PCISLOCKED

evdeki ip kameralar ve modemleri beslemesi için bir dc-dc ups yaptım

önemli not

ben bir elektrik elektronik mühendisi değilim. sikimin keyfine göre iş yaptım. evim patlarsa ben sorumluyum. eviniz patlarsa siz sorumlusunuz.

girizgah

selamlar. uzun zamandır aklımda olan ama üşendiğim bir projeyi sonunda bitirdim. evdeki network altyapısı ve sunucu zımbırtıları için kapı gibi bir diy uninterruptable power supply ups yaptım. aslında komple 2kva’lık ups almayı düşünüyordum, bu ups’in network altyapısıyla bir işi olmayacaktı masaüstü pc için düşünüyodum, lakin hem fan sesi hem de masrafından dolayı vazgeçtim. pc’den vazgeçince bu sefer dikkatimi network altyapısına yönlendirdim.

ip kameralar için bir ups sistemi olsa fena olmazdı, güvenlik sonuçta. başta piyasadaki tunçmatik modem ups gibi hazır çözümlere baktım ama bana zaten yetmeyecekti. mevcut durumda bende sadece bir powerbank vardı, o da 5v usb çıkışıyla götten yarma bir ups görevi görüp orange pi’ı besliyordu. iyi güzel ama elektrik gidince internet ve komple local network gittikten sonra orange pi’ın kapanmamasının (data corruption önlemek dışında) hiçbir anlamı kalmıyordu. normalde mobil 4g modem bağlıydı ona da o modem başka bir yere gitti, artık evin yedek 4g’sini ise superbox olarak tabir edilen bir fwa modem sağlıyor, ki bu cihaz pilsiz, dolayısıyla buna da bir ups lazım.

kendi yaptığım bu diy ups sistemi sayesinde artık kesinti sikimden aşağı. en azından 2-3 saatliğine. anlatıyorum hemen.

malzemeler ve linkleri

parçaların çoğunu perpa’dan (komponentci ve tekpil dükkanlarından) aynı gün içinde toplayabilirsiniz ben öyle yaptım.

  • piller: 8 adet 18650 pil. eve 3.3v 3200mah 10a kullandım. aslında aspilsan almaya gitmiştim ordaki abi eve’yi önerdi. bu pilleri 4s2p şeklinde inşa edilecek. punta yaptırdım düz 1000 tl verdim taa kaç ay önce, güncel fiyat sorun. pil paketi işini tekpil güzel yapıyor müsaitlerse custom yaparlar ama her zaman yapacaklarını sanmıyorum. isterseniz bms’i de onlardan alabilirsiniz, ben sonradan aldım bağladım ama spesifik bir sebepten dolayı değil o an unuttum ciddi ciddi.

