Szünetmentes tápegység (UPS) áramkörének megtervezése

Ebben a rövid bemutatóban megtanuljuk, hogyan kell tervezzen testreszabott UPS áramkört otthon szokásos alkatrészek, például néhány NAND IC és néhány relé segítségével.

Mi az a UPS

A szünetmentes tápegységet jelentő UPS inverterek, amelyek zökkenőmentes váltóáramú áramellátást biztosítanak a csatlakoztatott terheléshez a legkisebb megszakítás nélkül, függetlenül a hirtelen áramkimaradásoktól, ingadozásoktól vagy akár a leállástól.

Az UPS hasznos lesz a PC-k és más hasonló berendezések számára, amelyek kritikus adatkezeléssel járnak, és nem engedhetik meg maguknak az áramellátás megszakítását egy létfontosságú adatfeldolgozási művelet során.

Ezeknek a berendezéseknek az esetében a UPS nagyon hasznos lesz, mivel azonnali energiára támaszkodik a terhelésre, és elegendő időt biztosít a felhasználónak a számítógép alapvető adatainak mentésére, amíg a tényleges hálózati energia vissza nem áll.

Ez azt jelenti, hogy az UPS-nek rendkívül gyorsnak kell lennie a hálózatról inverterre váltáskor (tartalék üzemmód), és fordítva egy esetleges hálózati hiba esetén.

Ebben a cikkben megtanuljuk, hogyan készíthetünk egy egyszerű UPS-t a lehető legkevesebb tulajdonsággal, biztosítva, hogy az megfeleljen a fenti alapfeltételeknek, és jó minőségű, megszakítás nélküli energiát nyújtson a felhasználónak egész működése során.

UPS szakaszok

Alap UPS áramkör a következő alapvető szakaszai lesznek:

1) Inverteres áramkör

2) Egy akkumulátor

3) Az akkumulátortöltő áramköre

4) Átkapcsoló áramkör fokozat relék vagy más eszközök, például triak vagy SSR használatával.

Most megtudhatjuk, hogyan lehet a fenti áramköri szakaszokat felépíteni és integrálni egy ésszerűen tisztességes megvalósítás érdekében UPS rendszer .

Blokk diagramm

A szünetmentes tápegység említett funkcionális szakaszait részletesen meg lehet érteni az alábbi blokkdiagramon keresztül:

Itt láthatjuk, hogy az UPS fő ​​átkapcsolási funkcióját néhány DPDT relé szakasz hajtja végre.

Mindkét DPDT relét 12 V váltakozó áramú DC-tápegységről vagy adapterről táplálják.

A bal oldali DPDT relé az akkumulátortöltőt vezérli. Az akkumulátortöltő akkor kap tápellátást, ha váltóáramú hálózat áll rendelkezésre a felső relés érintkezőkön keresztül, és az akkumulátor töltőbemenetét az alsó reléérintkezőkön keresztül látja el. Ha a váltóáramú hálózat meghibásodik, a relé érintkezői átállnak az N / C kontaktusokra. A felső reléérintkezők kikapcsolják az akkumulátortöltő tápellátását, míg az alsó érintkezők most összekapcsolják az akkumulátort az inverterrel, hogy elindítsák az inverter üzemmód működését.

A jobb oldali relékontaktusok váltakoznak a hálózati váltóáramú hálózatról az inverter váltóáramú hálózatára, és fordítva.

Praktikus UPS tervezés

A következő beszélgetés során megpróbálunk megérteni és megtervezni egy praktikus UPS áramkört.

1) Az inverter.

Mivel az UPS-nek kritikus és érzékeny elektronikai készülékekkel kell megküzdenie, az érintett inverter fokozatot ésszerűen elő kell haladnia a hullámalakjával, más szóval előfordulhat, hogy egy közönséges négyzethullámú invertert nem javasolnak az UPS számára, ezért a tervezésünknél ügyelünk arra, hogy ezt az állapotot találóan gondozzák.

Bár én posztoltam sok inverter áramkör ezen a weboldalon, ideértve a kifinomultakat is PWM szinuszhullám típusok , itt egy teljesen új dizájnt választunk csak a cikk érdekesebbé tétele érdekében, és felveszünk egy új inverter áramkört a listába

Az UPS kialakítása egyetlen példányt használ IC 4093 és mégis képes egy jó PWM által módosított szinusz hullám végrehajtására a kimeneten működik.

Alkatrész lista

• N1 --- N3 NAND kapuk az IC 4093-ból
• Mosfets = IRF540
• Transzformátor = 9-0-9V / 10 amper / 220V vagy 120V
• R3 / R4 = 220k pot
• C1 / C2 = 0,1uF / 50V
• Minden ellenállás 1K 1/4 watt

Inverteres áramkör működése

A Az IC 4093 4 Schmidt típusú NAND kaput tartalmaz Ezeket a kapukat megfelelően konfiguráljuk és elrendezzük a fent bemutatott inverter áramkörben a szükséges specifikációk megvalósítása érdekében.

