Cum se proiectează un circuit de alimentare neîntreruptibilă (UPS)

Încercați Instrumentul Nostru Pentru Eliminarea Problemelor





În acest scurt tutorial învățăm cum să proiectați un circuit UPS personalizat acasă folosind componente obișnuite, cum ar fi câteva IC-uri NAND și câteva relee.

Ce este un UPS

UPS-urile care reprezintă o sursă de alimentare neîntreruptibilă sunt invertoare proiectate pentru a furniza o rețea de curent alternativ fără sudură la o sarcină conectată, fără nici un pic de întrerupere, indiferent de întreruperi bruște de energie sau fluctuații sau chiar de întrerupere.



Un UPS devine util pentru PC-uri și alte astfel de echipamente care implică manipularea datelor critice și nu își pot permite întreruperea rețelei în timpul unei operațiuni vitale de prelucrare a datelor.

Pentru aceste echipamente, UPS devine foarte la îndemână datorită back-up-ului său instantaneu la încărcare și oferind utilizatorului timp suficient pentru a salva datele esențiale ale computerului, până când se restabilește curentul de alimentare real.



Aceasta înseamnă că un UPS trebuie să fie extrem de rapid cu trecerea de la rețea la invertor (modul de rezervă) și invers în timpul unei eventuale defecțiuni de alimentare cu rețea.

În acest articol învățăm cum să realizăm un UPS simplu cu toate caracteristicile minime, asigurându-ne că acesta este în conformitate cu elementele fundamentale de mai sus și oferă utilizatorului o putere neîntreruptă de bună calitate pe parcursul operațiunilor sale.

Etape UPS

Un circuit UPS de bază va avea următoarele etape fundamentale:

1) Un circuit invertor

2) O baterie

3) Un circuit de încărcare a bateriei

4) O etapă a circuitului de comutare folosind relee sau alte dispozitive precum triac-uri sau SSR-uri.

Acum să învățăm cum pot fi construite și integrate etapele de circuit de mai sus pentru a implementa un mod rezonabil de decent Sistem UPS .

Diagramă bloc

Etapele funcționale menționate ale unei unități de alimentare neîntreruptibile ar putea fi înțelese în detaliu prin următoarea diagramă bloc:

Aici putem vedea că funcția principală de comutare a UPS-ului este realizată de câteva etape de releu DPDT.

Ambele relee DPDT sunt alimentate de la o sursă sau un adaptor de 12 V c.a.

Releul DPDT din partea stângă poate fi văzut controlând încărcătorul bateriei. Încărcătorul de baterie se alimentează când rețeaua de curent alternativ este disponibilă prin contactele releului superior și furnizează intrarea de încărcare a bateriei prin contactele releului inferior. Când rețeaua de alimentare CA eșuează, contactele releului trec la contactele N / C. Contactele releului superior opresc alimentarea încărcătorului de baterii, în timp ce contactele inferioare conectează acum bateria cu invertorul pentru a iniția funcționarea în modul invertor.

Contactele releului din partea dreaptă sunt utilizate pentru trecerea de la rețeaua de curent alternativ la rețeaua de curent alternativ a invertorului și invers.

Un design practic UPS

În următoarea discuție vom încerca să înțelegem și să proiectăm un circuit UPS practic.

1) Invertorul.

Deoarece un UPS trebuie să se ocupe de aparate electronice esențiale și sensibile, etapa invertorului implicat trebuie să fie avansată în mod rezonabil cu forma sa de undă, cu alte cuvinte, un invertor obișnuit de unde pătrate poate să nu fie recomandat pentru un UPS și, prin urmare, pentru proiectarea noastră, ne asigurăm că această condiție este îngrijită în mod adecvat.

Deși am postat multe circuite invertoare în acest site web, inclusiv sofisticat Tipuri de undă sinusoidală PWM , aici selectăm un design complet nou doar pentru a face articolul mai interesant și adăugăm un nou circuit invertor în listă

Designul UPS utilizează doar un singur IC 4093 și totuși este capabil să execute o undă sinusoidală modificată PWM bună funcții la ieșire.

circuit invertor pentru construcția UPS

Lista de componente

  • Porți N1 --- N3 NAND de la IC 4093
  • Mosfets = IRF540
  • Transformator = 9-0-9V / 10 amperi / 220V sau 120V
  • R3/R4 = 220k pot
  • C1 / C2 = 0,1uF / 50V
  • Toate rezistențele au 1K 1/4 watt

Funcționarea circuitului invertorului

IC 4093 este format din 4 porți NAND de tip Schmidt , aceste porți sunt configurate și aranjate corespunzător în circuitul invertorului prezentat mai sus, pentru implementarea specificațiilor cerute.

