Блоки питания и аккумуляторы

Блоки питания для слаботочных систем — это устройства, предназначенные для обеспечения стабильного и безопасного питания электронных компонентов и оборудования с низким потреблением энергии, таких как системы видеонаблюдения, сигнализации и контроля доступа.

В современных условиях частых отключений электричества надежное электропитание становится критически важным для работы слаботочных систем. Блоки питания для слаботочных систем играют ключевую роль в обеспечении бесперебойной работы охранной сигнализации, видеонаблюдения и систем контроля доступа.

Качественные источники питания должны не только поддерживать стабильное напряжение, но и обеспечивать защиту оборудования. Например, свинцовый аккумулятор с номинальным напряжением 12 В может выдавать до 14,5 В в заряженном состоянии, поэтому современные блоки оснащаются встроенными самовосстанавливающимися предохранителями и системами защиты.

В этой статье мы рассмотрим основные типы блоков питания для слаботочных систем, особенности их выбора и расчета параметров, а также разберем схемы подключения и защиты аккумуляторных батарей. Особое внимание уделим специфике применения источников питания в системах видеонаблюдения, СКУД и ОПС.

Классификация блоков питания для слаботочных систем

Слаботочные системы нуждаются в надежных источниках питания, которые обеспечивают стабильную работу оборудования даже при перебоях с электроснабжением. Источники питания для таких систем классифицируются по нескольким ключевым параметрам, что позволяет подбирать оптимальные решения для конкретных задач.

ББП и БРП: различия по режиму работы

В зависимости от способа обеспечения непрерывности питания, источники делятся на два основных класса:

• Блоки бесперебойного питания (ББП) – обеспечивают питание нагрузки ВСЕГДА с указанными параметрами. Эти устройства состоят из сетевого источника питания достаточной мощности, зарядного устройства для аккумуляторной батареи и схемы переключения нагрузки с сетевого источника на АКБ. Их также называют блоками непрерывного питания.
• Блоки резервного питания (БРП) – предназначены для обеспечения питания только при отсутствии основного источника (сети 220 В). БРП работают с аппаратурой, имеющей встроенный сетевой преобразователь и входы для резервного питания.

Важно отметить: блок бесперебойного питания можно использовать как блок резервного питания, но не наоборот. БРП существенно дешевле, поскольку в них отсутствует мощный сетевой преобразователь.

По терминологии, используемой в технической литературе, все источники с функцией резерва можно называть «источниками вторичного электропитания резервированные (ИВЭПР)». Для них также приняты названия: ИБП (источник бесперебойного питания), РИП (резервированный источник питания).

Импульсные и линейные блоки: плюсы и минусы

По схемотехническому решению блоки питания для слаботочных систем разделяются на импульсные и линейные. Это два фундаментально разных подхода к преобразованию электроэнергии.

Линейные источники питания работают по следующему принципу:

1. Трансформатор понижает входное переменное напряжение
2. Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный
3. Конденсатор фильтра сглаживает пульсации
4. Регулятор напряжения стабилизирует выходное напряжение

Преимущества линейных блоков:

• Низкий уровень шума на выходе
• Отличная регулировка напряжения
• Простая конструкция
• Хорошая переходная характеристика
• Минимальное электромагнитное излучение

Однако, такие блоки имеют существенные недостатки — низкий КПД (около 50%), большие размеры и вес, значительное выделение тепла.

Импульсные источники питания работают на высокой частоте с использованием ШИМ-контроллера (широтно-импульсной модуляции). Они измельчают постоянный ток в высокочастотную последовательность импульсов, где ширина импульсов регулируется схемой управления.

Импульсные блоки обладают следующими преимуществами:

• Высокий КПД (до 98%)
• Компактные размеры и малый вес
• Широкий диапазон допустимых входных напряжений (90-110В и выше)
• Возможность работы при нестабильном входном напряжении

К недостаткам относятся более высокий уровень шума, потенциальные проблемы с электромагнитными помехами и более сложная конструкция.

Хотя многие специалисты с опаской относятся к импульсным блокам питания из-за их репутации в прошлом, современная элементная база позволяет создавать надежные устройства. В настоящее время импульсные блоки активно используются в системах видеонаблюдения, СКУД и ОПС.

Блоки питания 12В и 24В: где применяются

Для слаботочных систем наиболее распространены источники питания с выходным напряжением 12В и 24В. Эти напряжения относительно безопасны для человека в отличие от стандартного сетевого.