Az egyik N1 kapu oszcillátorként van felszerelve, hogy 200 Hz-t hozzon létre, míg egy másik N2 kapu második oszcillátorként van bekötve az 50Hz-es impulzusok előállításához.

Az N1 kimenetét a csatolt moszfeták 200Hz-es frekvenciájára történő hajtására használják, míg az N2 kapu és a további N3 / N4 kapuk együtt felváltva kapcsolják a mosfeteket 50Hz frekvencián.

Ennek célja annak biztosítása, hogy a mosfeták soha ne legyenek képesek egyszerre vezetni az N1 kimenetéből.

Az N3, N4 kimenetei a 200Hz-t az N1-ből alternatív impulzus blokkokra bontják, amelyeket a transzformátor feldolgoz, hogy PWM AC-t hozzon létre a tervezett 220 V-on.

Ezzel befejeződik az inverter szakasz az UPS gyártási útmutatónkhoz.

A következő szakasz elmagyarázza a váltó relé áramkör , és hogyan kell bekötni a fenti invertert az átkapcsoló relékkel az inverter automatikus biztonsági mentésének és az akkumulátor töltésének megkönnyítése érdekében a hálózat meghibásodása esetén, és fordítva.

Relé váltó fokozat és az akkumulátortöltő áramköre

Az alábbi kép azt mutatja, hogy az inverter áramkör transzformátor szakasza hogyan konfigurálható néhány relével az automatikus váltás megvalósításához a javasolt UPS-konstrukcióhoz.

Az ábrán látható a egyszerű automatikus akkumulátortöltő áramkör a diagram bal oldalán található IC 741 segítségével.

Először ismerkedjünk meg az átkapcsoló relék bekötésével, majd folytathatjuk az akkumulátortöltő magyarázatát.

Összesen 3 relékészlet van, amelyet ebben a szakaszban használnak:

1) 2 nos SPDT relék RL1 és RL2 formájában

2) Egy DPDT relé RL3a és RL3b néven.

Az RL1 az akkumulátortöltő áramkörhöz van csatlakoztatva, és vezérli az akkumulátor magas / alacsony vágási szintjének korlátozását, és meghatározza, hogy az inverter használatához mikor kész az akkumulátorszükséglet, és mikor kell eltávolítani.

Az SPDT RL2 és a DPDT (RL3a és RL3b) azonnali átkapcsolási műveletekre szolgál az áramkimaradás és a helyreállítás során. Az RL2 érintkezők a transzformátor középső csapjának az akkumulátorral történő csatlakoztatására vagy leválasztására szolgálnak, a hálózat rendelkezésre állásától vagy hiányától függően.

Az RL3a és az RLb, amelyek a DPDT relé két érintkezõje, felelõsek azért, hogy áramkimaradás vagy helyreállítási idõszak alatt az inverter hálózatán vagy a hálózaton átterheljék a terhelést.

Az RL2 és a DPDT RL3a / RL3b tekercseit 14 V-val kapcsolják össze tápegység oly módon, hogy ezek a relék gyorsan be- és kikapcsoljanak a bemeneti hálózat állapotától függően, és elvégzik a szükséges váltási műveleteket. Ezt a 14 V-os tápfeszültséget az inverter akkumulátorának töltésére is használják, amíg a hálózati áram rendelkezésre áll.

Az RL1 tekercsét láthatjuk összekötve az opamp áramkörrel, amely ellenőrzi az akkumulátor töltését és biztosítja, hogy az akkumulátor táplálása a 14 V-os forrásból megszakadjon, amint eléri ugyanazt az értéket.

Arról is gondoskodik, hogy amíg az akkumulátor inverter üzemmódban van, és a terhelés elfogyasztja, alacsonyabb lemerülési szintje soha nem megy 11 V alá, és amikor eléri ezt a szintet, levágja az akkumulátort az inverterről. Mindkét műveletet az RL1 relé hajtja végre az opamp parancsokra válaszul.

A fenti UPS akkumulátortöltő áramkörének beállítási eljárása megismerhető ebből a cikkből, amely bemutatja Hogyan készítsünk alacsony, magas feszültségű akkumulátortöltőt az IC 741 használatával

Most egyszerűen a fenti lépéseket kell integrálnia egy tisztességes megjelenésű kis UPS végrehajtásához, amelyet fel lehet használni szünetmentes áramellátáshoz a számítógépen vagy bármely más hasonló eszközön.

Ez az, ezzel lezárjuk a személyes UPS áramkör tervezésének oktatóanyagát, amelyet bármely új hobbista könnyen megtehet a fenti részletes útmutató követésével.