Una dintre porțile N1 este amenajată ca oscilator pentru a produce 200 Hz, în timp ce o altă poartă N2 este conectată ca al doilea oscilator pentru generarea impulsurilor de 50Hz.

Ieșirea de la N1 este utilizată pentru conducerea mosfetelor atașate la o rată de 200Hz, în timp ce poarta N2 împreună cu porțile suplimentare N3 / N4 comută mosfetele alternativ la rata de 50Hz.

Acest lucru este pentru a ne asigura că mosfetele nu au voie să conducă niciodată simultan de la ieșirea N1.

Ieșirile de la N3, N4 rup 200Hz de la N1 în blocuri alternative de impulsuri care sunt procesate de transformator pentru a produce un PWM AC la 220V intenționat.

Aceasta încheie etapa invertorului pentru tutorialul nostru de realizare UPS.

Următoarea etapă explică circuitul releului de comutare , și modul în care invertorul de mai sus trebuie să fie conectat la relee de schimbare pentru a facilita operațiunile de back-up și încărcarea automată a invertorului în timpul defecțiunii rețelei și invers.

Etapa de comutare a releului și circuitul încărcătorului de baterie

Imaginea de mai jos arată cum secțiunea transformatorului circuitului invertorului poate fi configurată cu câteva relee pentru implementarea comutării automate pentru proiectarea UPS propusă.

Figura arată, de asemenea, un circuit simplu de încărcare automată a bateriei folosind IC 741 din partea stângă a diagramei.

Mai întâi să învățăm cum sunt conectate releele de schimb și apoi putem continua cu explicația încărcătorului de baterie.

Comutare automată a releului UPS

În total, există 3 seturi de relee care sunt utilizate în această etapă:

1) 2 numere de relee SPDT sub formă de RL1 și RL2

2) Un releu DPDT ca RL3a și RL3b.

RL1 este atașat împreună cu circuitul încărcătorului de baterie și controlează limita de încărcare a nivelului de încărcare ridicat / scăzut pentru baterie și determină când bateria are nevoie pentru a fi utilizată pentru invertor și când trebuie scoasă.

SPDT RL2 și DPDT (RL3a și RL3b) sunt utilizate pentru acțiunile de comutare instantanee în timpul unei întreruperi de curent și a restaurării. Contactele RL2 sunt utilizate pentru conectarea sau deconectarea robinetului central al transformatorului cu bateria, în funcție de disponibilitatea sau absența rețelei.

RL3a și RLb, care sunt cele două seturi de contacte ale releului DPDT, devin responsabile pentru comutarea sarcinii de la rețeaua invertorului sau de la rețeaua electrică în timpul întreruperilor de curent sau a perioadelor de restaurare.

Bobinele RL2 și DPDT RL3a / RL3b sunt unite cu un 14V alimentare electrică astfel încât aceste relee să se activeze și să se dezactiveze rapid în funcție de starea rețelei de intrare și să efectueze acțiunile de comutare necesare. Această sursă de 14V este, de asemenea, utilizată ca sursă de încărcare a bateriei invertorului în timp ce este disponibilă rețeaua electrică.

Bobina RL1 poate fi văzută conectată la circuitul opamp care controlează încărcarea bateriei și asigură întreruperea alimentării bateriei de la sursa de 14V imediat ce atinge aceeași valoare.

De asemenea, se asigură că, în timp ce bateria este în modul invertor și este consumată de sarcină, nivelul său de descărcare inferior nu scade niciodată sub 11V și întrerupe bateria de la invertor când ajunge în jurul acestui nivel. Ambele operații sunt executate de releul RL1 ca răspuns la comenzile opamp.

Procedura de configurare pentru circuitul încărcătorului de baterii UPS de mai sus poate fi învățată din acest articol care discută cum se realizează un încărcător de baterie cu o întrerupere redusă folosind IC 741

Acum trebuie pur și simplu să integreze toate etapele de mai sus împreună pentru a executa un UPS cu aspect decent, care ar putea fi utilizat pentru a furniza o energie neîntreruptibilă computerului sau oricărui alt gadget similar.

Gata, aceasta încheie tutorialul nostru pentru proiectarea unui circuit UPS personal care poate fi realizat cu ușurință de către orice nou hobbyist urmând ghidul detaliat de mai sus.




Precedent: Circuite ventilator DC controlate de temperatură Arduino Următorul: Circuitul regulatorului de turație a motorului cu inducție 3 faze