    sistem ihtiyacınıza göre 4s1pye kadar düşebilirsiniz (4s2p’den aşağı düşmenizi tavsiye etmiyorum) veya baya büyütürüm diyosanız yine tekpil’de içinde bms’i hazır pil paketleri de mevcut, onlara da bakabilirsiniz. voltaj olarak yükselmeniz durumunda aşağıdaki parçaların tamamını pil gerilimine uygun parçalarla değiştirmeniz gerekecektir, dolayısıyla masraf da artacaktır fakat güç çıkışı ve toplam kapasiteniz de elbette artacaktır. veya lfp aküler de bu noktada tercih edilebilir uygun şarj cihazları kullanılarak. eve pil linki / aspilsan pil linki
  • bms (batarya yönetim sistemi): 4s 40a balanslı dümdüz standart koruma devresi. zaruri zaten. bunun cutoff voltajı lityum pillerde alışılmış olandan bir tık düşük (2.5v) ama pilimin datasheetiyle birebir uyumlu bu değer, ve işimi görüyor. bms linki
  • şarj için güç kaynağı: evde yatan herhangi bir 65-90w laptop charger. ben 19v 4.74a veren bitane kullandım. 20v veren usb pd adaptörler de pd tetik kartıyla beraber kullanılabilir. 12v falan bağlamayı denemeyin bile, hem şarj modülünü buck-boost ile değişmek gerekir hem de akım gereksinimi artar. tavsiye etmiyorum 19v’dan aşağı düşmenizi. buradaki adaptörü bağlayacağınız yüke göre çok iyi seçmeniz lazım, zira kural hem karışık hem de basit:
  • pilin maksimum şarj gücü (w) ≥ şarj modülü çıkışı (w) ≥ toplam maksimum yük (w)
  • yani ne demek istiyorum?
    • örneğin bendeki eve piller şarj için standart 0.5c, max 1c akım istiyor.
    • 0.5c için: 16.8v x 3100mah x 0.5 = ~26w şarj gücü.
    • 1c için: zaten iki katı amk, ~52w.
    • ben zaten sistem sürekli olarak orange pi 8w ve switch 15w çeker diye düşünerek 90w’lık laptop adaptörü bağladım. şarj modülünü de 4 ampere kilitledim (bu da yaklaşık 67w eder. siiix seveeen) bir tık riskli evet ama bu piller 1c akımı geçer geçmez hidrojen bombasına dönüşmeyecek zaten, bişey olmaz ölmezsiniz.
    • demeye çalıştığım şey şu: güç kaynağını öyle ayarlayın ki, hem pili aşırı hızlı doldurup anasını sikmesin, ama aynı zamanda piller boşken elektrik geri gelince hem bütün cihazları çalıştıracak gücü versin hem de pili alttan alttan şarj edebilsin.
    • bu dengeyi yönetirken eğer yükünüz fazla ise veya pil şarj aletiniz zayıf ise, illa 12v değil ama örneğin, 12v rayına ikinci bir güç kaynağı bağlayıp, 12v veren dc-dc çıkışıyla bu güç kaynağı çıkışını da bi schottky diyotuna bağlayıp yükü bataryadan ve ana şarj aletinden alabilirsiniz. böylece 12v hattı elektrik varken kendi adaptöründen çeker, batarya ve ana şarj modülü sadece şarj olmaya ve diğer ufak tefek yükleri beslemeye odaklanır. elektrik gidince de diyot sayesinde anında bataryaya geçer.
    • bende de 12v rayında çok sayıda modem olduğu için mervesan 12v 5a slim trafo bağladım diyot üzerinden geçirerek. fakat parça listesine yazmıyorum tamamen opsiyonel olduğunu tekrar belirteyim. bunu yaparken diyotları iyi ayarlamanız lazım zira hatalı bir bağlantı bataryaya veya şarj aletine zarar vermenize yahut evi yakmanıza sebep olabilir.
  • şarj modülü (step-down): xl4015 akım/voltaj ayarlı dc-dc step-down 5a modül. laptop şarjından gelen voltajı pilleri şarj edecek 16.8v seviyesine düşürmek ve akımı limitlemek için. şarj modülü linki
  • modemler için step-down (12v): lm317 veya yine xl4015 5a ayarlanabilir dc-dc düşürücü. (vbat > 12v) 12v modül linki
  • orange pi için step-down (5v): xl4015. (vbat > 5v) üstle aynı mantık.
  • poe switch için step-up (48v): 400w 15a 10-60v dc-dc step-up yükseltici. (netgear gs110tp switchin girişi 48v 1.25a olduğu için bu şart). 48v modül linki
  • diyot(lar): ptr20100c schottky diyotları. bozuk bir pc power supply’ından çaldım. sıfır da alabilirsiniz. devredeki en önemli güvenlik/failover parçası bu. evet bu diyotlar bu kullanım için ideal değil ama elimde bunlar vardı o yüzden zırlamayın.
  • kasa ve soğutma: dümdüz karton ayakkabı kutusu ve 1 tane 120mm kasa fanı kullandım çok da sikimde değil. fakat özellikle step-up modülünün yük altında biraz soğutma isteyeceğini göz önüne alırsak fansız olmaz diye eklemek lazım. 
  • kablo, lehim vb muhtelif atölye malzemeleri. mesela ben bağlarken wago falan bile kullandım. mantığı çözün, bağlama kısmı sizin fantazi dünyanıza kalmış.
  • ayrıca sistemin belli stratejik noktalarına dc sigorta atmanızı öneriyorum. bataryanın artı kutbundan başlamak üzere. 15-20 amperlik araba sigortaları dahi hiç yoktan iyidir, yeterli olacaktır.

