4 Omówienie prostych obwodów zasilacza bezprzerwowego (UPS)

W tym poście badamy 4 proste projekty zasilaczy bezprzerwowych (UPS) 220 V wykorzystujących akumulator 12 V, które mogą być zrozumiane i skonstruowane przez każdego nowego entuzjastę. Obwody te mogą służyć do obsługi odpowiednio dobranego urządzenia lub obciążenia, zbadajmy obwody.

Projekt nr 1: Prosty zasilacz UPS wykorzystujący pojedynczy układ scalony

Przedstawiony tutaj prosty pomysł można zbudować w domu używanie większości zwykłych komponentów w celu uzyskania rozsądnych wyników. Może być używany do zasilania nie tylko zwykłych urządzeń elektrycznych, ale także zaawansowanych gadżetów, takich jak komputery. Jego obwód falownika wykorzystuje zmodyfikowaną konstrukcję fali sinusoidalnej.

Zasilacz bezprzerwowy z wyszukanymi funkcjami może nie być krytycznie wymagany do działania nawet wyrafinowanych gadżetów. Przedstawiony tutaj kompromisowy projekt systemu UPS może wystarczyć. Zawiera również wbudowaną uniwersalną inteligentną ładowarkę baterii.

Różnica między zasilaczem UPS a falownikiem

Jaka jest różnica między zasilacz awaryjny (UPS) i falownik? Cóż, ogólnie rzecz biorąc, oba mają spełniać podstawową funkcję konwersji napięcia akumulatora na prąd zmienny, który może być używany do obsługi różnych gadżetów elektrycznych w przypadku braku naszego domowego źródła prądu przemiennego.

Jednak w większości przypadków falownik może nie być wyposażony wiele funkcji automatycznego przełączania oraz środki bezpieczeństwa zwykle związane z UPS.

Co więcej, falowniki przeważnie nie mają wbudowanej ładowarki akumulatorów, podczas gdy wszystkie zasilacze UPS mają wbudowaną automatyczną ładowarkę akumulatorów, która ułatwia natychmiastowe ładowanie danego akumulatora, gdy obecne jest zasilanie sieciowe, i przywraca moc baterii w trybie falownika moment zaniku zasilania wejściowego.

Również zasilacze UPS są zaprojektowane do wytwarzania prądu przemiennego o przebiegu sinusoidalnym lub co najmniej zmodyfikowanej fali prostokątnej, przypominającej jej odpowiednik z falą sinusoidalną. Być może staje się to najważniejszą cechą zasilaczy UPS.

Przy tak wielu funkcjach nie ma wątpliwości, że te niesamowite urządzenia powinny stać się drogie i dlatego wielu z nas w klasie średniej nie jest w stanie ich położyć.

Próbowałem zrobić Projekt UPS choć nieporównywalne z profesjonalnymi, ale po zbudowaniu z pewnością będzie w stanie dość niezawodnie zastąpić awarie sieci, a także, ponieważ wyjście jest zmodyfikowaną falą prostokątną, nadaje się do obsługi wszystkich wyrafinowanych gadżetów elektronicznych, nawet komputerów.

Wszystkie projekty tutaj są typu offline, możesz również spróbować tego prosty obwód UPS online

Zrozumienie projektu obwodu

Rysunek obok przedstawia prostą, zmodyfikowaną kwadratową konstrukcję falownika, która jest łatwa do zrozumienia, ale zawiera kluczowe funkcje.

IC SN74LVC1G132 ma pojedyncza bramka NAND (Schmitt Trigger) zamknięte w małym opakowaniu. Zasadniczo stanowi serce stopnia oscylatora i wymaga tylko jednego kondensatora i rezystora do wymaganych oscylacji. Wartość tych dwóch elementów pasywnych określa częstotliwość oscylatora. Tutaj jest zwymiarowany na około 250 Hz.

Powyższa częstotliwość jest stosowana do następnego etapu składającego się z pojedynczego dziesięcioletniego licznika / dzielnika Johnsona IC 4017. Układ scalony jest skonfigurowany tak, że jego wyjścia wytwarzają i powtarzają zestaw pięciu sekwencyjnych wysokich wartości wyjściowych. Ponieważ wejście jest falą prostokątną, wyjścia są również generowane jako fale prostokątne.

