание батарей, что очень опасно, подключение будет сделано через предохранители.

Изолируем термоусадкой все термоусадкой. Элементы скрепляем между собой изолентой.

Вырезаем окошко для вольтметра.

Вклеиваем его горячим клеем и им же изолируем контакты на его плате, чтобы не произошло случайного замыкания.

Контроллер зарядки приклеиваем на аккумуляторы при помощи двухстороннего скотча. Припаиваем провода к плате согласно схемы.

Схема бесперебойника на модулях

Собираем схему бесперебойника.

На выход припаиваем конденсатор, чтобы исключить микроброски и исключить передачу рабочей частоты преобразователя.

Переменным резистором, на повышающем преобразователе, настраиваем выходное напряжение 12 В для питания роутера.

Собираем ставим на зарядку.

Работа устройства:

Раньше роутер работал от своего блока 12 В. Его мы заменили на другой, 8,4-9 Вольтовый — это нужно для работы всего устройства.
Итак, при рабочей сети, блок питания преобразует сетевое напряжение в 8,4-9 В, далее оно подается на повышающий преобразователь и балансный контроллер заряда аккумуляторов. Повышающий преобразователь поднимает напряжение до 12 В и подает его на роутер. Роутер работает. Как только произойдет отключение тока в сети, контроллер заряда переключить свою работу с зарядки на потребление, и на выходе повышающего преобразователя появится напряжение от аккумуляторов 8, 4 В (если они максимально заряжены). И дальнейшая работа роутера будет производится от них.
По истечению времени батареи будут разряжаться и как их напряжение будет подходить к 2,7 Вольта, котроллер отключит элементы, исключив их полный разряд.

Итог работы таков:

При потреблении роутером тока в 1 Ампер, примерное время работы бесперебойника — 30 минут.

Если роутер будет потреблять 0,5 Ампера, то питания хватит на полтора часа.

Замеряем сколько потребляет наш роутер в реале.

Примерно четверть Ампера, а следовательно, источник обеспечит стабильную работу роутер на более чем 2,5 часа.
Такой мини бесперебойник можно использовать не только для роутера, но и для маршрутизатора, для станции проводного телефона, для питания съемного жесткого диска, и для других целей.

Смотрите видео