Jak navrhnout obvod zdroje nepřerušitelného napájení (UPS)

V tomto krátkém tutoriálu se naučíme, jak na to navrhnout přizpůsobený obvod UPS doma pomocí běžných komponent, jako je několik integrovaných obvodů NAND a některá relé.

Co je to UPS

UPS, což je zkratka pro nepřerušitelný zdroj napájení, jsou střídače navržené tak, aby poskytovaly bezproblémové střídavé napájení ze sítě připojené zátěži bez sebemenšího přerušení, bez ohledu na náhlé výpadky napájení nebo kolísání nebo dokonce výpadek napájení.

Jednotka UPS se stává užitečnou pro počítače PC a další podobné vybavení, které zahrnuje zpracování kritických dat a nemůže si dovolit přerušení napájení ze sítě během důležité operace zpracování dat.

U těchto zařízení se UPS stává velmi užitečnou díky okamžitému zálohování napájení na zátěž a kvůli tomu, že poskytuje uživateli dostatek času na uložení důležitých dat počítače, dokud není obnoveno skutečné napájení ze sítě.

To znamená, že UPS musí být extrémně rychlý s přechodem ze sítě na střídač (režim zálohování) a naopak během možné poruchy síťového napájení.

V tomto článku se naučíme, jak vytvořit jednoduchou jednotku UPS se všemi minimálními funkcemi, která zajistí, že bude v souladu s výše uvedenými zásadami a poskytne uživateli kvalitní nepřetržitý výkon po celou dobu jeho provozu.

Fáze UPS

Základní obvod UPS bude mít následující základní etapy:

1) Obvod střídače

2) Baterie

3) Obvod nabíječky baterií

4) Stupeň přepínacího obvodu s použitím relé nebo jiných zařízení, jako jsou triaky nebo SSR.

Nyní se naučíme, jak mohou být výše uvedené fáze obvodu sestaveny a integrovány společně pro implementaci přiměřeně slušné Systém UPS .

Blokové schéma

Zmíněné funkční etapy jednotky nepřerušitelného napájení lze podrobně pochopit pomocí následujícího blokového schématu:

Zde vidíme, že hlavní funkce přepínání UPS je prováděna několika stupni relé DPDT.

Obě relé DPDT jsou napájena z napájecího zdroje nebo adaptéru 12 V AC na DC.

Na levé straně relé DPDT je ​​vidět ovládání nabíječky baterií. Nabíječka baterií je napájena, když je k dispozici síťové napětí přes horní kontakty relé, a napájí nabíjecí vstup do baterie přes spodní kontakty relé. Při výpadku síťového napájení se kontakty relé přepnou na rozpínací kontakty. Horní kontakty relé vypnou napájení nabíječky baterií, zatímco spodní kontakty nyní spojují baterii se střídačem, aby se zahájil provoz v režimu střídače.

Pravé kontakty relé se používají k přepnutí ze střídavé sítě na střídavou síť střídače a naopak.

Praktický design UPS

V následující diskusi se pokusíme porozumět a navrhnout praktický obvod UPS.

1) Střídač.

Vzhledem k tomu, že se UPS musí vypořádat s rozhodujícími a citlivými elektronickými zařízeními, musí být zapojený stupeň měniče přiměřeně pokročilý svým tvarem vlny, jinými slovy běžný měnič s obdélníkovými vlnami nemusí být pro UPS doporučen, a proto pro náš design dbáme na to, aby o tento stav je vhodně postaráno.

I když jsem zveřejnil mnoho invertorových obvodů na tomto webu, včetně sofistikovaných Typy sinusových vln PWM , zde vybereme zcela nový design, jen aby byl článek zajímavější, a do seznamu přidáme nový obvod střídače

Design UPS využívá pouze jeden IC 4093 a přesto je schopen provést dobrou PWM upravenou sinusovou vlnu funkce na výstupu.

Seznam dílů

• Brány N1 --- N3 NAND od IC 4093
• Mosfety = IRF540
• Transformátor = 9-0-9V / 10A / 220V nebo 120V
• R3 / R4 = 220 tis
• C1 / C2 = 0,1uF / 50V
• Všechny rezistory jsou 1K 1/4 watt

Provoz obvodu měniče

The IC 4093 se skládá ze 4 bran NAND typu Schmidt , tyto brány jsou vhodně konfigurovány a uspořádány ve výše zobrazeném obvodu invertoru pro implementaci požadovaných specifikací.