Блоки питания на 12В являются одними из самых распространенных и используются для:

• Монтажа большинства систем контроля и управления доступом (СКУД)
• Питания камер видеонаблюдения (большинство камер работает от 12В)
• Систем охранно-пожарной сигнализации (ОПС)

Блоки питания на 24В применяются:

• В системах пожарной сигнализации и оповещения
• Для некоторых типов камер видеонаблюдения
• В промышленных системах автоматизации
• При больших расстояниях прокладки кабелей (для снижения падения напряжения)

При выборе блока питания следует учитывать, что выходное напряжение даже в блоках категории 12В находится в определенном диапазоне, близком к 12В. Например, в ББП с аккумуляторными батареями реальное напряжение может составлять около 12,5-13В, что нормально для охранных систем и СКУД, но иногда может быть "чересчур" для некоторых систем видеонаблюдения.

Важно помнить, что правильно подобранный блок питания — залог надежной работы всей слаботочной системы в целом.

Расчёт параметров блока питания под конкретную нагрузку

Правильный расчёт параметров блока питания – фундаментальный этап при проектировании слаботочных систем. Точный подбор мощности и ёмкости аккумуляторов определяет стабильность работы всего оборудования и соответствие нормативным требованиям. Для систем пожарной сигнализации, оповещения и противопожарной автоматики такой расчёт является обязательным. 

Определение токов Iс, Iр и Iк по типу потребителей

Первым шагом при расчёте параметров блока питания следует разделить подключаемое оборудование на три категории:

1. Приборы, работающие постоянно и не имеющие собственного штатного источника питания (датчики, камеры видеонаблюдения)
2. Устройства, функционирующие постоянно, но имеющие штатный источник питания (ППК, мониторы)
3. Оборудование периодического и кратковременного включения (сирены, узлы пожаротушения)

На основе этого разделения определяются три ключевых параметра:

• Iс – ток, обеспечиваемый источником при наличии сети: Iс = I1
• Iр – ток при отключении сети, питание от резервных батарей: Iр = I1 + I2
• Iк – кратковременный ток: Iк = I1 + I2 + I3

Именно значение Iр является критически важным для расчёта ёмкости аккумуляторных батарей, поскольку отражает реальную нагрузку при отсутствии внешнего питания.

Формула расчёта ёмкости аккумулятора: A = 1.3 × Iр × t

После определения требуемых токов следует установить необходимое время резервирования (t). Оптимальная ёмкость аккумуляторной батареи для источников без преобразования напряжения рассчитывается по формуле:
A = 1.3 × Iр × t
где:

• A – необходимая ёмкость аккумулятора (А•ч)
• Iр – ток нагрузки при отключении сети (А)
• t – время резервирования (ч)
• 1.3 – коэффициент, учитывающий, что АКБ отдаёт примерно 70% номинальной ёмкости

Если используются аккумуляторы невысокого качества, рекомендуется дополнительно увеличить расчётную ёмкость на 30%.

При выборе аккумуляторной батареи всегда лучше брать ёмкость с небольшим запасом для продления срока службы и исключения частых глубоких разрядов. Это особенно актуально для свинцово-кислотных аккумуляторов, которые чаще всего используются в блоках питания слаботочных систем.

Учет коэффициента преобразования при нестандартных напряжениях

В случаях, когда блок питания преобразует напряжение (например, с 12В в 24В), требуется дополнительная корректировка расчета ёмкости аккумулятора. Формула принимает вид:
A = 1.3 × Iр × t × Kп × 1.3
где:

• Kп – коэффициент преобразования напряжения
• Дополнительный множитель 1.3 компенсирует потери при преобразовании

Например, если блок питания с одной батареей 12В выдаёт на выходе 24В, то коэффициент преобразования Kп=2. Для обеспечения 4 часов автономной работы при токе нагрузки 0.8А расчёт будет выглядеть так: A = 1.3 × 0.8А × 4ч × 2 × 1.3 = 10.8 А•ч

Важным моментом является также расчёт сечения кабеля, особенно при питании удаленного оборудования. Для определения необходимого сечения используется формула:
S = 2 × p / (Uнач — Uкон) × I × L
где:

• S – необходимое сечение кабеля
• p – удельное сопротивление меди (0,0175)
• Uнач – выходное напряжение блока питания
• Uкон – минимальное рабочее напряжение оборудования
• I – ток нагрузки
• L – длина кабеля

При выборе блока питания для видеонаблюдения стоит учитывать, что падение напряжения на длинных линиях может привести к нестабильной работе оборудования. Проблемы начинаются, когда напряжение падает ниже 9-9,5В. Для предотвращения этого используют блоки с повышенным выходным напряжением (13-13,5В) или устанавливают блок питания ближе к камерам.

