Πώς να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα αδιάλειπτης τροφοδοσίας (UPS)

Σε αυτό το σύντομο σεμινάριο μαθαίνουμε πώς να το κάνουμε σχεδιάστε ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα UPS στο σπίτι χρησιμοποιώντας συνηθισμένα εξαρτήματα, όπως μερικά IC NAND και μερικά ρελέ.

Τι είναι το UPS

Το UPS που σημαίνει αδιάλειπτη τροφοδοσία είναι μετατροπείς που έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν απρόσκοπτη τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνδεδεμένο φορτίο χωρίς παραμικρή διακοπή, ανεξάρτητα από ξαφνικές διακοπές ρεύματος ή διακύμανση ή ακόμη και καφέ-out.

Ένα UPS καθίσταται χρήσιμο για υπολογιστές και άλλο τέτοιο εξοπλισμό που περιλαμβάνει κρίσιμο χειρισμό δεδομένων και δεν μπορεί να αντέξει διακοπή ρεύματος κατά τη διάρκεια μιας ζωτικής λειτουργίας επεξεργασίας δεδομένων.

Για αυτόν τον εξοπλισμό, το UPS γίνεται πολύ βολικό λόγω της στιγμιαίας τροφοδοσίας του στο φορτίο και για την παροχή στον χρήστη αρκετού χρόνου για να εξοικονομήσει κρίσιμα δεδομένα του υπολογιστή, έως ότου αποκατασταθεί η πραγματική τροφοδοσία.

Αυτό σημαίνει ότι ένα UPS πρέπει να είναι εξαιρετικά γρήγορο με τη μετάβασή του από το δίκτυο στο μετατροπέα (λειτουργία δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας) και το αντίστροφο κατά τη διάρκεια πιθανής δυσλειτουργίας δικτύου.

Σε αυτό το άρθρο μαθαίνουμε πώς να φτιάχνουμε ένα απλό UPS με όλες τις ελάχιστες δυνατότητες, διασφαλίζοντας ότι συμμορφώνεται με τις παραπάνω βασικές αρχές και παρέχει στον χρήστη μια αδιάλειπτη ισχύ καλής ποιότητας καθ 'όλη τη διάρκεια των λειτουργιών του.

Στάδια UPS

Ένα βασικό κύκλωμα UPS θα έχει τα ακόλουθα θεμελιώδη στάδια:

1) Κύκλωμα μετατροπέα

2) Μια μπαταρία

3) Κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας

4) Ένα στάδιο εναλλαγής κυκλώματος που χρησιμοποιεί ρελέ ή άλλες συσκευές όπως triacs ή SSR.

Τώρα ας μάθουμε πώς μπορούν να κατασκευαστούν και να ενσωματωθούν τα παραπάνω στάδια κυκλώματος για την εφαρμογή ενός λογικά αξιοπρεπούς Σύστημα UPS .

Διάγραμμα μπλοκ

Τα αναφερόμενα λειτουργικά στάδια μιας αδιάλειπτης μονάδας τροφοδοσίας μπορούν να γίνουν κατανοητά λεπτομερώς μέσω του ακόλουθου διαγράμματος μπλοκ:

Εδώ μπορούμε να δούμε ότι η κύρια λειτουργία αλλαγής UPS πραγματοποιείται από δύο στάδια ρελέ DPDT.

Και τα δύο ρελέ DPDT τροφοδοτούνται από τροφοδοτικό 12 V AC σε DC ή προσαρμογέα.

Το ρελέ αριστεράς πλευράς DPDT φαίνεται ότι ελέγχει το φορτιστή μπαταρίας. Ο φορτιστής μπαταρίας τροφοδοτείται όταν το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος είναι διαθέσιμο μέσω των άνω επαφών ρελέ και παρέχει την είσοδο φόρτισης στην μπαταρία μέσω των κάτω επαφών ρελέ. Όταν αποτύχει το δίκτυο AC, οι επαφές ρελέ μεταβαίνουν στις επαφές N / C. Οι επαφές του άνω ρελέ απενεργοποιούν την τροφοδοσία στον φορτιστή της μπαταρίας, ενώ οι κάτω επαφές συνδέουν τώρα την μπαταρία με τον μετατροπέα για να ξεκινήσει η λειτουργία της λειτουργίας μετατροπέα.