bağlantı ve şema mantığı

işin amelelik kısmı pilleri 4s2p puntalatıp bms’yi bağlamak, ki onu yaptırabilirsiniz dışarda zaten. 4 seri 2 paralel yapıyoruz, böylece 16.8v tam şarj voltajına ve yaklaşık 6000mah+ kapasiteye ulaşıyoruz. sonrası tamamen voltaj ayarlamaktan ibaret.

olay şu şekilde:

  1. laptop chargerını ilk step-down’a (şarj modülüne) bağlıyoruz. şarj modülününü çıkışını 16.4v 4a’e ayarladım ben. çok önemli: bu converter çıkışı ile batarya arasına mutlaka bir diyot koyun. KOYMAK ZORUNDASINIZ HATTA DİREKT. elektrikler kesilip 220v gidince bataryadan converter’a doğru ters akım gider ve komponentlerin amını götünü siker. çoğu ucuz dc-dc dönüştürücüde ters akım koruması yok nerden bildiğimi sormayın
  2. batarya çıkışından kalın bir kablo (veya bakır busbar veya allah ne verdiyse) çekiyoruz. bütün gücü buradan, bu ana hattan dağıtacağız. iğne kadar ince zil teli çekerseniz o kablo 5 dakikada malum şahsın anasının amına döner, ayakkabı kutusuna da koyduysanız anında tutuşur.
  3. bu ana hattan dc-dc dönüştürücülerimizi besleyeceğiz. ihtiyacınız olmayan güç raylarını elbette çıkartarak para kısmını kısabilirsiniz:
    • step-up modülüyle 48v alıp poe switch’i besledim. bende netgear gs110tp var. 8 tane poe portu, 2 tane de sfp fiber portu var. 48v ve 1.25 amperle çalışıyor. cisco switchim de var ama o switch hem 48v hem 12v istiyor 4 pin ile. uğraşmak istemedim o switch şu anda yedek kulübesinde.
    • birinci step-down modülüyle 12.2v alıp modemleri besledim. yukarıda bahsettiğim trafoyu da voltaj ayarını 13v yaptım çünkü araya koyduğumuz schottky diyotlarının doğası gereği yaklaşık 0.3v – 0.5v gibi bir voltaj düşürme (voltage drop) huyu var. trafo 13v verince diyottan geçip modeme yaklaşık 12.5v falan gidiyor. ups devresindeki dc-dc’yi de bilerek 12.2v’a ayarladım ki o da diyottan geçince 11.7v falan versin.
    • ikinci bir step-down modülüyle de 5.3v alıp orange pi’ı besledim.
    bütün bu modülleri cihazlara bağlamadan önce multimetre ile çıkış voltajlarını potansiyometrelerden ayarlamayı unutmayın. cihaz bağlıyken ayar yapmaya kalkarsanız yanlışlıkla 16v’u modeme basıp aleti elinize alırsınız. voltajları ayarlayıp diyotları da modül çıkışlarına lehimledikten sonra işin en zor kısmı bitiyor. geriye sadece cihazların güç kablolarını (orijinal adaptör uçlarını kesip veya uygun barrel jak takarak) bu çıkışlara girmek kalıyor.

diyotların kerameti nedir? (çok kısa)

devrenin çıkışlarına koyduğumuz 3 bacaklı schottky diyotlarının şebeke ve yük arasında iki temel amacı var:

  1. ters akım koruması: elektrik kesilip dışarıdan gelen 19v dc input gittiğinde, bataryadaki gücün dc-dc şarj modülüne veya şebekeye bağlı adaptörlere ters tepip o aletlerin içinden geçmesini engeller. tek yönlü valf gibi düşünün.
  2. kesintisiz geçiş (switching / bypass): şebeke varken asıl yükü dc-dc ups devresi üzerinden değil, cihazın kendi adaptöründen veya trafosundan geçirmemizi sağlar. diyotlardaki kural nettir: voltajı yüksek olan kaynaktan akım geçer. kendi dc-dc çıkışımızı, orijinal adaptörden 0.5-1v daha düşük ayarlıyoruz. şebeke varken 12.5v veren trafo bütün yükü sırtlar, ups devresi yatar. elektrik gidince trafo anında sıfırlanır, yük mili-saniye bile sekmeden 11.7v veren pilli devreye geçer. kayıpsız donanımsal failover.