Для систем СКУД особенно важна защита от перегрузки и перегрева, а также стабильная работа при сильных колебаниях сетевого напряжения. При проектировании систем ОПС нужно учитывать способность блока питания поддерживать кратковременные пиковые токи при срабатывании сирен и исполнительных устройств.

Особенности выбора блоков питания для видеонаблюдения, СКУД и ОПС

При выборе источников питания для различных слаботочных систем необходимо учитывать специфические требования каждого типа оборудования. Блоки питания должны не только соответствовать базовым техническим параметрам, но и обладать дополнительными функциями, обеспечивающими надежную работу конкретных систем.

Блоки питания для видеонаблюдения: стабильность при падении напряжения

Системы видеонаблюдения предъявляют особые требования к источникам питания. Основная проблема, с которой сталкиваются монтажники – падение напряжения в кабельных линиях большой протяженности. Для эффективной работы камер видеонаблюдения напряжение не должно опускаться ниже 10В, иначе возникают сбои или полное отключение оборудования.

Для решения этой проблемы применяют несколько подходов:

• Использование блоков с регулируемым выходным напряжением 13-14В при длинных кабельных трассах
• Установка блока питания на минимальном расстоянии от камеры
• Применение кабелей большего сечения для уменьшения сопротивления

При выборе блока питания для видеонаблюдения следует обратить внимание на стабильность выходного напряжения при перепадах входного. Современные импульсные блоки способны работать при входном напряжении 190-265В, что обеспечивает бесперебойную работу камер даже при нестабильной электросети.

Блоки питания для СКУД: защита от перегрузки и перегрева

Системы контроля доступа требуют особого подхода к выбору источников питания. Здесь критически важны такие функции как защита от перегрузки, короткого замыкания и перегрева. Эти защитные механизмы предотвращают выход из строя всей системы при неисправности отдельных компонентов.

В современных блоках питания для СКУД реализованы следующие ключевые функции:

• Защита от перегрузки с функцией самовосстановления после устранения проблемы
• Защита от переполюсовки при подключении аккумуляторной батареи
• Функция автоматического переключения на резервное питание при отключении основной сети
• Изоляция схем с несколькими выходами, когда неисправность одной цепи не влияет на работу других

Проверка качества блока питания для СКУД должна включать измерение фактического выходного напряжения и тока с помощью мультиметра. Это позволит убедиться, что реальные параметры соответствуют заявленным в документации.

Блоки питания для ОПС: поддержка кратковременных пиковых токов

Системы охранно-пожарной сигнализации отличаются нестабильным потреблением тока – в дежурном режиме оно минимально, но при сработке сирен и исполнительных устройств возникают кратковременные пиковые нагрузки. Блок питания для ОПС должен обеспечивать работу системы в дежурном режиме не менее 24 часов, а в режиме тревоги не менее 3 часов.

В отличие от резервных источников питания, блоки бесперебойного питания для ОПС гарантируют мгновенное переключение на аккумуляторную батарею без сбоев в работе системы. Время такого переключения измеряется миллисекундами.

Для систем охранно-пожарной сигнализации также важно учитывать размещение блоков питания. Оптимальное решение – разместить блоки питания нескольких объектов в отдельной комнате с аварийным доступом через механический ключ. Такой подход обеспечивает как безопасность, так и возможность быстрого доступа при неисправностях.

Современные источники бесперебойного питания обеспечивают защиту аккумуляторной батареи от глубокого разряда, чрезмерного заряда и предотвращают переполюсовку при подключении, что значительно продлевает срок службы всей системы.

Материалы и методы: схемы подключения и защита аккумуляторов

Надежное функционирование слаботочных систем напрямую зависит от правильной организации схем защиты аккумуляторных батарей. Эффективная защита АКБ не только продлевает срок их службы, но и предотвращает выход из строя дорогостоящего оборудования.

