Boli preskúmané 4 obvody jednoduchého neprerušiteľného zdroja napájania (UPS)

V rámci tohto príspevku skúmame 4 jednoduché návrhy napájacieho zdroja nepretržitého napájania (UPS) s napätím 220 V, ktoré používajú 12V batériu a ktoré môže pochopiť a skonštruovať každý nový nadšenec. Tieto obvody možno použiť na prevádzku vhodne zvoleného spotrebiča alebo záťaže, poďme preskúmať okruhy.

Návrh č. 1: Jednoduché napájanie pomocou jediného integrovaného obvodu

Jednoduchý nápad, ktorý sa tu predstavuje je možné postaviť doma použitie najbežnejších komponentov na výrobu primeraných výstupov. Môže sa použiť na napájanie nielen bežných elektrických spotrebičov, ale aj na prepracované pomôcky, ako sú počítače. Jeho invertorový obvod využíva upravený dizajn sínusových vĺn.

Neprerušiteľný zdroj napájania s prepracovanými vlastnosťami nemusí byť kriticky potrebný pre fungovanie dokonca ani sofistikovaných pomôcok. Kompromitovaný dizajn systému UPS, ktorý je tu uvedený, môže stačiť potrebám. Obsahuje tiež zabudovanú univerzálnu inteligentnú nabíjačku batérií.

Rozdiel medzi UPS a invertorom

Aký je rozdiel medzi neprerušiteľný zdroj napájania (UPS) a invertor? Všeobecne povedané, obidve sú určené na vykonávanie základnej funkcie premeny napätia batérie na striedavý prúd, ktorá sa môže použiť na prevádzku rôznych elektrických prístrojov v prípade absencie nášho domáceho striedavého prúdu.

Vo väčšine prípadov však nemusí byť invertor vybavený veľa funkcií automatického prepínania a bezpečnostné opatrenia bežne spojené s UPS.

Invertory navyše väčšinou nemajú zabudovanú nabíjačku batérií, zatiaľ čo všetky zdroje UPS majú zabudovanú automatickú nabíjačku batérií, ktorá uľahčuje okamžité nabíjanie príslušnej batérie, keď je k dispozícii sieťové napájanie, a umožňuje návrat k pôvodnému stavu. batéria v režime invertora okamih zlyhania príkonu.

Všetky UPS sú tiež navrhnuté tak, aby produkovali striedavý prúd so sínusovým priebehom alebo aspoň s upravenou štvorcovou vlnou, ktorá sa podobá obdobám sínusových vĺn. Toto sa možno stáva najdôležitejšou vlastnosťou UPS.

Pretože máme toľko funkcií v ruke, niet pochýb o tom, že by tieto úžasné zariadenia mali vyjsť draho, a preto mnoho z nás v kategórii strednej triedy nedokáže na ne položiť ruku.

Snažil som sa urobiť Dizajn UPS aj keď nie je porovnateľný s profesionálnymi, ale po vybudovaní bude určite schopný spoľahlivo nahradiť výpadky siete a tiež preto, že výstupom je upravená obdĺžniková vlna, je vhodný na prevádzku všetkých sofistikovaných elektronických prístrojov, dokonca aj počítačov.

Všetky návrhy sú tu offline. Môžete to tiež vyskúšať jednoduchý online obvod UPS

Pochopenie návrhu obvodu

Na nasledujúcom obrázku je znázornený jednoduchý upravený dizajn štvorcového invertora, ktorý je ľahko pochopiteľný a obsahuje zásadné vlastnosti.

IC SN74LVC1G132 má a jednoduchá brána NAND (Schmitt Trigger) zapuzdrené v malom balení. V zásade tvorí srdce stupňa oscilátora a pre požadované oscilácie vyžaduje iba jeden kondenzátor a rezistor. Hodnota týchto dvoch pasívnych zložiek určuje frekvenciu oscilátora. Tu je dimenzovaná na približne 250 Hz.

