4 eenvoudige UPS-circuits (Uninterruptible Power Supply) onderzocht

Onder dit bericht onderzoeken we 4 eenvoudige ontwerpen van 220V Mains Uninterruptible Power Supply (UPS) met een 12V-batterij, die door elke nieuwe liefhebber kan worden begrepen en geconstrueerd. Deze circuits kunnen worden gebruikt voor het bedienen van een geschikt geselecteerd apparaat of belasting, laten we de circuits verkennen.

Ontwerp # 1: eenvoudige UPS met een enkele IC

Een eenvoudig idee hier gepresenteerd kan thuis worden gebouwd met de meeste gewone componenten om redelijke output te produceren. Het kan worden gebruikt om niet alleen de gebruikelijke elektrische apparaten van stroom te voorzien, maar ook geavanceerde gadgets zoals computers. Het invertercircuit maakt gebruik van een gemodificeerd sinusgolfontwerp.

Een ononderbroken stroomvoorziening met uitgebreide functies is misschien niet kritisch vereist voor de werking van zelfs de geavanceerde gadgets. Een gecompromitteerd ontwerp van een UPS-systeem dat hier wordt gepresenteerd, voldoet misschien wel aan de behoeften. Het bevat ook een ingebouwde universele slimme batterijlader.

Verschil tussen UPS en een omvormer

Wat is het verschil tussen een noodstroomvoorziening (UPS) en een omvormer? Welnu, in grote lijnen zijn beide bedoeld om de fundamentele functie uit te voeren van het omzetten van accuspanning naar wisselstroom, die kan worden gebruikt om de verschillende elektrische apparaten te laten werken zonder onze eigen wisselstroom.

In de meeste gevallen is een omvormer echter niet uitgerust met veel automatische omschakelfuncties en veiligheidsmaatregelen die normaal gesproken bij een UPS horen.

Bovendien hebben omvormers meestal geen ingebouwde batterijlader, terwijl alle UPS'en een ingebouwde automatische batterijlader bij zich hebben om het onmiddellijk opladen van de betreffende batterij te vergemakkelijken wanneer er netspanning aanwezig is en om de batterijvermogen in omvormermodus op het moment dat de ingangsspanning uitvalt.

Ook UPS'en zijn allemaal ontworpen om een ​​wisselstroom te produceren met een sinusgolfvorm of op zijn minst een gemodificeerde blokgolf die veel lijkt op zijn sinusgolf-tegenhanger. Dit wordt misschien wel de belangrijkste functie bij UPS'en.

Met zoveel functies in de hand, lijdt het geen twijfel dat deze geweldige apparaten duur zouden moeten worden en daarom kunnen velen van ons in de middenklasse ze niet in handen krijgen.

Ik heb geprobeerd een UPS-ontwerp hoewel niet vergelijkbaar met de professionele, maar eenmaal gebouwd, zal het zeker in staat zijn om netstoringen redelijk betrouwbaar te vervangen en ook omdat de output een gemodificeerde blokgolf is, is het geschikt voor het bedienen van alle geavanceerde elektronische gadgets, zelfs computers.

Alle ontwerpen hier zijn van het offline type, misschien wilt u dit ook proberen eenvoudig online UPS-circuit

Inzicht in het circuitontwerp

De afbeelding hiernaast toont een eenvoudig aangepast vierkant omvormerdesign, dat gemakkelijk te begrijpen is, maar toch cruciale functies bevat.

De IC SN74LVC1G132 heeft een enkele NAND-poort (Schmitt-trigger) ingekapseld in een klein pakket. Het vormt in feite het hart van de oscillatortrap en vereist slechts een enkele condensator en een weerstand voor de vereiste oscillaties. De waarde van deze twee passieve componenten bepaalt de frequentie van de oscillator. Hier is het gedimensioneerd tot ongeveer 250 Hz.

De bovenstaande frequentie wordt toegepast op de volgende fase die bestaat uit een enkele Johnson's decenniumteller / verdeler IC 4017. De IC is zo geconfigureerd dat de uitgangen een reeks van vijf opeenvolgende logische hoge uitgangen produceren en herhalen. Aangezien de ingang een blokgolf is, worden de uitgangen ook gegenereerd als blokgolven.

Onderdelenlijst voor de UPS-omvormer

R1 = 20 K.
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 ohm
C1 = 0,095 Uf
C2, C3, C4 = 10 UF / 25 V.
T0 = ​​BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 of een enkele poort uit IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
TRANSFORMATOR = 12-0-12V / 10AMP / 230V

Acculader sectie

De basisdraden van twee sets Darlington-gepaarde high-gain, hi-power transistors zijn geconfigureerd naar de IC zodat deze ontvangt en geleidt naar de alternatieve uitgangen.