Схема защиты АКБ от глубокого разряда на MOSFET

Для защиты аккумуляторов в блоках питания для видеонаблюдения и СКУД часто применяются схемы на основе MOSFET-транзисторов. Основное преимущество такого решения – минимальное падение напряжения и низкое энергопотребление самой схемы защиты. Базовая схема использует транзистор MOSFET (например, IRF9540), который автоматически отключает нагрузку при падении напряжения аккумулятора ниже безопасного уровня (обычно 10,5-11В для 12-вольтовых систем).

Типичная схема защиты включает микросхему TL431 в качестве компаратора напряжения, которая контролирует состояние АКБ. При снижении напряжения до критического уровня транзистор закрывается, отключая нагрузку. Такие схемы могут обеспечивать ток до 3А без радиатора и до 10А с радиатором. Важным элементом является резистор, создающий гистерезис – разницу между напряжением отключения и включения (обычно около 1В).

Использование реле и диодов Шоттки для переключения питания

Для автоматического переключения между основным и резервным питанием в блоках питания слаботочных систем применяются реле и диоды Шоттки. В отличие от обычных диодов, диоды Шоттки имеют прямое падение напряжения всего 0,2-0,4В, что существенно снижает потери энергии в сильноточных цепях питания.

Диоды Шоттки отличаются практически безынерционной работой и малым временем восстановления обратного сопротивления, что критически важно при переключении между сетевым и аккумуляторным питанием. Это позволяет защитить силовые транзисторы от скачков тока и повысить надежность всей системы питания.

Параметры зарядки свинцовых и литиевых АКБ

Корректные параметры зарядки определяют долговечность аккумуляторных батарей. Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжаются по трехступенчатому алгоритму:

• Первый этап – заряд постоянным током 0,1-0,3С
• Второй этап – заряд при постоянном напряжении 13,8В
• Третий этап – "плавающий заряд" для компенсации саморазряда

Литий-ионные аккумуляторы требуют иного подхода – заряд постоянным током 0,5-1С до достижения напряжения 4,2В на ячейку, затем режим постоянного напряжения. Категорически запрещено использовать зарядные устройства свинцовых аккумуляторов для литиевых и наоборот – это приведет к необратимому повреждению батарей.

Благодаря правильно спроектированным схемам защиты и соблюдению режимов заряда, блоки питания для слаботочных систем обеспечивают надежную работу и длительный срок службы как самих источников питания, так и подключенного к ним оборудования.

Ограничения и подводные камни при выборе блока питания

При покупке блоков питания для слаботочных систем покупатели часто сталкиваются с техническими ограничениями и маркетинговыми уловками. Знание этих особенностей позволит избежать преждевременного выхода из строя оборудования и неожиданных сбоев в работе систем безопасности.

Диапазон входных напряжений: ГОСТ 187–242 В

Согласно действующему ГОСТу, в СНГ напряжение в электросети установлено на уровне 220 В с допустимыми отклонениями +10% и -15%, что дает диапазон от 187 до 242 В. Любой блок питания для слаботочных систем должен стабильно работать во всем этом диапазоне входных напряжений. Однако многие производители указывают в документации суженный диапазон — 198-242 В (то есть -10% вместо положенных -15%).

Несмотря на то, что формально производители не нарушают правил, указывая допустимый диапазон, для потребителя это может стать проблемой. В большинстве регионов напряжение около 190 В считается нормой. При работе в таких условиях блок питания для СКУД или видеонаблюдения может не обеспечивать полный заряд аккумуляторов или, что еще хуже, происходит срыв стабилизации при токах, близких к максимальному. Это особенно критично для систем ОПС, где нестабильность может вызвать ложные срабатывания.

Проблемы с пульсациями и перегревом при максимальной нагрузке

Уровень пульсаций — один из параметров, который часто указывается в технической документации с различными методиками измерения. Для трансформаторных блоков наиболее объективным является параметр двойной амплитуды пульсаций. Некоторые производители указывают лишь "амплитуду пульсаций", которая в два раза ниже (лучше) реального значения, а параметр "эффективное напряжение пульсаций" для обычного трансформаторного блока занижает реальное значение примерно в три раза.

Кроме того, важно знать, в каких условиях измерялись эти пульсации. Правильное измерение должно проводиться при минимально допустимом напряжении сети (187 В) и максимальной нагрузке на выходе блока. Проведенные независимые испытания показывают, что некоторые блоки питания не соответствуют заявленным в документации параметрам именно при критических режимах работы.