Vyššie uvedená frekvencia sa aplikuje na ďalšiu fázu pozostávajúcu z jediného Johnsonovho dekádového čítača / deliča IC 4017. IC je nakonfigurovaný tak, aby jeho výstupy produkovali a opakovali sadu piatich sekvenčných vysokých logických výstupov. Pretože vstup je štvorcová vlna, výstupy sa generujú aj ako štvorcové vlny.

Zoznam náhradných dielov pre striedač UPS

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

Sekcia nabíjačky batérií

Základné vodiče dvoch sád vysokovýkonných tranzistorov spárovaných s vysokým ziskom Darlington sú nakonfigurované na IC tak, že prijíma a vedie k alternatívnym výstupom.

Tranzistory vedú (v tandeme) v reakcii na tieto spínanie a zodpovedajúci vysoký prúdový striedavý potenciál je pretiahnutý cez dve polovice pripojených vinutí transformátora.

Pretože základné napätia tranzistorov z IC sú striedavo preskakované, výsledný štvorcový impulz z transformátor nesie iba polovicu priemernej hodnoty v porovnaní s ostatnými bežnými striedačmi. Táto dimenzovaná priemerná hodnota RMS generovaných štvorcových vĺn veľmi pripomína priemernú hodnotu sieťového striedavého prúdu, ktorá je bežne dostupná v našich domácich zásuvkách, a stáva sa tak vhodnou a priaznivou pre najsofistikovanejšie elektronické prístroje.

Súčasný dizajn zdroja neprerušiteľného napájania je plne automatický a bude vrátiť sa do režimu invertora okamih zlyhania príkonu. To sa deje prostredníctvom niekoľkých relé RL1 a RL2 RL2 má dvojitú sadu kontaktov na reverzáciu oboch výstupných vedení.

Ako je vysvetlené vyššie, UPS by mala tiež obsahovať zabudovanú univerzálnu inteligentnú nabíjačku batérií, ktorá by tiež mala byť riadená napätím a prúdom.

Nasledujúci obrázok, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou systému, ukazuje málo inteligentných automatická nabíjačka batérií obvod. Obvod je nielen riadený napätím, ale obsahuje aj konfiguráciu nadprúdovej ochrany.

Tranzistor T1 a T2 tvoria v zásade presný snímač napätia a nikdy nedovolí, aby horná hranica nabíjacieho napätia prekročila nastavenú hranicu. Tento limit je stanovený vhodným nastavením predvoľby P1.

Tranzistor T3 a T4 spoločne strážia „oko“ nad stúpajúcim prúdovým príjmom batérie a nikdy im nedovolia dosiahnuť úrovne, ktoré sa môžu považovať za nebezpečné pre životnosť batérie. V prípade, že prúd začne driftovať nad nastavenú úroveň, napätie na R6 prekročí - 0,6 voltu, čo stačí na spustenie T3, ktoré následne tlmí základné napätie T4, čím obmedzuje akýkoľvek ďalší nárast odoberaného prúdu. Hodnotu R6 možno zistiť pomocou vzorca:

R = 0,6 / I, kde I je rýchlosť nabíjacieho prúdu.

Tranzistor T5 vykonáva funkciu monitora napätia a prepína (deaktivuje) relé do činnosti, v okamihu, keď dôjde k výpadku sieťového napájania.

Zoznam náhradných dielov pre nabíjačku

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = 4K7 PREDNASTAVENÉ, LINEÁRNE
R6 = ZOBRAZIŤ 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, AKTUÁLNA 1/10 BATÉRIE AH
C1 = 2200UF / 25V
C2 = 1uF / 25V

Dizajn # 2: Jeden transformátorový UPS na nabíjanie striedača a batérie

Nasledujúci článok podrobne popisuje jednoduchý tranzistorový obvod UPS so zabudovaným obvodom nabíjačky batérií, ktorý je možné použiť na získanie neprerušiteľný sieťový výkon lacno, vo vašich domácnostiach a kancelárii, obchodoch atď. Okruh je možné upgradovať na požadovanú vyššiu úroveň príkonu. Túto myšlienku vyvinul pán Syed Xaidi.