(orange pi’ın olduğu 5v hattına duvar adaptörü falan takmadım bu arada, o komple pilden besleniyor. zaten çektiği güç düşük olduğu için sistemi ve dc-dc’yi 7/24 yormuyor, ona dert değil. ayrıca bunu en çok 48v’luk switche yapmam lazımdı ama elimde diyot kalmadığı için 48v’u da bypass yapamadım o da direkt pilden besleniyo. yani direkt dc-dc chargerdan ve pilden beslenmek dünyanın sonu değil o kadar da.)

kss – kimsenin sormadığı sorular:

  1. maliyet ve işçilik ne alemde?

bu sistemin bana toplam masrafı ortalama 2000 tl civarında oldu (kablo, lehim, wago gibi dolaylı masraflar dahil fakat işçilik hariç). pili 4s2p değil de atıyorum 4s4p yaparsan veya daha yüksek kapasiteli piller seçersen maliyet artar, ama doğal olarak sistemin dayanma süresi de katlanır. voltajı falan yükseltirsen alacağın modüllerin fiyatı da değişebilir.

işçilik kısmına gelirsek; amelelik tamamen. elin havya tutuyorsa, multimetre kullanmayı biliyorsan ve neyi nereye bağlayacağını kafanda (veya kağıtta) önden planladıysan maksimum 2 saatlik iş. ama eşeği yolda düzmeye kalkarsan, plan program olmadan bağlantıları yapıp yapıp sökersen 4-6 saatten aşağı çıkamazsın.

  1. piller sistemi ne kadar süre ayakta tutuyor?

elektrik kesintisinde tüm networkü (2x ip kamera, 1x ap, 1x vdsl modem, 1x lte modem, 1x router, orange pi + usb harddisk) yaklaşık 2-2.5 saat çalıştıran bir sistemim oldu. en dibe kadar pilleri sömürerek testini yapmadım, tahmini rakamdır ama minimum 2 saat dayandığını bizzat doğruladım. sisteme bağlayacağınız cihaza, yüke ve kurguladığınız batarya kapasitesine göre bu süre tabii ki değişecektir.

  1. bypass mevzusu ve yüksek güç çeken cihazlar

yukarıda bahsettiğim diyot mantığını asıl kullanma sebebim bu bypass olayı. eğer benim gibi 48v poe switch gibi tek başına hayvan gibi (20-30w) güç çeken bir aletiniz varsa, elektrik varken bile bütün bu yükü 7/24 şarj aletinin, pillerin ve o çin işi step-up modülünün üzerinden geçirmek ağır mallıktır. hem sistemi gereksiz ısıtırsınız hem de arıza riskini artırırsınız.

işte bypass burada devreye giriyor. o poe switch’e özel 48v orijinal adaptörünü diyotun bir bacağına (örneğin 48.5v olarak) giriyorsunuz. kendi ups devrenizden gelen step-up çıkışını (örneğin 47.5v olarak) diyotun diğer bacağına giriyorsunuz. elektrik varken yükün %100’ünü orijinal adaptör sırtlıyor, ups tarafı tamamen boşta yatıyor. şebeke gittiğinde adaptör kapanıyor ve diyot “hoop kardeşim sıra sende” diyip yükü anında pilden gelen 47v hattına aktarıyor. hem piller şarjda daha hızlı doluyor hem de devrenin ömrü uzuyor.

  1. kasa ve soğutma mevzusu

başta da dediğim gibi kutu olarak dümdüz karton ayakkabı kutusu kullandım. biraz k*rt usta usulü oldu evet. zamanında birilerinin ayakkabı kutularında ne milyon dolarlar yatıyodu ama bizim ayakkabı kutusuna nasip olan max şey lityum iyon piller, çin işi regülatörler ve siktiriboktan kablolar oldu amk. hayat işte.

ayrıca ısınmaya karşı bi tane 120mm pc kasa fanı buldum, onu da direkt sistemdeki 5v hattına bağladım. normalde 12v olan fan 5v hattında fırıl fırıl, gayet usul ve sessiz dönüyor. 12v verip de odanın içinde kafa sikmeye gerek yok. ayakkabı kutusunun içindeki modüllerin ufak tefek ısısını dışarı atmaya yetiyor da artıyor bile. tabii ki kutuya tahliye deliği açmanız lazım belirtmemişim ekleyeyim.

