Byly prozkoumány 4 obvody jednoduchého zdroje nepřerušitelného napájení (UPS)

V rámci tohoto příspěvku zkoumáme 4 jednoduché návrhy napájecího zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) s napětím 12 V, které lze pochopit a vytvořit každému novému nadšenci. Tyto obvody lze použít k provozu vhodně zvoleného zařízení nebo zátěže, pojďme prozkoumat obvody.

Design č. 1: Jednoduché UPS pomocí jediného IC

Jednoduchý nápad zde představený lze postavit doma pomocí většiny běžných komponent k výrobě rozumných výstupů. Může být použit k napájení nejen obvyklých elektrických spotřebičů, ale také sofistikovaných gadgetů, jako jsou počítače. Jeho invertorový obvod využívá upravený design sinusových vln.

Nepřerušitelný zdroj napájení s propracovanými funkcemi nemusí být kriticky vyžadován pro provoz i sofistikovaných gadgetů. Zde uvedená kompromitovaná konstrukce systému UPS může dobře stačit potřebám. Obsahuje také vestavěnou univerzální inteligentní nabíječku baterií.

Rozdíl mezi UPS a střídačem

Jaký je rozdíl mezi zdroj nepřerušitelného napájení (UPS) a střídač? Obecně řečeno, obě jsou určeny k provádění základní funkce převodu napětí baterie na střídavý proud, kterou lze použít k ovládání různých elektrických gadgetů při absenci domácího střídavého proudu.

Ve většině případů však nemusí být střídač vybaven mnoho funkcí automatického přepínání a bezpečnostní opatření běžně spojená s UPS.

Střídače navíc většinou nemají vestavěnou nabíječku baterií, zatímco všechny UPS mají integrovanou automatickou nabíječku baterií, která usnadňuje okamžité nabíjení příslušné baterie, když je k dispozici síťové napájení, a vrátit energie baterie v režimu střídače okamžik výpadku příkonu.

Také UPS jsou všechny navrženy tak, aby produkovaly střídavý proud mající sinusový průběh nebo alespoň upravenou čtvercovou vlnu podobnou svému protějšku sinusových vln. Toto se možná stane nejdůležitější funkcí UPS.

S tolika funkcemi v ruce není pochyb o tom, že by se tato úžasná zařízení měla stát drahá, a proto na ně mnozí z nás ve střední třídě nejsou schopni položit ruce.

Snažil jsem se udělat Design UPS i když není srovnatelný s profesionálními, ale jakmile bude postaven, určitě bude schopen spolehlivě nahradit výpadky sítě a také proto, že výstupem je upravená obdélníková vlna, je vhodný pro provoz všech sofistikovaných elektronických přístrojů, dokonce i počítačů.

Všechny návrhy jsou zde offline, můžete to také zkusit jednoduchý online obvod UPS

Porozumění návrhu obvodu

Obrázek vedle ukazuje jednoduchý upravený design čtvercového měniče, který je snadno srozumitelný a přesto obsahuje zásadní vlastnosti.

IC SN74LVC1G132 má jednoduchá brána NAND (Schmitt Trigger) zapouzdřený v malém balení. V podstatě tvoří srdce oscilátorového stupně a vyžaduje pouze jeden kondenzátor a rezistor pro požadované oscilace. Hodnota těchto dvou pasivních složek určuje frekvenci oscilátoru. Zde je dimenzováno na přibližně 250 Hz.

Výše uvedená frekvence je aplikována na další fázi skládající se z jediného Johnsonova dekadického čítače / děliče IC 4017. IC je nakonfigurován tak, aby jeho výstupy produkovaly a opakovaly sadu pěti sekvenčních logických vysokých výstupů. Protože vstup je obdélníková vlna, výstupy jsou také generovány jako čtvercové vlny.

