Как да проектирам схема за непрекъсваемо захранване (UPS)

В този кратък урок научаваме как да проектирайте персонализирана схема на UPS у дома, използвайки обикновени компоненти като няколко интегрални схеми NAND и някои релета.

Какво е UPS

UPS, което означава непрекъсваемо захранване, са инвертори, проектирани да осигурят безпроблемно захранване от променлив ток към свързан товар без ни най-малко прекъсване, независимо от внезапни прекъсвания на електрозахранването или колебания или дори прекъсване.

UPS става полезен за персонални компютри и друго подобно оборудване, което включва критична обработка на данни и не може да си позволи прекъсване на мрежовото захранване по време на жизненоважна операция по обработка на данни.

За това оборудване UPS става много удобен, поради неговото незабавно архивиране на натоварването и осигуряването на достатъчно време на потребителя за запазване на важните данни на компютъра, докато реалното захранване не бъде възстановено.

Това означава, че UPS трябва да бъде изключително бърз с превключването му от мрежата към инвертора (режим на резервно копие) и обратно по време на евентуална неизправност в мрежовото захранване.

В тази статия научаваме как да направим обикновен UPS с всички минимални функции, като гарантираме, че той отговаря на горните основи и осигурява на потребителя непрекъснато захранване с добро качество по време на работата си.

UPS етапи

Основна схема на UPS ще има следните основни етапи:

1) Инверторна верига

2) Батерия

3) Верига на зарядно устройство за батерии

4) Етап на превключваща верига, използващ релета или други устройства като триаци или SSR.

Сега нека научим как горните етапи на веригата могат да бъдат изградени и интегрирани заедно за изпълнение на разумно приличен UPS система .

Блокова диаграма

Споменатите функционални етапи на непрекъсваемото захранващо устройство могат да бъдат разбрани подробно чрез следната блок-схема:

Тук можем да видим, че основната функция за превключване на UPS се извършва от няколко DPDT релейни етапа.

И двете DPDT релета се захранват от 12 V AC към DC захранване или адаптер.

Може да се види лявото DPDT реле, управляващо зарядното устройство. Зарядното устройство се захранва, когато мрежата за променлив ток е налична през горните релейни контакти и захранва входа за зареждане към батерията чрез долните релейни контакти. Когато мрежата за променлив ток не успее, контактите на релето преминават към N / C контакти. Горните контакти на релето изключват захранването към зарядното устройство, докато долните контакти свързват батерията с инвертора, за да инициират работата на режима на инвертора.

Десните странични релейни контакти се използват за превключване от мрежата на променлив ток към мрежата на инвертора и обратно.

Практичен дизайн на UPS

В следващата дискусия ще се опитаме да разберем и проектираме практична схема за UPS.

1) Инверторът.

Тъй като UPS трябва да се справя с важни и чувствителни електронни уреди, включеният инверторен етап трябва да бъде разумно усъвършенстван със своята форма на вълната, с други думи може да не се препоръчва обикновен инвертор с квадратна вълна за UPS и следователно за нашия дизайн ние гарантираме, че това състояние е подходящо обгрижено.

Въпреки че съм публикувал много инверторни вериги в този уебсайт, включително сложни ШИМ синусоидални типове , тук избираме изцяло нов дизайн, само за да направим статията по-интересна, и добавяме нова схема на инвертора в списъка

Дизайнът на UPS използва само един IC 4093 и все пак е в състояние да изпълни добра PWM модифицирана синусоида функции на изхода.

Списък с части

• N1 --- N3 NAND порти от IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Трансформатор = 9-0-9V / 10 ампера / 220V или 120V
• R3 / R4 = 220k пот
• C1 / C2 = 0.1uF / 50V
• Всички резистори са 1K 1/4 вата

Работа на инверторната верига

The IC 4093 се състои от 4 NAND порти тип Schmidt , тези порти са конфигурирани по подходящ начин и подредени в показаната по-горе инверторна схема, за изпълнение на необходимите спецификации.