Lista części do falownika UPS

R1 = 20 tys
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 omów
C1 = 0,095 Uf
C2, C3, C4 = 10 UF / 25 V.
T0 = ​​BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 lub pojedyncza bramka z IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
TRANSFORMATOR = 12-0-12V / 10AMP / 230V

Sekcja ładowarki baterii

Podstawowe przewody dwóch zestawów sparowanych tranzystorów dużej mocy Darlington o wysokim wzmocnieniu są skonfigurowane do układu scalonego w taki sposób, że odbiera on i przewodzi do alternatywnych wyjść.

Tranzystory przewodzą (w tandemie) w odpowiedzi na te przełączenia, a odpowiadający im wysoki prąd przemienny potencjał jest przeciągany przez dwie połowy podłączonych uzwojeń transformatora.

Ponieważ napięcia bazowe do tranzystorów z układu scalonego są na przemian pomijane, wynikowy impuls kwadratowy z transformator ma tylko połowę średniej wartości w porównaniu z innymi zwykłymi falownikami. Ta zwymiarowana średnia wartość RMS generowanych fal prostokątnych bardzo przypomina średnią wartość prądu zmiennego sieci, która jest normalnie dostępna w naszych domowych gniazdkach elektrycznych, a tym samym staje się odpowiednia i korzystna dla najbardziej wyrafinowanych gadżetów elektronicznych.

Obecny projekt zasilacza bezprzerwowego jest w pełni automatyczny i będzie powrócić do trybu falownika moment zaniku zasilania wejściowego. Odbywa się to za pomocą kilku przekaźników RL1 i RL2 RL2 ma podwójny zestaw styków do odwrócenia obu linii wyjściowych.

Jak wyjaśniono powyżej, zasilacz UPS powinien również zawierać wbudowaną uniwersalną inteligentną ładowarkę baterii, która również powinna być kontrolowana napięciem i prądem.

Kolejny rysunek, który jest integralną częścią systemu, pokazuje trochę sprytnie automatyczna ładowarka akumulatorów obwód. Obwód jest nie tylko sterowany napięciem, ale zawiera również konfigurację zabezpieczenia nadprądowego.

Tranzystory T1 i T2 zasadniczo tworzą dokładny czujnik napięcia i nigdy nie pozwalają, aby górna granica napięcia ładowania przekroczyła ustawiony limit. Limit ten jest ustalany przez odpowiednie ustawienie zadanego P1.

Tranzystor T3 i T4 razem „obserwują” wzrost prądu pobieranego przez akumulator i nigdy nie pozwalają mu osiągnąć poziomów, które mogą być uznane za niebezpieczne dla żywotności akumulatora. W przypadku, gdy prąd zacznie dryfować poza ustawiony poziom, napięcie na R6 przekracza - 0,6 V, co jest wystarczające do wyzwolenia T3, który z kolei dławi napięcie bazowe T4, ograniczając w ten sposób dalszy wzrost pobieranego prądu. Wartość R6 można znaleźć za pomocą wzoru:

R = 0,6 / I, gdzie I to prąd ładowania.

Tranzystor T5 pełni funkcję monitora napięcia i załącza (dezaktywuje) przekaźniki do działania w momencie zaniku napięcia sieciowego.

Lista części do ładowarki

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = PRESET 4K7, LINIOWY
R6 = ZOBACZ TEKST
T1, T2 = BC547
T3 = 8550
T4 = TIP32C
T5 = 8050
RL1 = 12 V / 400 omów, SPDT
RL2 = 12 V / 400 OHM, SPDT, D1 – D4 = 1N5408
D5, D6 = 1N4007
TR1 = 0-12 V, PRĄD 1/10 AKUMULATORA AH
C1 = 2200 UF / 25 V.
C2 = 1 uF / 25 V.

