Jak zaprojektować obwód zasilacza bezprzerwowego (UPS)

Z tego krótkiego samouczka dowiemy się, jak to zrobić zaprojektować niestandardowy obwód UPS w domu przy użyciu zwykłych komponentów, takich jak kilka układów NAND i kilka przekaźników.

Co to jest UPS

UPS, który oznacza bezprzerwowe zasilanie, to falowniki zaprojektowane w celu zapewnienia bezproblemowego zasilania sieciowego AC do podłączonego obciążenia bez najmniejszej przerwy, niezależnie od nagłych awarii lub wahań zasilania, a nawet awarii.

UPS staje się przydatny w komputerach PC i innych tego typu urządzeniach, które wymagają obsługi krytycznych danych i nie mogą pozwolić sobie na przerwanie zasilania sieciowego podczas ważnej operacji przetwarzania danych.

W przypadku tych urządzeń UPS staje się bardzo przydatny ze względu na natychmiastowe zasilanie rezerwowe obciążenia i zapewnienie użytkownikowi wystarczającej ilości czasu na zapisanie najważniejszych danych komputera, aż do przywrócenia rzeczywistego zasilania sieciowego.

Oznacza to, że UPS musi być wyjątkowo szybki przy przełączaniu z sieci zasilającej na falownik (tryb rezerwowy) i odwrotnie, podczas ewentualnej awarii zasilania sieciowego.

W tym artykule uczymy się, jak zbudować prosty zasilacz UPS ze wszystkimi niezbędnymi minimalnymi funkcjami, zapewniając, że jest on zgodny z powyższymi podstawami i zapewnia użytkownikowi niezakłóconą energię dobrej jakości przez cały czas działania.

UPS Stages

Podstawowy obwód UPS będzie miał następujące podstawowe etapy:

1) Obwód falownika

2) Bateria

3) Obwód ładowarki akumulatora

4) Stopień obwodu przełączającego wykorzystujący przekaźniki lub inne urządzenia, takie jak triaki lub SSR.

Teraz dowiedzmy się, jak powyższe etapy obwodu mogą być zbudowane i zintegrowane razem, aby zaimplementować w miarę przyzwoity System UPS .

Schemat blokowy

Wspomniane etapy funkcjonalne zasilacza bezprzerwowego można szczegółowo zrozumieć poprzez poniższy schemat blokowy:

Widzimy tutaj, że główna funkcja przełączania UPS jest realizowana przez kilka stopni przekaźnika DPDT.

Oba przekaźniki DPDT są zasilane z zasilacza lub adaptera 12 V AC na DC.

Widoczny jest lewy przekaźnik DPDT sterujący ładowarką akumulatorów. Ładowarka akumulatorów jest zasilana, gdy zasilanie sieciowe jest dostępne przez górne styki przekaźnika i dostarcza wejście ładowania do akumulatora przez dolne styki przekaźnika. W przypadku awarii zasilania sieciowego styki przekaźnika przełączają się na styki rozwierne. Górne styki przekaźnika wyłączają zasilanie ładowarki akumulatora, podczas gdy dolne styki łączą teraz akumulator z falownikiem, aby zainicjować pracę w trybie falownika.

Styki przekaźnika po prawej stronie służą do przełączania z sieci prądu przemiennego na prąd przemienny falownika i odwrotnie.

Praktyczny projekt zasilacza UPS

W poniższej dyskusji postaramy się zrozumieć i zaprojektować praktyczny obwód UPS.

1) Falownik.

Ponieważ UPS musi radzić sobie z kluczowymi i wrażliwymi urządzeniami elektronicznymi, zaangażowany stopień falownika musi być odpowiednio zaawansowany w zakresie kształtu fali, innymi słowy, zwykły falownik prostokątny może nie być zalecany dla UPS, dlatego też przy naszym projekcie upewniamy się, że ten stan jest odpowiednio zadbany.

Chociaż opublikowałem wiele obwodów falownika w tej witrynie, w tym zaawansowane Typy fal sinusoidalnych PWM , tutaj wybieramy zupełnie nowy projekt, aby artykuł był bardziej interesujący, i dodajemy nowy obwód falownika do listy

Konstrukcja UPS wykorzystuje tylko jeden IC 4093, a mimo to jest w stanie wykonać dobry zmodyfikowany przebieg sinusoidalny PWM funkcje na wyjściu.

Lista części

• Bramki N1 --- N3 NAND z IC 4093
• Mosfety = IRF540
• Transformator = 9-0-9 V / 10 amperów / 220 V lub 120 V.
• R3 / R4 = 220 000 pot
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V.
• Wszystkie rezystory mają moc 1K i 1/4 wata

Działanie obwodu falownika

Plik IC 4093 składa się z 4 bramek NAND typu Schmidt , te bramki są odpowiednio skonfigurowane i rozmieszczone w pokazanym powyżej obwodzie falownika, w celu wdrożenia wymaganych specyfikacji.