  1. pilin voltajı azalınca 12v hattı sapıtmaz mı?

şimdi 4s batarya tam doluyken ~16.8v veriyor. biz bunu step-down ile 12v’a düşürüyoruz. iyi güzel de, piller boşalmaya başladıkça bataryanın toplam voltajı 12v’un altına düşebiliyor (benim piller 10v’a kadar iniyor). burada eğer “buck-boost” (hem düşüren hem yükselten) bir converter almazsanız, pil voltajı 11v’a düştüğünde regülatör çıkışınız da mecburen 11v olacaktır.

çoğu modem ve router 10.5v – 11v gibi değerlerde de gayet stabil çalışabiliyor. eğer cihazınız o voltajlarda saçmalıyorsa, voltajı illa 12v’a sabitlemek için pahalı bir buck-boost modülü almanız lazım. ama çalışıyodur %99, o zaman da bırakın pil voltajıyla beraber çıkış da yavaşça insin, zaten bms 10v civarında koruma moduna geçip sistemi tamamen kesecek ve aletler kapanacak 12v’dan 10v’a max 15-20 dk sürer. 

  1. peki diy mi buy mı? (haha greatscott reference)

şimdi piyasada ups diye satılan şeylere bakarsanız üç aşağı beş yukarı şunları görürsünüz ve neden kendim yapmayı seçtiğimi, piyasadakilerin bana neden uymadığını daha iyi anlarsınız:

  • standart line-interactive ups’ler (7ah vb): leş gibi verimsizler. içlerinde jel akü (sla) var. derin deşarja çok gelmez, dolu kalsa dert boşaltsan dert. uzun vadede cırtlamaya çok müsaitler. üstelik sürekli çalışan kafa siken fanları var. en kötüsü de şu: benim evdeki bütün network cihazlarım dc (doğru akım) ile çalışıyor. bu standart ups’ler pildeki 12v dc’yi inverter ile 220v ac’ye çeviriyor, sonra benim modemin adaptörü o 220v’u tekrar 12v dc’ye çeviriyor. %30-%40 sırf ısıya gidicek bence dümdüz aptallık.
  • hazır dc ups’ler (powerful pm-4400 vb): router falan beslemek için fena aletler değil ama çıkışları genelde 12v/9v/5v oluyor. hadi bazılarının poe çıkışı var diyelim, o da 24v veriyor. benim netgear switch standart 802.3af, yani 48v istiyor aga, işe yaramaz benim senaryoda
  • tunçmatik lite ii tarzı aletler: yine aynı standart jel akü teranesi. kağıt üstünde teorik kapasitesi yüksek gibi görünse de ömürleri kısa ve 220v verimsizlik sorunu bunlarda da aynı.
  • power station’lar (anker vs.): devasa pilleri, sağlam inverterleri falan var, çok güzel aletler. alırsın pikniğe kampa falan götürürsün ama sırf evdeki 3-5 tane modemi elektrik gidince ayakta tutmak için gereksiz pahalı ve tamamen overkill. belki pc’ye alabilirim ama sanmıyorum

  1. “neden bunu youtube videosu yapmıyorsun?”

telegramda biri yazdı bundan güzel içerik çıkar diye. private twitterda thread’da da video yapardım ama üşendim yazıp geçmiştim. biraz daha açmak istiyorum.

zaten emekliyim youtube’dan ben. eğer bir gün kamera karşısına geçip donanım veya maker odaklı bir kanal açacak olursam, bunu kesinlikle ingilizce yaparım, türkçe değil. çünkü zaten artık ingilizceyi türkçeden daha iyi konuşuyorum şu anda maalesef, çünkü bu tarz mevzuları hep ingilizce araştırdığım için bazı terimlerin türkçelerini gemini’dan falan öğrenecek hale geldim. ayrıca global bir kitleye hitap etmek, daha yüksek reklam gelirleri elde etmek ve donanım kültürünün asıl döndüğü dil(ler)i kullanmak varken türkçe’de kalmak zaten mantıksız.