Seznam náhradních dílů pro střídač UPS

R1 = 20 tis
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 ohmů
C1 = 0,095Uf
C2, C3, C4 = 10UF / 25V
T0 = ​​BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 nebo jedna brána z IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
TRANSFORMÁTOR = 12-0-12V / 10AMP / 230V

Sekce nabíječky baterií

Základní vodiče dvou sad vysoce výkonných tranzistorů spárovaných s vysokým ziskem Darlington jsou konfigurovány na IC tak, že přijímá a vede k alternativním výstupům.

Tranzistory se chovají (v tandemu) v reakci na tyto spínání a odpovídající vysoký proudový střídavý potenciál je tažen skrz dvě poloviny připojených vinutí transformátoru.

Jelikož jsou střídavě přeskakována základní napětí tranzistorů z IC, výsledný čtvercový impuls z transformátor nese pouze polovinu průměrné hodnoty ve srovnání s ostatními běžnými střídači. Tato dimenzovaná průměrná hodnota RMS generovaných čtvercových vln se velmi podobá průměrné hodnotě síťového střídavého proudu, která je běžně k dispozici v našich domácích elektrických zásuvkách, a stává se tak vhodnou a příznivou pro nejnáročnější elektronické přístroje.

Současný design zdroje nepřerušitelného napájení je plně automatický a bude vrátit se do režimu střídače okamžik výpadku příkonu. To se provádí pomocí několika relé RL1 a RL2 RL2 má dvojitou sadu kontaktů pro reverzaci obou výstupních linek.

Jak je vysvětleno výše, UPS by měla také obsahovat vestavěnou univerzální inteligentní nabíječku baterií, která by také měla být řízena napětím a proudem.

Následující obrázek, který je nedílnou součástí systému, ukazuje trochu chytro automatická nabíječka baterií obvod. Obvod je nejen řízen napětím, ale obsahuje také konfiguraci nadproudové ochrany.

Tranzistor T1 a T2 v zásadě tvoří přesný snímač napětí a nikdy nedovolí, aby horní mez nabíjecího napětí překročila nastavenou mez. Tento limit je stanoven vhodným nastavením předvolby P1.

Tranzistory T3 a T4 společně sledují „stoupající“ proudový příjem baterií a nikdy mu nedovolují dosáhnout úrovní, které mohou být považovány za nebezpečné pro životnost baterie. V případě, že proud začne driftovat nad nastavenou úroveň, napětí na R6 překročí - 0,6 voltů, což je dostatečné pro spuštění T3, což zase udusí základní napětí T4, čímž se omezí jakýkoli další nárůst odebíraného proudu. Hodnotu R6 lze zjistit pomocí vzorce:

R = 0,6 / I, kde I je rychlost nabíjecího proudu.

Tranzistor T5 vykonává funkci monitoru napětí a spíná (deaktivuje) relé v činnost, v okamžiku výpadku síťového napájení.

Seznam náhradních dílů pro nabíječku

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = 4K7 PRESET, LINEÁRNÍ
R6 = VIZ TEXT
T1, T2, = BC547
T3 = 8550
T4 = TIP32C
T5 = 8050
RL1 = 12V / 400 OHM, SPDT
RL2 = 12V / 400 OHM, SPDT, D1 — D4 = 1N5408
D5, D6 = 1N4007
TR1 = 0-12V, AKTUÁLNÍ 1/10 BATERIE AH
C1 = 2200UF / 25V
C2 = 1uF / 25V

Design # 2: Jeden transformátorový UPS pro střídač a nabíjení baterie

Následující článek podrobně popisuje jednoduchý tranzistorový obvod UPS s integrovaným obvodem nabíječky baterií, který lze použít k získání nepřerušitelný síťový výkon levně, ve vašich domácnostech a kancelářích, obchodech atd. Okruh lze upgradovat na libovolnou požadovanou vyšší úroveň příkonu. Myšlenku vytvořil pan Syed Xaidi.