Projekt nr 2: UPS z pojedynczym transformatorem do ładowania falownika i akumulatora

W następnym artykule opisano prosty obwód UPS oparty na tranzystorze z wbudowanym obwodem ładowarki akumulatora, który można wykorzystać do uzyskania bezprzerwowe zasilanie sieciowe tanio, w domu, biurze, sklepach itp. Obwód można rozbudować do dowolnego wyższego poziomu mocy. Pomysł został opracowany przez pana Syeda Xaidi.

Główną zaletą tego obwodu jest to, że wykorzystuje pojedynczy transformator do ładowania akumulatora oraz do obsługi falownika . Oznacza to, że nie musisz włączać oddzielnego transformatora do ładowania akumulatora w tym obwodzie

Następujące dane zostały przekazane przez pana Syeda pocztą elektroniczną:

Widziałem, że twoje stanowisko kształci ludzi. Więc myślę, że powinieneś wyjaśnić ludziom ten schemat.

Ten obwód ma stabilny mutiwibrator oparty na tranzystorach, tak jak ty. Kondensatory c1 i c2 mają wartość 0,47 dla uzyskania częstotliwości wyjściowej około 51.xx Hz mierzonej, ale nie we wszystkich przypadkach jest stała.

MOSFET posiada odwróconą diodę dużej mocy, która służy do ładowania akumulatora, nie ma potrzeby dodawania do obwodu specjalnej diody. Na schemacie pokazałem zasadę przełączania z przekaźnikami. RL3 musi być używany z obwodem odcinającym.

Ten obwód jest bardzo prosty i już go przetestowałem. Mam zamiar przetestować inny mój projekt, który udostępnię, gdy tylko test zostanie wykonany. Kontroluje napięcie wyjściowe i stabilizuje je za pomocą PWM. Również w tym projekcie używam uzwojenia transformatora 140 V do ładowania i BTA16 do kontrolowania amperów ładowania. Miejmy nadzieję na dobre.

Robisz najlepiej. Nigdy nie wychodź, miłego dnia.

Projekt nr 3: obwód zasilacza UPS oparty na IC 555

Trzeci projekt wyjaśniony poniżej to prosty obwód UPS wykorzystujący PWM, który staje się całkowicie bezpieczny dla obsługi wyrafinowanego sprzętu elektronicznego, takiego jak komputery, system muzyczny itp. Cała jednostka będzie kosztować około 3 USD. Konstrukcja zawiera również wbudowaną ładowarkę, która utrzymuje akumulator zawsze w stanie doładowania iw trybie czuwania. Przeanalizujmy całą koncepcję i obwód.

Koncepcja obwodu jest dość podstawowa, polega na tym, aby urządzenia wyjściowe przełączały się zgodnie z zastosowanymi, dobrze zoptymalizowanymi impulsami PWM, co z kolei przełącza transformator w celu wygenerowania równoważnego indukowanego napięcia sieciowego AC o identycznych parametrach, co standardowy przebieg sinusoidalny AC.

Działanie obwodu:

Schemat obwodu można zrozumieć za pomocą następujących punktów:

Obwód PWM wykorzystuje bardzo popularny układ IC 555 do wymaganej generacji impulsów PWM.

Ustawienia wstępne P1 i P2 można ustawić dokładnie tak, jak jest to wymagane do zasilania urządzeń wyjściowych.

Urządzenia wyjściowe będą reagować dokładnie na zastosowane impulsy PWM z obwodu 555, dlatego staranna optymalizacja ustawień wstępnych powinna skutkować prawie idealnym współczynnikiem PWM, który można uznać za całkiem równoważny ze standardowym przebiegiem prądu przemiennego.

Ponieważ jednak omówione powyżej impulsy pWM są przykładane do baz obu tranzystorów ustawionych do przełączania dwóch oddzielnych chenneli, oznaczałoby to całkowity bałagan, ponieważ nigdy nie będziemy chcieli przełączać razem obu uzwojeń transformatora.

Używanie bramek NOT do indukowania przełączania 50Hz

Dlatego wprowadzono kolejny etap składający się z kilku bramek NOT z IC 4049, który zapewnia, że ​​urządzenia przewodzą lub przełączają naprzemiennie i nigdy nie wszystkie na raz.