Един от затворите N1 е монтиран като осцилатор, за да генерира 200 Hz, докато друг порта N2 е свързан като втори осцилатор за генериране на 50 Hz импулси.

Изходът от N1 се използва за задвижване на прикачените MOSFET-та със скорост 200 Hz, докато порта N2, заедно с допълнителните порти N3 / N4, превключва MOSFET-ите последователно със скорост 50 Hz.

Това е, за да се гарантира, че MOSFET-ите никога не могат да провеждат едновременно от изхода на N1.

Изходите от N3, N4 прекъсват 200Hz от N1 в алтернативни блокове импулси, които се обработват от трансформатора, за да произвеждат ШИМ AC при предвидените 220V.

Това завършва инверторния етап за нашия урок за изработка на UPS.

Следващият етап обяснява верига за превключване на релето и как горният инвертор трябва да бъде свързан с превключващите релета за улесняване на автоматичното преобразуване на инвертора и операциите за зареждане на батерията по време на повреда в мрежата и обратно.

Реле за превключване на етапа и верига на зарядното устройство

Изображението по-долу показва как трансформаторната секция на инверторната верига може да бъде конфигурирана с няколко релета за осъществяване на автоматично превключване за предложения дизайн на UPS.

Фигурата също показва a проста схема на автоматично зарядно устройство за батерии използвайки IC 741 от лявата страна на диаграмата.

Първо нека научим как са свързани релетата за превключване и след това можем да продължим с обяснението на зарядното устройство.

Общо има 3 комплекта релета, които се използват на този етап:

1) 2 броя на релета SPDT под формата на RL1 и RL2

2) Едно DPDT реле като RL3a и RL3b.

RL1 е прикрепен към веригата на зарядното устройство на батерията и контролира изключването на нивото на зареждане с висока / ниска степен на зареждане на батерията и определя кога е необходима батерията да бъде използвана за инвертора и кога трябва да бъде премахната.

SPDT RL2 и DPDT (RL3a и RL3b) се използват за незабавни действия по превключване по време на спиране на тока и възстановяване. RL2 контактите се използват за свързване или изключване на централния кран на трансформатора с батерията в зависимост от наличността или отсъствието на мрежата.

RL3a и RLb, които са двата комплекта контакти на релето DPDT, стават отговорни за превключване на товара през мрежата на инвертора или мрежата по време на прекъсвания на тока или периоди на възстановяване.

Намотките на RL2 и DPDT RL3a / RL3b са свързани с 14V захранване така че тези релета бързо да се активират и деактивират в зависимост от състоянието на входящата мрежа и да извършват необходимите действия за смяна. Това 14V захранване се използва и като източник за зареждане на инверторната батерия, докато е налично захранването.

Намотката на RL1 може да се види свързана с веригата на opamp, която контролира зареждането на батерията на батерията и гарантира, че захранването на батерията от източника 14V е прекъснато, веднага щом достигне същата стойност.

Той също така гарантира, че докато батерията е в режим на инвертор и се консумира от товара, нейното по-ниско ниво на разреждане никога не пада под 11V и отрязва батерията от инвертора, когато достигне около това ниво. И двете операции се изпълняват от релето RL1 в отговор на командите на opamp.

Процедурата за настройка на горната схема на зарядното устройство за UPS батерии може да бъде научена от тази статия, която разглежда как да направите зарядно устройство за батерии с ниско високо ниво, използвайки IC 741

Сега просто трябва да интегрира всички горепосочени етапи заедно, за да изпълни прилично изглеждащ малък UPS, който може да се използва за осигуряване на непрекъсваемо захранване на вашия компютър или друга подобна притурка.

Това е, това завършва нашия урок за проектиране на персонална UPS схема, която може лесно да бъде направена от всеки нов любител, като следвате подробното ръководство по-горе.