ayrıca dilin ingilizce veya türkçe olmasından bağımsız olarak işin devasa bir prodüksiyon ameleliği kısmı da var. bu işi yapmanın dışında bunu belgeselleştirmek apayrı bir mesai. o kadar paslı değilim kurgu murgu yaparım çekim yaparım dert değil, ama karşılığını almicaksam niye yapiyim. zamanım değerli olum benim. para kazanacağım işlere yorarım zamanımı.

işin “neden yapsam bile asla ama asla türkçe yapmam?” kısmına gelirsek, türkiye’deki youtube ekosistemi ve donanım kültürü ortada. bu tarz teknik işlere yönelik ciddi bir talep maalesef yok. tr’de adam akıllı diy/maker kanalı zaten yok gibi bir şey, olan bir avuç insan da gümrük limitleriyle, absürt vergi oranlarıyla ve kargo masraflarıyla boğuşuyor. çin’den 3 dolara entegre veya bms sipariş ediyorsun, kapıya gelene kadar haftalarca bekliyorsun sonra yarağımın başı gibi gümrük çıkıyor.

bu şartlar altında türkiye’de sürdürülebilir bir donanım kanalı yürütmek zaten akıl karı değil. ayrıca gerçekten bu işlerle, komponentlerle uğraşan kemik kitle zaten doğrudan ingilizce kaynakları takip ediyor. ben de bir proje yapacaksam, datasheet okuyacaksam gidip yabancı kanalları açıyorum, türkçe içerik aramak aklıma bile gelmiyor. hal böyleyken onca prodüksiyon eziyetini çekip tr algoritmasında günün sonunda max 10-20k izlenme almak için kasmaya değmez hocam. youtube’u bırakırken de dediğim gibi her şey arz ve talebe bakıyor.

işin ciddi bir güvenlik ve sorumluluk kısmı var. dünyanın neresinde olursa olsun, videoyu üstünkörü izleyip artı eksi kutbunu ters bağlayan, diyotu ters takan veya lityum pili kısa devre yaptırıp evini yakan bir dalyarak çıkar. sonra o malın gelip yorumlarda bana ağlamasını çekemem. ki ben zaten bir elektronik mühendisi veya murat şen gibi donanımlı bir adam değilim, kendi odasında takılan lavuğun tekiyim. adam gibi araştırıp güvenlik risklerini analiz etmeden kafanıza göre burada anlattığımı yapmaya çalışmayın. ama aklınız da kendinize kalsın dmlere gelip bana şöyle yap böyle yap diye caz yapmayın, ben böyle yaptım ammcık, çalışıyo mu çalışıyo, patlarsa benim evimde patlicak sana mı patlicak yarram. sen daha iyisini yap o zaman götveren. ama işte bir yerden sonra masraf belli bir baremi aşınca o aşamada da gidip dümdüz ups almak daha mantıklı geliyor. 

o yüzden video işi yalan. metin olarak blogda dökümantasyonu dursun yeter. bu bile fazla amk sırf ne yaptığımı unutmayayım diye yazdım, okumayı bilen, temel elektroniği anlayan ve ne yaptığının farkında olan adam zaten buradan mantığı çözer, kendi devresini kurar, gerisine gerek yok. bir de 1-2 soran arkadaşa atabileyim diye. yarım yamalak anlatıp da sonra sorun çıkınca sorumlu olmak istemem. o durumlar için de bir üstteki paragraf zaten geçerlidir.

kapanış

sonuç olarak 2000-2500 lira civarına taş gibi, %100 dc verimliliğiyle çalışan ve bana elektrik kesintisinde 2.5 saat network sağlayan modüler bir ups’im oldu. benim kendi yaptığım çözümde boyut olarak hazır dc ups’lerin biraz daha büyüğü (tabi dışarıdan bakınca bombaya benzemesi dışında) olmasına karşın o dc ups’lerden çok daha yetenekli ve çok fazla esnekliğim var. istersem ek batarya eklerim, başka bişey eklerim, icabında ilerde esp32 ile bunu smart ups’e çeviririm voltajı okur voltaj düşünce cihazları kapatır vb, tamamen modüler kafama göre eklerim ne lazımsa, ilerde arabaların sigara soketinden çalışan inverterlerdan bile eklenir piller büyütülürse. 

sorularınız için iletişim