Hlavní výhodou tohoto obvodu je, že používá a jediný transformátor pro nabíjení baterie i pro provoz střídače . To znamená, že nemusíte do tohoto obvodu zabudovat samostatný transformátor pro nabíjení baterie

Následující údaje poskytl pan Syed prostřednictvím e-mailu:

Viděl jsem, že se lidé díky vašemu příspěvku vzdělávají. Takže si myslím, že byste měli lidem vysvětlit toto schéma.

Tento obvod má astabilní mutivibrátor založený na tranzistorech jako vy. Kondenzátory c1 a c2 jsou 0,47 pro získání výstupní frekvence kolem 51,xx Hz, jak jsem měřil, ale není to ve všech případech konstantní.

MOSFET má reverzní vysoce výkonnou diodu, která slouží k nabíjení baterie, není třeba do obvodu přidávat speciální diodu. Ve schématu jsem ukázal princip přepínání s relé. RL3 musí být použit s odpojeným obvodem.

Tento obvod je velmi jednoduchý a už jsem ho vyzkoušel. Chystám se otestovat další můj design, který s vámi sdílím, jakmile bude test hotový. Řídí výstupní napětí a stabilizuje ho pomocí PWM. Také v tomto designu používám vinutí transformátoru 140 V pro nabíjení a BTA16 pro ovládání nabíjecích ampérů. Umožňuje naději na dobro.

Děláte to nejlépe. Nikdy neopouštěj, přeji krásný den.

Design # 3: Obvod UPS na bázi IC 555

Třetí design vysvětlený níže je jednoduchý obvod UPS využívající PWM a Therfeore se stává naprosto bezpečným pro provoz sofistikovaných elektronických zařízení, jako jsou počítače, hudební systém atd. Celá jednotka vás bude stát kolem 3 $. Součástí konstrukce je také vestavěná nabíječka, která udržuje baterii vždy v nabitém stavu a v pohotovostním režimu. Podívejme se na celý koncept a obvod.

Koncept obvodu je zcela základní, jde o to, aby se výstupní zařízení přepínala podle aplikovaných dobře optimalizovaných pulzů PWM, které zase přepínají transformátor tak, aby generoval ekvivalentní indukované střídavé napětí v síti, které má stejné parametry jako standardní sinusový průběh střídavého proudu.

Obvodový provoz:

Schéma zapojení lze pochopit pomocí následujících bodů:

Obvod PWM využívá velmi populární IC 555 pro požadované generování pulzů PWM.

Předvolby P1 a P2 lze nastavit přesně podle potřeby pro napájení výstupních zařízení.

Výstupní zařízení budou reagovat přesně na aplikované PWM impulsy z obvodu 555, proto by pečlivá optimalizace předvoleb měla vést k téměř ideálnímu poměru PWM, který lze považovat za zcela ekvivalentní standardnímu střídavému průběhu.

Vzhledem k tomu, že výše diskutované pWM pulzy jsou aplikovány na základny obou tranzistorů umístěných pro přepínání dvou samostatných kanálů, znamenalo by to úplný nepořádek, protože nikdy nebudeme chtít přepínat obě vinutí transformátoru dohromady.

Používání NOT bran k vyvolání 50Hz přepínání

Proto byla zavedena další fáze skládající se z několika NOT bran z IC 4049, která zajišťuje, že zařízení budou střídavě fungovat nebo přepínat a nikdy ne vždy.

Oscilátor vyrobený z N1 a N2 provádí perfektní pulzy obdélníkového vlnění, které jsou dále vyrovnávací paměť N3 --- N6 . Diody D3 a D4 také hrají důležitou roli tím, že zajišťují, aby zařízení reagovala pouze na záporné pulsy z hradel NOT.

Tyto impulsy střídavě vypínají zařízení, což umožňuje vedení pouze jednoho kanálu v kterémkoli konkrétním okamžiku.