Hlavnou výhodou tohto obvodu je, že používa a jediný transformátor na nabíjanie batérie a na prevádzku meniča . To znamená, že nemusíte do tohto obvodu inštalovať samostatný transformátor na nabíjanie batérie

Nasledujúce údaje poskytol pán Syed prostredníctvom e-mailu:

Videl som, že sa ľudia tvojim príspevkom vzdelávajú. Takže si myslím, že by ste mali ľuďom vysvetliť túto schému.

Tento obvod má stabilný mutivibrátor založený na tranzistoroch, ako ste to robili vy. Kondenzátory c1 a c2 sú 0,47 pre získanie výstupnej frekvencie okolo 51,xx Hz, ako som nameral, ale nie je to konštantné vo všetkých prípadoch.

MOSFET má reverznú vysoko výkonnú diódu, ktorá slúži na nabíjanie batérie, nie je potrebné do obvodu pridávať špeciálnu diódu. V schéme som ukázal princíp prepínania s relé. RL3 sa musí používať s prerušeným obvodom.

Tento obvod je veľmi jednoduchý a už som ho otestoval. Idem otestovať ďalší môj dizajn, ktorý s vami budem zdieľať, akonáhle bude test hotový. Riadi výstupné napätie a stabilizuje ho pomocou PWM. Aj v tomto prevedení používam na nabíjanie 140v vinutie transformátora a BTA16 na riadenie nabíjacích ampérov. Dúfajme v dobré.

Ide ti to najlepšie. Nikdy neprestávajte, majte sa krásne.

Dizajn # 3: Obvod UPS na báze IC 555

Tretia koncepcia, ktorá je vysvetlená nižšie, je jednoduchý obvod UPS využívajúci PWM a therfeore sa stáva úplne bezpečným pre prevádzku sofistikovaných elektronických zariadení, ako sú počítače, hudobný systém atď. Celá jednotka vás bude stáť okolo 3 dolárov. Súčasťou konštrukcie je aj zabudovaná nabíjačka, ktorá udržuje batériu vždy v dobitom stave a v pohotovostnom režime. Pozrime sa na celú koncepciu a okruh.

Koncept obvodu je úplne základný, všetko spočíva v tom, aby sa výstupné zariadenia prepínali podľa použitých dobre optimalizovaných impulzov PWM, ktoré následne prepínajú transformátor tak, aby generoval ekvivalentné indukované striedavé sieťové napätie s rovnakými parametrami ako štandardný tvar sinusového priebehu AC.

Prevádzka obvodu:

Schéma zapojenia sa dá pochopiť pomocou nasledujúcich bodov:

Obvod PWM využíva veľmi populárne IC 555 na požadované generovanie impulzov PWM.

Predvoľby P1 a P2 je možné presne nastaviť podľa potreby pre napájanie výstupných zariadení.

Výstupné zariadenia budú presne reagovať na aplikované impulzy PWM z obvodu 555, preto by starostlivá optimalizácia predvolieb mala viesť k takmer ideálnemu pomeru PWM, ktorý je možné považovať za celkom ekvivalentný štandardnému krivke striedavého prúdu.

Pretože sa však vyššie diskutované pWM impulzy aplikujú na bázy oboch tranzistorov umiestnených na prepínanie dvoch samostatných kanálov, znamenalo by to neporiadok, pretože už nikdy nebudeme chcieť prepínať obe vinutia transformátora dohromady.

Používanie hradiel NOT na vyvolanie prepínania 50 Hz

Preto bola zavedená ďalšia etapa pozostávajúca z niekoľkých NOT hradiel z IC 4049, ktorá zaisťuje, že zariadenia vedú alebo sa prepínajú striedavo a nikdy nie vždy.

Oscilátor vyrobený z N1 a N2 vykonáva dokonalé impulzy obdĺžnikovej vlny, ktoré sú ďalej tlmené N3 --- N6 . Dôležitú úlohu zohrávajú aj diódy D3 a D4 tým, že zariadenia reagujú iba na negatívne impulzy z hradiel NOT.