Οι επαφές ρελέ δεξιάς πλευράς χρησιμοποιούνται για αλλαγή από το δίκτυο AC στο δίκτυο AC του μετατροπέα και το αντίστροφο.

Πρακτικό σχέδιο UPS

Στην ακόλουθη συζήτηση θα προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε και να σχεδιάσουμε ένα πρακτικό κύκλωμα UPS.

1) Ο μετατροπέας.

Δεδομένου ότι ένα UPS πρέπει να ασχολείται με κρίσιμες και ευαίσθητες ηλεκτρονικές συσκευές, το εμπλεκόμενο στάδιο μετατροπέα πρέπει λογικά να προχωρήσει με τη κυματομορφή του, με άλλα λόγια ένας συνηθισμένος μετατροπέας τετραγωνικών κυμάτων ενδέχεται να μην συνιστάται για ένα UPS, και επομένως για το σχεδιασμό μας διασφαλίζουμε αυτή η κατάσταση αντιμετωπίζεται κατάλληλα.

Αν και έχω δημοσιεύσει πολλά κυκλώματα μετατροπέα σε αυτόν τον ιστότοπο, συμπεριλαμβανομένων των εξελιγμένων Τύποι PWM sinewave , εδώ επιλέγουμε έναν εντελώς νέο σχεδιασμό για να κάνουμε το άρθρο πιο ενδιαφέρον και προσθέτουμε ένα νέο κύκλωμα μετατροπέα στη λίστα

Ο σχεδιασμός UPS χρησιμοποιεί μόνο ένα IC 4093 και ωστόσο είναι σε θέση να εκτελέσει ένα καλό ημιτονοειδές κύμα τροποποιημένο PWM λειτουργεί στην έξοδο.

Λίστα ανταλλακτικών

• N1 --- N3 NAND πύλες από IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Μετασχηματιστής = 9-0-9V / 10 amps / 220V ή 120V
• R3 / R4 = 220k δοχείο
• C1 / C2 = 0.1uF / 50V
• Όλες οι αντιστάσεις είναι 1Κ 1/4 watt

Λειτουργία κυκλώματος μετατροπέα

ο Το IC 4093 αποτελείται από 4 πύλες NAND τύπου Schmidt , αυτές οι πύλες είναι κατάλληλα διαμορφωμένες και διατεταγμένες στο παραπάνω κύκλωμα μετατροπέα, για την εφαρμογή των απαιτούμενων προδιαγραφών.

Μία από τις πύλες Ν1 είναι στερεωμένη ως ταλαντωτής για παραγωγή 200 Hz, ενώ μια άλλη πύλη Ν2 είναι ενσύρματη ως ο δεύτερος ταλαντωτής για παραγωγή παλμών 50Hz.

Η έξοδος από το N1 χρησιμοποιείται για την οδήγηση των συνδεδεμένων mosfets με ρυθμό 200Hz, ενώ η πύλη N2 μαζί με τις πρόσθετες πύλες N3 / N4, αλλάζει τα mosfets εναλλακτικά με ρυθμό 50Hz.

Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι τα mosfets δεν επιτρέπεται να συμπεριφέρονται ταυτόχρονα από την έξοδο του N1.

Οι έξοδοι από N3, N4 σπάζουν τα 200Hz από N1 σε εναλλακτικά μπλοκ παλμών που υποβάλλονται σε επεξεργασία από τον μετασχηματιστή για την παραγωγή PWM AC στα 220V.

Αυτό ολοκληρώνει το στάδιο του μετατροπέα για το μάθημα παραγωγής UPS.

Το επόμενο στάδιο εξηγεί το κύκλωμα ρελέ εναλλαγής και πώς πρέπει να καλωδιωθεί ο παραπάνω μετατροπέας με τα ρελέ αλλαγής για τη διευκόλυνση της αυτόματης δημιουργίας αντιγράφων ασφαλείας και φόρτισης μπαταρίας κατά τη διάρκεια αστοχίας ρεύματος και αντίστροφα.

Στάδιο αλλαγής ρελέ και κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας

Η παρακάτω εικόνα δείχνει πώς μπορεί να διαμορφωθεί το τμήμα μετασχηματιστή του κυκλώματος μετατροπέα με μερικά ρελέ για την εφαρμογή της αυτόματης αλλαγής για την προτεινόμενη σχεδίαση UPS.