Oscylator wykonany z N1 i N2 wykonuje doskonałe impulsy fali prostokątnej, które są dalej buforowane przez N3 --- N6 . Diody D3 i D4 również odgrywają ważną rolę, powodując, że urządzenia reagują tylko na ujemne impulsy z bramek NOT.

Impulsy te naprzemiennie wyłączają urządzenia, pozwalając na przewodzenie tylko jednego kanału w danej chwili.

Ustawienie wstępne skojarzone z N1 i N2 służy do ustawienia wyjściowej częstotliwości AC zasilacza UPS. Dla 220 woltów należy ustawić na 50 Hz, a dla 120 woltów na 60 Hz.

Lista części do zasilacza UPS

R1, R2, R3 R4, R5 = 1K,
P1, P2 = według wzoru,
P3 = 100 K.
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = dioda Zenera 3v
C1 = 1uF / 25V
C2 = 10n,
C3 = 2200 uF / 25 V.
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049, sprawdź w arkuszu danych numery styków.
Transformator = 12-0-12 V, 15 A.

Obwód ładowarki akumulatora:

Jeśli jest to UPS, włączenie obwodu ładowarki baterii staje się konieczne.

Mając na uwadze niski koszt i prostotę konstrukcji, bardzo prosty, ale dość dokładny projekt ładowarki akumulatorów został włączony do tego obwodu zasilania bezprzerwowego.

Patrząc na rysunek, możemy po prostu zobaczyć, jak łatwa jest konfiguracja.

Możesz uzyskać w tym całe wyjaśnienie obwód ładowarki akumulatora artykuł Dwa przekaźniki RL1 i RL2 są ustawione tak, aby obwód był całkowicie automatyczny. Gdy dostępne jest zasilanie sieciowe, przekaźniki zasilają i przełączają sieć AC bezpośrednio do obciążenia poprzez styki N / O. W międzyczasie akumulator ładowany jest również przez układ ładowarki, aw momencie zaniku napięcia AC przekaźniki odwracają i odłączają linię zasilającą i zastępują ją transformatorem inwerterowym tak, aby teraz falownik zajął się dostarczeniem napięcia sieciowego do odbiornika , w ciągu milisekund.

Wprowadzono kolejny przekaźnik RL4, który odwraca swoje styki podczas awarii zasilania, dzięki czemu akumulator, który był w trybie ładowania, jest przełączany w tryb falownika w celu uzyskania wymaganej generacji rezerwowej mocy AC.

Lista części do ładowarki

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

Transformator = 0-12 V, 3 A.

Projekt nr 4: Projekt zasilacza UPS 1 kva

Ostatni projekt, ale zdecydowanie najmocniejszy, omawia obwód UPS o mocy 1000 W zasilany napięciem wejściowym +/- 220 V, wykorzystujący szeregowo 40 akumulatorów 12 V / 4 AH. Działanie wysokiego napięcia sprawia, że ​​system jest stosunkowo mniej złożony i beztransformatorowy. Pomysł został zgłoszony przez Aquariusa.

Specyfikacja techniczna

Jestem Twoim fanem i z sukcesem zbudowałem wiele projektów na własny użytek i miałem wiele przyjemności. Niech cię Bóg błogosławi. Teraz zamierzam zbudować 1000 watowy UPS z inną koncepcją (falownik z wejściem wysokiego napięcia DC).

Użyję zestawu akumulatorów składającego się z 18 do 20 zamkniętych akumulatorów połączonych szeregowo po 12 V / 7 Ah, aby zapewnić 220+ woltów jako wejście do beztransformatorowego falownika.

Czy możesz zaproponować najprostszy możliwy obwód dla tej koncepcji, który powinien obejmować ładowarkę + zabezpieczenie i automatyczne przełączanie w przypadku awarii sieci. Później dodam również wejście energii słonecznej.

Projektowanie

Proponowany obwód zasilacza UPS o mocy 1000 W można zbudować przy użyciu następujących dwóch obwodów, z których pierwszy to sekcja falownika z wymaganymi automatycznymi przekaźnikami przełączającymi. Druga konstrukcja zapewnia stopień automatycznego ładowania akumulatora.