Недостоверные параметры в паспортах и рекламных листовках

Один из самых распространенных обманов в технической документации — неясное указание тока нагрузки. Например, если в паспорте указан параметр "номинальный ток нагрузки без АКБ", это означает, что указанный ток блок может отдавать только при отсутствии аккумуляторной батареи. При установленной батарее доступный ток будет ниже, иногда существенно.

Некоторые производители заявляют завышенную мощность блоков питания в названии модели. Например, блок питания под названием PS-350S может иметь реальную мощность всего 325 Вт, что указано на идентификационной наклейке. В других случаях блоки питания способны выдавать мощность на 30% ниже заявленной в спецификациях.

Поэтому при выборе блока питания для слаботочных систем необходимо внимательно изучать полную техническую документацию, проверять соответствие заявленным параметрам и желательно проводить дополнительное тестирование под реальной нагрузкой перед окончательным внедрением.

Заключение

Таким образом, правильный выбор блока питания для слаботочных систем требует комплексного подхода и учета множества факторов. Безусловно, современные источники питания должны обеспечивать не только стабильное напряжение, но и надежную защиту подключенного оборудования.

Следует отметить несколько ключевых моментов:

• Блоки бесперебойного питания (ББП) гарантируют непрерывную работу систем безопасности даже при отключении электроснабжения
• Расчет емкости аккумуляторных батарей должен учитывать реальные токи потребления и требуемое время автономной работы
• Схемы защиты на основе MOSFET-транзисторов и диодов Шоттки обеспечивают надежную работу резервного питания

Особенно важно подчеркнуть специфику применения источников питания в различных системах. Для видеонаблюдения критична стабильность напряжения при больших длинах кабеля, системы контроля доступа требуют защиты от перегрузок, а охранно-пожарная сигнализация нуждается в поддержке кратковременных пиковых токов.

Правильно подобранный и настроенный блок питания, оснащенный современными схемами защиты аккумуляторов, становится надежной основой для бесперебойной работы всей слаботочной системы безопасности.

FAQs

Q1. Что такое слаботочные системы и где они применяются? Слаботочные системы включают в себя коммуникации с низким напряжением, такие как интернет, телевидение, видеонаблюдение, пожарные и охранные сигнализации. Они используются не только в жилых помещениях, но и на производстве, в коммерческих и общественных зданиях.

Q2. Какую функцию выполняют блоки питания в слаботочных системах? Блоки питания в слаботочных системах преобразуют электрический ток из сети в напряжение, необходимое для работы компонентов системы. Они обеспечивают стабильное питание и защиту оборудования от перепадов напряжения и перегрузок.

Q3. Чем отличаются блоки бесперебойного питания (ББП) от блоков резервного питания (БРП)? ББП обеспечивают непрерывное питание нагрузки с заданными параметрами, автоматически переключаясь на аккумуляторы при отключении сети. БРП предназначены для питания только при отсутствии основного источника и работают с оборудованием, имеющим встроенный сетевой преобразователь.

Q4. Как рассчитать необходимую емкость аккумулятора для блока питания? Емкость аккумулятора рассчитывается по формуле A = 1.3 × Iр × t, где Iр - ток нагрузки при отключении сети, t - требуемое время резервирования. Коэффициент 1.3 учитывает, что АКБ отдает примерно 70% номинальной емкости.

Q5. Какие особенности нужно учитывать при выборе блока питания для видеонаблюдения? При выборе блока питания для видеонаблюдения важно учитывать стабильность напряжения при длинных кабельных линиях, защиту от перепадов входного напряжения и возможность работы в широком диапазоне входных напряжений (обычно 190-265В) для обеспечения бесперебойной работы камер.

Q6. Какие блоки питания наиболее популярны? Наиболее популярными моделями блоков питания в Казахстане являются iPower ББПП12-3А, AccordTec ББП-20 исп.1,Smartec ST-PS103BPS-WT.

Q7. Где купить блок питания? Блок питания купить вы можете в нашей компании ARDES, для этого вы можете связаться с нами по почте, телефону, Ватсапу по телефонам +77017345642, +77774040555.

Q8. Сколько стоит блок питания? Блок питания цена в Алматы составляет от 6000 тг. Одним из ключевых достоинств нашей компании являются доступные цены на блоки питания при неизменно высоком качестве продукции. Это стало возможным благодаря прямому сотрудничеству с производителями и устойчивым партнёрским отношениям, выстроенным за годы работы. Такой подход позволяет нам предлагать клиентам широкий выбор оборудования по привлекательной стоимости.