Το σχήμα δείχνει επίσης ένα απλό κύκλωμα αυτόματου φορτιστή μπαταρίας χρησιμοποιώντας το IC 741 στην αριστερή πλευρά του διαγράμματος.

Αρχικά ας μάθουμε πώς συνδέονται τα ρελέ αλλαγής και μετά μπορούμε να συνεχίσουμε με την εξήγηση του φορτιστή μπαταρίας.

Συνολικά υπάρχουν 3 σετ ρελέ που χρησιμοποιούνται σε αυτό το στάδιο:

1) 2 αριθμοί ρελέ SPDT με τη μορφή RL1 και RL2

2) Ένα ρελέ DPDT ως RL3a και RL3b.

Το RL1 είναι συνδεδεμένο με το κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας και ελέγχει τη διακοπή στάθμης φόρτισης υψηλής / χαμηλής για την μπαταρία και καθορίζει πότε οι ανάγκες της μπαταρίας είναι έτοιμες για χρήση για τον μετατροπέα και πότε πρέπει να αφαιρεθεί.

Το SPDT RL2 και το DPDT (RL3a και RL3b) χρησιμοποιούνται για τις ενέργειες άμεσης αλλαγής κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος και αποκατάστασης. Οι επαφές RL2 χρησιμοποιούνται για σύνδεση ή αποσύνδεση της κεντρικής βρύσης του μετασχηματιστή με την μπαταρία ανάλογα με τη διαθεσιμότητα ή την απουσία του δικτύου.

Τα RL3a και RLb που είναι τα δύο σύνολα επαφών του ρελέ DPDT γίνονται υπεύθυνα για την εναλλαγή του φορτίου κατά μήκος του δικτύου του μετατροπέα ή του δικτύου δικτύου κατά τη διάρκεια διακοπών ρεύματος ή περιόδων αποκατάστασης.

Τα πηνία των RL2 και DPDT RL3a / RL3b ενώνονται με ένα 14V παροχή ηλεκτρικού ρεύματος έτσι ώστε αυτά τα ρελέ να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται γρήγορα ανάλογα με την κατάσταση του δικτύου εισόδου και να κάνουν τις απαραίτητες ενέργειες μετάβασης. Αυτή η τροφοδοσία 14V χρησιμοποιείται επίσης ως πηγή φόρτισης της μπαταρίας του μετατροπέα, ενώ η παροχή ρεύματος είναι διαθέσιμη.

Το πηνίο του RL1 μπορεί να φανεί συνδεδεμένο με το κύκλωμα opamp που ελέγχει τη φόρτιση της μπαταρίας και διασφαλίζει ότι η τροφοδοσία της μπαταρίας από την πηγή 14V διακόπτεται μόλις φτάσει στην ίδια τιμή.

Εξασφαλίζει επίσης ότι ενώ η μπαταρία βρίσκεται σε λειτουργία μετατροπέα και καταναλώνεται από το φορτίο, το χαμηλότερο επίπεδο εκφόρτισης δεν ξεπερνά ποτέ τα 11V και διακόπτει την μπαταρία από τον μετατροπέα όταν φτάσει σε αυτό το επίπεδο. Και οι δύο αυτές λειτουργίες εκτελούνται από το ρελέ RL1 σε απόκριση στις εντολές opamp.

Η διαδικασία ρύθμισης για το παραπάνω κύκλωμα φορτιστή μπαταρίας UPS μπορεί να ενημερωθεί από αυτό το άρθρο που απορρίπτει πώς να φτιάξετε έναν φορτιστή μπαταρίας με χαμηλή υψηλή αποκοπή χρησιμοποιώντας το IC 741

Τώρα πρέπει απλά να ενσωματώσει όλα τα παραπάνω στάδια μαζί για την εκτέλεση ενός αξιοπρεπούς μικρού UPS, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παροχή αδιάλειπτης ισχύος στον υπολογιστή σας ή σε οποιοδήποτε άλλο παρόμοιο gadget.

Αυτό είναι, ολοκληρώνεται το σεμινάριό μας για το σχεδιασμό ενός προσωπικού κυκλώματος UPS που μπορεί εύκολα να γίνει από οποιονδήποτε νέο χόμπι ακολουθώντας τον παραπάνω λεπτομερή οδηγό.