Tieto impulzy striedavo vypínajú zariadenia, čo umožňuje vykonávať iba jeden kanál v konkrétnom okamihu.

Predvoľba priradená k N1 a N2 sa používa na nastavenie výstupnej striedavej frekvencie UPS. Pre 220 voltov musí byť nastavená na 50 Hz a pre 120 voltov musí byť nastavená na 60 Hz.

Zoznam náhradných dielov pre UPS

R1, R2, R3 R4, R5 = 1K,
P1, P2 = podľa vzorca,
P3 = 100 000 prednastavených
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = 3v zenerova dióda
C1 = 1uF / 25V
C2 = 10 n,
C3 = 2200uF / 25V
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049, čísla pinov nájdete v údajovom liste.
Transformátor = 12-0-12V, 15 ampérov

Obvod nabíjačky batérií:

Ak je to zdroj UPS, zahrnutie obvodu nabíjačky batérií je nevyhnutné.

S ohľadom na nízke náklady a jednoduchosť konštrukcie bol do tohto neprerušiteľného napájacieho obvodu začlenený veľmi jednoduchý, ale primerane presný dizajn nabíjačky batérií.

Pri pohľade na obrázok môžeme jednoducho vidieť, aká ľahká je konfigurácia.

Celé vysvetlenie nájdete v tomto obvod nabíjačky batérií článok Dve relé RL1 a RL2 sú umiestnené tak, aby bol obvod úplne automatický. Keď je k dispozícii sieťové napájanie, relé sa napája a prepína striedavé napájanie priamo do záťaže prostredníctvom tam uvedených kontaktov. Medzitým sa batéria nabíja aj obvodom nabíjačky. V prípade výpadku sieťového napájania relé otočí a odpojí sieťovú šnúru a nahradí ju invertorovým transformátorom, takže teraz striedač prevezme napájanie záťaže zo siete. , v priebehu milisekúnd.

Je zavedené ďalšie relé RL4 na preklopenie kontaktov počas výpadku napájania, aby sa batéria, ktorá bola udržiavaná v režime nabíjania, presunula do režimu invertora kvôli požadovanej generácii záložného striedavého prúdu.

Zoznam náhradných dielov pre nabíjačku

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

Transformátor = 0-12 V, 3 A.

Dizajn # 4: Dizajn UPS 1 kva

Posledný, ale zďaleka najvýkonnejší dizajn pojednáva o 1000 W obvode UPS napájanom zo vstupu +/- 220 V, ktorý využíva sériovo 40 nosov batérií 12V / 4 AH. Prevádzka pri vysokom napätí robí systém relatívne menej zložitým a beztransformátorovým. O túto myšlienku požiadal Vodnár.

Technické špecifikácie

Som váš fanúšik a s úspechom som vytvoril veľa projektov pre svoju osobnú potrebu a mal som veľkú radosť. Boh ti žehnaj. Teraz mám v úmysle postaviť 1000 Wattový UPS s iným konceptom (invertor s vysokonapäťovým vstupom DC).

Použijem sadu batérií s 18 až 20 zapečatenými batériami v sérii, každý s napätím 12 V / 7 Ah, aby som ako vstup do beztransformátorového invertora vytvoril úložisko s napätím 220 a viac voltov.

Môžete navrhnúť najjednoduchší možný obvod pre tento koncept, ktorý by mal obsahovať nabíjačku + ochranu a automatické prepínanie pri výpadku siete. Neskôr zahrniem aj solárny príkon.

Dizajn

Navrhovaný 1000-wattový obvod UPS je možné zostaviť pomocou nasledujúcich dvoch obvodov, kde prvý je invertorová časť s požadovanými automatickými prepínacími relé. Druhá konštrukcia poskytuje automatickú fázu nabíjania batérie.

Prvý obvod, ktorý zobrazuje 1000 wattový invertor, pozostáva z troch základných stupňov.