Předvolba spojená s N1 a N2 se používá k nastavení výstupní střídavé frekvence UPS. U 220 voltů musí být nastavena na 50 Hz a u 120 voltů musí být nastavena na 60 Hz.

Seznam náhradních dílů pro UPS

R1, R2, R3 R4, R5 = 1K,
P1, P2 = podle vzorce,
P3 = 100K přednastaveno
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = 3V zenerova dioda
C1 = 1uF / 25V
C2 = 10n,
C3 = 2200uF / 25V
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049, čísla pinů najdete v datovém listu.
Transformátor = 12-0-12V, 15 A.

Okruh nabíječky baterií:

Pokud se jedná o UPS, je nutné zahrnout obvod nabíječky baterií.

S ohledem na nízké náklady a jednoduchost konstrukce byl do tohoto nepřerušitelného napájecího obvodu začleněn velmi jednoduchý, ale přiměřeně přesný design nabíječky baterií.

Při pohledu na obrázek můžeme jednoduše vidět, jak snadná je konfigurace.

Celé vysvětlení získáte v tomto obvod nabíječky baterií článek Obě relé RL1 a RL2 jsou umístěna tak, aby byl obvod zcela automatický. Když je k dispozici síťové napájení, relé se napájí a prostřednictvím N / O kontaktů přepínají střídavou síť přímo na zátěž. Mezitím se baterie také nabíjí obvodem nabíječky. V případě výpadku střídavého proudu relé vrací a odpojí síťové vedení a nahradí jej invertorovým transformátorem, takže nyní střídač přebírá napájení ze sítě do zátěže , během milisekund.

Je zavedeno další relé RL4, které přepíná své kontakty během výpadku napájení, takže baterie, která byla udržována v režimu nabíjení, se přesune do režimu invertoru pro požadovanou generaci záložního střídavého proudu.

Seznam náhradních dílů pro nabíječku

R1 = 1K,
P1 = 10 tis
T1 = BC547B,
C1 = 100uF / 25V
D1 --- D4 = 1N5402
D5, 6, 7 = 1N4007,
Všechna relé = 12 V, 400 Ohm, SPDT

Transformátor = 0-12 V, 3 A.

Design # 4: 1kva UPS Design

Poslední design, ale zdaleka nejsilnější, pojednává o 1000 wattovém obvodu UPS napájeném vstupem +/- 220 V, používajícím 40 nosů 12V / 4 AH baterií v sérii. Provoz vysokého napětí činí systém relativně méně složitým a beztransformátorovým. Tuto myšlenku požadoval Vodnář.

Technické specifikace

Jsem váš fanoušek a úspěšně jsem vytvořil mnoho projektů pro mé osobní použití a měl jsem velkou radost. Bůh ti žehnej. Nyní mám v úmyslu postavit 1000 wattový UPS s jiným konceptem (střídač s vysokonapěťovým vstupem dc).

Použiji bateriovou sadu 18 až 20 uzavřených baterií v sérii po 12 voltech / 7 Ah, abych jako vstup do beztransformátorového měniče poskytl úložiště 220+ voltů.

Můžete navrhnout nejjednodušší možný obvod pro tento koncept, který by měl zahrnovat nabíječku baterií + ochranu a automatické přepínání při výpadku sítě. Později zahrnu také solární příkon.

Design

Navrhovaný obvod UPS s výkonem 1 000 W lze sestavit pomocí následujících dvou obvodů, kde prvním z nich je invertorová část s požadovanými automatickými přepínacími relé. Druhý design poskytuje fázi automatického nabíjení baterie.

První obvod, který zobrazuje 1000 wattový střídač, se skládá ze tří základních stupňů.

T1, T2 spolu s přidruženými součástmi tvoří stupeň vstupního diferenciálního zesilovače, který zesiluje vstupní PWM signály z PWM generátoru, kterým by mohl být sinusový generátor.