Jedna z bran N1 je vybavena jako oscilátor pro produkci 200 Hz, zatímco druhá brána N2 je zapojena jako druhý oscilátor pro generování 50Hz pulzů.

Výstup z N1 se používá k řízení připojených mosfetů rychlostí 200 Hz, zatímco brána N2 spolu s dalšími hradly N3 / N4 přepíná mosfety střídavě rychlostí 50 Hz.

Tím je zajištěno, že mosfety nikdy nebudou moci vést současně z výstupu N1.

Výstupy z N3, N4 rozbíjejí 200 Hz od N1 do alternativních bloků impulzů, které jsou zpracovávány transformátorem k produkci PWM AC na zamýšleném 220V.

Tím je ukončena fáze invertoru pro výuku tvorby UPS.

Další fáze vysvětluje obvod přepínacího relé , a jak je třeba zapojit výše uvedený střídač s přepínacími relé, aby se usnadnilo automatické zálohování střídače a operace nabíjení baterie při výpadku sítě, a naopak.

Fáze přepínání relé a obvod nabíječky baterií

Obrázek níže ukazuje, jak může být transformátorová část obvodu měniče konfigurována s několika relé pro implementaci automatického přepnutí pro navrhovaný design UPS.

Obrázek také ukazuje a jednoduchý obvod automatické nabíječky baterií pomocí IC 741 na levé straně schématu.

Nejprve se naučíme, jak jsou zapojena přepínací relé, a poté můžeme pokračovat vysvětlením nabíječky baterií.

V této fázi se používají celkem 3 sady relé:

1) 2 nosy SPDT relé ve formě RL1 a RL2

2) Jedno relé DPDT jako RL3a a RL3b.

RL1 je připojen k obvodu nabíječky baterií a řídí odpojení úrovně nabití baterie při vysoké / nízké hodnotě a určuje, kdy je potřeba baterie pro střídač připravena k použití a kdy je třeba ji vyjmout.

SPDT RL2 a DPDT (RL3a a RL3b) se používají pro akce okamžitého přepnutí během výpadku napájení a obnovy. Kontakty RL2 se používají pro připojení nebo odpojení středního odbočky transformátoru s baterií v závislosti na dostupnosti nebo nepřítomnosti sítě.

RL3a a RLb, což jsou dvě sady kontaktů relé DPDT, jsou odpovědné za přepínání zátěže v síti střídače nebo v síti během výpadků napájení nebo v době obnovy.

Cívky RL2 a DPDT RL3a / RL3b jsou spojeny s 14V zdroj napájení taková, aby se tato relé rychle aktivovala a deaktivovala v závislosti na stavu vstupní sítě a provedla nezbytná přepínací opatření. Toto napájení 14 V se také používá jako zdroj pro nabíjení baterie střídače, zatímco je k dispozici síťové napájení.

Cívka RL1 je spojena s obvodem operační zesilovače, který řídí nabíjení baterie a zajišťuje odpojení napájení ze zdroje 14V, jakmile dosáhne stejné hodnoty.

Rovněž zajišťuje, že když je baterie v režimu střídače a je spotřebovávána zátěží, její spodní úroveň vybití nikdy neklesne pod 11 V a při dosažení této úrovně baterii od střídače odpojí. Obě tyto operace provádí relé RL1 v reakci na příkazy operačního zesilovače.

Postup nastavení výše uvedeného obvodu nabíječky baterií UPS lze zjistit z tohoto článku, který popisuje jak vyrobit nízkou a vysokou odříznutou nabíječku baterií pomocí IC 741

Nyní je prostě potřeba integrovat všechny výše uvedené fáze dohromady pro provedení slušně vypadající malé UPS, kterou lze použít k zajištění nepřerušitelného napájení vašeho PC nebo jiného podobného gadgetu.

To je ono, tím končí náš výukový program pro návrh osobního obvodu UPS, který může snadno provést každý nový fanda podle výše uvedeného podrobného průvodce.