Jedna z bramek N1 jest skonfigurowana jako oscylator do wytwarzania 200 Hz, podczas gdy druga bramka N2 jest podłączona jako drugi oscylator do generowania impulsów 50 Hz.

Wyjście z N1 służy do wysterowania dołączonych mosfetów z częstotliwością 200Hz, natomiast bramka N2 wraz z dodatkowymi bramkami N3 / N4 przełącza mosfety na przemian z częstotliwością 50Hz.

Ma to na celu zapewnienie, że mosfety nigdy nie będą przewodzić jednocześnie z wyjścia N1.

Wyjścia z N3, N4 dzielą 200 Hz z N1 na naprzemienne bloki impulsów, które są przetwarzane przez transformator w celu wytworzenia PWM AC o zamierzonym 220V.

Na tym kończy się etap falownika w naszym samouczku dotyczącym tworzenia zasilaczy UPS.

Następny etap wyjaśnia obwód przekaźnika przełącznego oraz w jaki sposób powyższy falownik musi być połączony z przekaźnikami przełączającymi w celu ułatwienia automatycznego tworzenia kopii zapasowej falownika i operacji ładowania akumulatora w przypadku awarii sieci i odwrotnie.

Stopień przełączania przekaźnika i obwód ładowarki akumulatora

Poniższy rysunek pokazuje, jak sekcja transformatora obwodu falownika może być skonfigurowana z kilkoma przekaźnikami do realizacji automatycznego przełączania dla proponowanej konstrukcji UPS.

Rysunek pokazuje również prosty automatyczny obwód ładowarki akumulatora używając IC 741 po lewej stronie diagramu.

Najpierw nauczmy się, w jaki sposób są podłączone przekaźniki przełączające, a następnie możemy przejść do wyjaśnienia dotyczącego ładowarki akumulatora.

W sumie są 3 zestawy przekaźników, które są używane na tym etapie:

1) 2 numery przekaźników SPDT w postaci RL1 i RL2

2) Jeden przekaźnik DPDT jako RL3a i RL3b.

RL1 jest połączony z obwodem ładowarki akumulatora i kontroluje odcięcie wysokiego / niskiego poziomu naładowania akumulatora i określa, kiedy akumulator jest gotowy do użycia w falowniku i kiedy należy go wyjąć.

SPDT RL2 i DPDT (RL3a i RL3b) są używane do natychmiastowego przełączania podczas awarii zasilania i przywracania. Styki RL2 służą do łączenia lub rozłączania środkowego zaczepu transformatora z akumulatorem w zależności od dostępności lub braku sieci.

RL3a i RLb, które są dwoma zestawami styków przekaźnika DPDT, stają się odpowiedzialne za przełączanie obciążenia w sieci falownika lub sieci energetycznej podczas przerw w dostawie prądu lub w okresach przywracania.

Cewki RL2 i DPDT RL3a / RL3b są połączone napięciem 14V zasilacz tak, że przekaźniki te szybko włączają się i wyłączają w zależności od stanu zasilania wejściowego i wykonują niezbędne czynności przełączające. Ten zasilacz 14 V jest również używany jako źródło do ładowania akumulatora falownika, gdy dostępne jest zasilanie sieciowe.

Cewkę RL1 można zobaczyć jako połączoną z obwodem opamp, który kontroluje ładowanie akumulatora akumulatora i zapewnia odcięcie zasilania akumulatora ze źródła 14 V, gdy tylko osiągnie tę samą wartość.

Zapewnia również, że gdy akumulator jest w trybie falownika i jest zużyty przez obciążenie, jego dolny poziom rozładowania nigdy nie spada poniżej 11 V i odcina akumulator od falownika, gdy osiągnie ten poziom. Obie te operacje są wykonywane przez przekaźnik RL1 w odpowiedzi na polecenia opamp.

Procedura konfiguracji powyższego obwodu ładowarki akumulatorów UPS jest opisana w tym artykule, który omawiamy jak zrobić ładowarkę akumulatora o niskim poziomie odcięcia za pomocą IC 741

Teraz wystarczy zintegrować wszystkie powyższe etapy razem, aby wykonać przyzwoicie wyglądający mały zasilacz UPS, który może zostać użyty do zapewnienia nieprzerwanego zasilania komputera lub innego podobnego gadżetu.

To wszystko, na tym kończy się nasz samouczek dotyczący projektowania osobistego obwodu UPS, który może łatwo wykonać każdy nowy hobbysta, postępując zgodnie z powyższym szczegółowym przewodnikiem.