R5 se stává zdrojem proudu pro poskytování optimálního proudu do diferenciálního stupně a do následujícího stupně budiče.

Úsek po diferenciálním stupni je budicí stupeň, který účinně zvyšuje zesílený PWM z diferenciálního stupně na dostatečné úrovně pro spuštění následujícího stupně výkonového mosfetu.

Mechfety jsou vyrovnány způsobem push-pull napříč dvěma bateriovými bankami 220 V, a proto přepínají napětí přes jejich odtokové / zdrojové svorky, aby produkovaly požadovaný výstup AC 220 V bez zabudování transformátoru.

Výše uvedený výstup je ukončen zátěží prostřednictvím stupně přepínání relé, který se skládá z relé DPDT 12V 10amp, jehož spouštěcí vstup je odvozen z elektrické sítě pomocí adaptéru 12V ac / DC. Toto spouštěcí napětí je přivedeno na cívky všech 12V relé, která se používají v obvodu pro zamýšlené akce přepínání ze sítě na střídač.

Seznam dílů pro výše uvedený obvod UPS s výkonem 1 000 W.

Jmenovitý výkon všech rezistorů CFR 2 W, pokud není uvedeno jinak.

R1, R3, R10, R11, R8 = 4k7
R2, R4, R5 = 68k
R6, R7 = 4k7
R9 = 10k
R13, R14 = 0,22 ohmu 2 watty
R12, R15 = 1K, 5 wattů
C1 = 470pF
C2 = 47uF / 100V
C3 = 0,1uF / 100V
C4, C5 = 100pF
D1, D2 = 1N4148
T1, T2 = BC556
T5, T6 = MJE350
T3, T4 = MJE340
Q1 = IRF840
Q2 = FQP3P50

relé = DPDT, kontakty 12V / 10amp, cívka 400 ohmů

Obvod nabíječky baterií pro nabíjení baterií 220V DC.

I když by v ideálním případě měly být zapojené 12V baterie nabíjeny jednotlivě prostřednictvím zdroje 14V, bylo nakonec shledáno, že při zachování jednoduchosti je univerzální samostatná 220V nabíječka žádoucí a snadno sestavitelná.

Jak je znázorněno na níže uvedeném schématu, protože požadované nabíjecí napětí je v blízkosti 260 V, lze vidět, že je pro tento účel přímo použit síťový výstup 220 V.

Přímé připojení k síti by však mohlo být pro baterie nebezpečné kvůli velkému množství proudu, které zahrnuje, a design obsahuje jednoduché řešení využívající 200W žárovku.

Vstup do sítě se přivádí přes jednu diodu 1N4007 a přes 200W žárovku, která prochází kontakty spínacího relé.

Zpočátku poloviční vlnové usměrněné napětí není schopno dosáhnout baterií kvůli tomu, že relé je v režimu vypnuto.

Po stisknutí PB1 se zdroj na chvíli nechá dosáhnout baterií.

To vyvolá odpovídající úroveň napětí, které má být generováno přes 200 wattovou žárovku, a je snímáno opto LED.

Opto okamžitě reaguje a spouští doprovodné relé, které se okamžitě aktivuje a zablokuje ON a udržuje jej i po uvolnění PB1.

Bylo vidět 200 wattové žárovky, jejichž intenzita by záležela na nabitém stavu baterie.

Jakmile se baterie začnou nabíjet, napětí na 200 wattové žárovce začne klesat, dokud se relé nevypne, jakmile je dosaženo úrovně úplného nabití baterie. To lze upravit nastavením předvolby 4k7.

Výstup z výše uvedené nabíječky je přiváděn do sady baterií prostřednictvím několika relé SPDT, jak je znázorněno v následujícím schématu.

Relé zajišťují, že jsou baterie přepnuty do režimu nabíjení, pokud je k dispozici síťový vstup, a jsou přepnuty do režimu invertoru, pokud selže síťový vstup.