T1, T2 spolu s pridruženými komponentmi tvoria vstupný diferenciálny zosilňovač, ktorý zosilňuje vstupné PWM signály z PWM generátora, ktorým by mohol byť sínusový generátor.

R5 sa stáva zdrojom prúdu poskytujúcim optimálny prúd do diferenciálneho stupňa a do nasledujúceho stupňa vodiča.

Úsek za diferenciálnym stupňom je budiaci stupeň, ktorý efektívne zvyšuje zosilnenú PWM z diferenciálneho stupňa na dostatočné úrovne pre spustenie následného stupňa výkonového mosfetu.

Mechfety sú usporiadané push-pull spôsobom cez dve banky batérií 220 V, a preto prepínajú napätie cez ich odtokové / zdrojové svorky, aby produkovali požadovaný výstup AC 220 V bez zabudovania transformátora.

Vyššie uvedený výstup je ukončený do záťaže prostredníctvom stupňa prepínania relé, ktorý sa skladá z relé DPDT 12V 10amp, ktorého spúšťací vstup je odvodený z elektrickej siete prostredníctvom adaptéra 12V ac / DC. Toto spúšťacie napätie sa privádza na cievky všetkých 12V relé, ktoré sa používajú v obvode na zamýšľané činnosti prepínania zo siete na striedač.

Zoznam náhradných dielov pre vyššie uvedený obvod UPS s príkonom 1 000 W.

Všetky rezistory CFR s výkonom 2 W, pokiaľ nie je uvedené inak.

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

relé = DPDT, kontakty 12V / 10amp, cievka 400 ohm

Obvod nabíjačky batérií na nabíjanie batérií 220 V DC.

Aj keď v ideálnom prípade by sa príslušné 12 V batérie mali nabíjať jednotlivo prostredníctvom napájania 14 V, nakoniec sa zistilo, že pri zachovaní jednoduchosti je univerzálna samostatná nabíjačka 220 V ako žiadanejšia a ľahšie zostaviteľná.

Ako je znázornené na nasledujúcom diagrame, pretože požadované nabíjacie napätie je v blízkosti 260V, je možné vidieť, že je na tento účel priamo použitý sieťový výstup 220V.

Priame napájanie zo siete však môže byť pre batérie nebezpečné z dôvodu veľkého množstva prúdu, ktorý zahŕňa, a preto je súčasťou konštrukcie jednoduché riešenie s použitím žiarovky série 200 W.

Vstup do siete sa privádza cez jednu diódu 1N4007 a cez žiarovku s výkonom 200 W, ktorá prechádza cez kontakty spínacieho relé.

Spočiatku polvlnené usmernené napätie nie je schopné dosiahnuť batérie z dôvodu relé v režime vypnutia.

Po stlačení PB1 sa napájanie môže na chvíľu dostať k batériám.

Toto vyvolá zodpovedajúcu úroveň napätia, ktoré sa má generovať na žiarovke s príkonom 200 W, a je snímaná optickou LED diódou.

Opto okamžite reaguje a spúšťa sprevádzané relé, ktoré sa okamžite aktivuje a blokuje ON a udržuje ho aj po uvoľnení PB1.

Bolo vidieť 200 wattovú žiarovku, ktorá mierne žiarila a jej intenzita by závisela od stavu nabitia banky batérií.

Keď sa batérie začnú nabíjať, napätie na 200 W žiarovke začne klesať, až kým sa relé nevypne, akonáhle sa dosiahne úroveň úplného nabitia batérie. To by sa dalo upraviť nastavením predvoľby 4k7.

Výstup z vyššie uvedenej nabíjačky je privádzaný do banky batérií prostredníctvom niekoľkých relé SPDT, ako je znázornené na nasledujúcom diagrame.

Relé zabezpečujú, aby boli batérie prepnuté do režimu nabíjania, pokiaľ je k dispozícii sieťový vstup, a pri výpadku sieťového vstupu sa vrátia do invertorového režimu.