Pierwszy obwód przedstawiający falownik o mocy 1000 W składa się z trzech podstawowych etapów.

T1, T2 wraz z towarzyszącymi komponentami tworzą wejściowy stopień wzmacniacza różnicowego, który wzmacnia wejściowe sygnały PWM z generatora PWM, który może być generatorem sinusoidalnym.

R5 staje się źródłem prądowym zapewniającym optymalny prąd do stopnia różnicowego i do kolejnego stopnia sterownika.

Sekcja za stopniem różnicowym jest stopniem sterującym, który skutecznie podnosi wzmocniony PWM ze stopnia różnicowego do poziomów wystarczających do wyzwolenia kolejnego stopnia mocy mosfet.

Mosfety są ustawione w układzie push-pull na dwóch bateriach akumulatorów 220 V, a zatem przełączają napięcia na zaciskach dren / źródło, aby wytworzyć wymagane napięcie wyjściowe 220 V AC bez włączania transformatora.

Powyższe wyjście jest zaterminowane do obciążenia poprzez stopień przełączania przekaźnika, składający się z przekaźnika DPDT 12 V 10 A, którego wejście wyzwalające jest wyprowadzone z sieci zasilającej za pomocą adaptera 12 V AC / DC. To napięcie wyzwalające jest przykładane do cewek wszystkich przekaźników 12 V, które są używane w obwodzie do zamierzonego przełączania sieci zasilającej z falownikiem.

Lista części powyżej 1000-watowego obwodu UPS

Wszystkie rezystory CFR o mocy 2 W, chyba że podano inaczej.

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

przekaźnik = DPDT, styki 12V / 10amp, cewka 400 omów

Obwód ładowarki do ładowania baterii akumulatorów 220 V DC.

Chociaż idealnie byłoby, gdyby zaangażowane akumulatory 12 V były ładowane indywidualnie za pomocą zasilacza 14 V, z uwzględnieniem prostoty, ostatecznie uznano, że uniwersalna pojedyncza ładowarka 220 V jest bardziej pożądana i łatwiejsza do zbudowania.

Jak pokazano na poniższym schemacie, ponieważ wymagane napięcie ładowania jest w okolicach 260 V, wyjście sieciowe 220 V można zobaczyć bezpośrednio w tym celu.

Jednak bezpośrednie podłączenie zasilania sieciowego może być niebezpieczne dla akumulatorów ze względu na ogromną ilość prądu, z jakim wiąże się to rozwiązanie, w projekcie uwzględniono proste rozwiązanie wykorzystujące żarówkę serii 200 W.

Wejście sieciowe jest podawane przez pojedynczą diodę 1N4007 i przez 200 watową żarówkę, która przechodzi przez styki przekaźnika przełączającego.

Początkowo wyprostowane napięcie półfalowe nie może dotrzeć do akumulatorów, ponieważ przekaźnik jest w trybie wyłączonym.

Po naciśnięciu PB1 zasilanie na chwilę dociera do akumulatorów.

To powoduje wygenerowanie odpowiedniego poziomu napięcia na 200 watowej żarówce i jest wykrywany przez optyczną diodę LED.

Opto natychmiast reaguje i wyzwala towarzyszący przekaźnik, który natychmiast aktywuje się, zatrzaskuje i podtrzymuje go nawet po zwolnieniu PB1.

Można było zobaczyć 200 watową żarówkę świecącą się lekko, której intensywność zależałaby od stanu naładowania baterii akumulatorów.

Gdy akumulatory zaczynają się ładować, napięcie na 200-watowej żarówce zaczyna spadać, aż przekaźnik zostanie wyłączony po osiągnięciu pełnego naładowania akumulatora. Można to zmienić, konfigurując ustawienie wstępne 4k7.

Wyjście z powyższej ładowarki jest podawane do baterii akumulatorów przez kilka przekaźników SPDT, jak pokazano na poniższym schemacie.

Przekaźniki zapewniają, że akumulatory są w trybie ładowania tak długo, jak długo dostępne jest zasilanie sieciowe, a po awarii zasilania sieciowego powraca do trybu falownika.