De transistoren geleiden (in tandem) in reactie op deze schakelingen en een overeenkomstig hoog stroomwisselpotentieel wordt door de twee helften van de aangesloten transformatorwikkelingen getrokken.

Omdat de basisspanningen naar de transistors van de IC afwisselend worden overgeslagen, wordt de resulterende vierkante impuls van de transformator draagt ​​slechts de helft van de gemiddelde waarde in vergelijking met de andere gewone omvormers. Deze gedimensioneerde RMS-gemiddelde waarde van de gegenereerde blokgolven lijkt sterk op de gemiddelde waarde van de netspanning die normaal beschikbaar is bij onze stopcontacten thuis en wordt dus geschikt en gunstig voor de meest geavanceerde elektronische gadgets.

Het huidige ontwerp van de ononderbroken stroomvoorziening is volledig automatisch en zal terug naar de inverter-modus op het moment dat de ingangsspanning uitvalt. Dit gebeurt via een aantal relais RL1 en RL2 RL2 heeft een dubbele set contacten voor het omkeren van beide uitgangslijnen.

Zoals hierboven uitgelegd, moet een UPS ook een ingebouwde universele slimme batterijlader bevatten die ook spanning- en stroomgestuurd moet zijn.

De volgende figuur, die een integraal onderdeel van het systeem is, laat een slim klein beetje zien automatische acculader circuit. Het circuit is niet alleen spanningsgestuurd, maar bevat ook een overstroombeveiligingsconfiguratie.

Transistor T1 en T2 vormen in feite een nauwkeurige spanningssensor en laten nooit toe dat de bovengrens van de laadspanning de ingestelde limiet overschrijdt. Deze limiet wordt vastgesteld door de preset P1 op de juiste manier in te stellen.

Transistor T3 en T4 houden samen de stijgende stroomopname door de batterij in de gaten en laten nooit niveaus bereiken die als gevaarlijk voor de levensduur van de batterij kunnen worden beschouwd. In het geval dat de stroom voorbij het ingestelde niveau begint te drijven, overschrijdt de spanning over R6 meer dan - 0,6 volt, genoeg om T3 te activeren, die op zijn beurt de basisspanning van T4 smoort, waardoor een verdere stijging van de opgenomen stroom wordt beperkt. De waarde van R6 kan worden gevonden met behulp van de formule:

R = 0,6 / I, waarbij I de laadstroom is.

Transistor T5 vervult de functie van een spanningsbewaker en schakelt (deactiveert) de relais in actie op het moment dat de netspanning uitvalt.

Onderdelenlijst voor de oplader

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = 4K7 VOORAF INGESTELD, LINEAIR
R6 = ZIE TEKST
T1, T2, = BC547
T3 = 8550
T4 = TIP32C
T5 = 8050
RL1 = 12 V / 400 OHM, SPDT
RL2 = 12 V / 400 OHM, SPDT, D1-D4 = 1N5408
D5, D6 = 1N4007
TR1 = 0-12V, HUIDIGE 1/10 VAN DE BATTERIJ AH
C1 = 2200 UF / 25 V.
C2 = 1uF / 25V

Ontwerp # 2: UPS met enkele transformator voor het opladen van omvormers en batterijen

Het volgende artikel beschrijft een eenvoudig op transistor gebaseerd UPS-circuit met een ingebouwd batterijopladercircuit, dat kan worden gebruikt om een ononderbroken netspanning goedkoop, in uw huis en kantoor, winkels etc. De schakeling kan worden opgewaardeerd naar elk gewenst hoger wattage niveau. Het idee is ontwikkeld door de heer Syed Xaidi.

Het belangrijkste voordeel van dit circuit is dat het een enkele transformator voor het opladen van de batterij en voor het bedienen van de omvormer ​Dit betekent dat u geen aparte transformator hoeft op te nemen om de batterij in dit circuit op te laden

De volgende gegevens zijn door de heer Syed via e-mail verstrekt:

Ik zag dat mensen door jouw post worden opgeleid. Dus ik denk dat je mensen over dit schema moet uitleggen.

Dit circuit heeft een stabiele mutivibrator op basis van transistors zoals jij deed. De condensatoren c1 en c2 zijn de 0,47 voor het verkrijgen van een uitgangsfrequentie van ongeveer 51, xx Hz zoals gemeten, maar deze is niet in alle gevallen constant.

De MOSFET heeft een omgekeerde hoogvermogendiode die wordt gebruikt om de batterij op te laden, het is niet nodig om een ​​speciale diode aan het circuit toe te voegen. Ik heb het schakelprincipe met relais in het schema laten zien. RL3 moet worden gebruikt met een uitschakelcircuit.

Dit circuit is heel eenvoudig en ik heb het al getest. Ik ga een ander ontwerp van mij testen dat met u zal delen zodra de test is voltooid. Het regelt de uitgangsspanning en stabiliseert die met behulp van PWM. Ook in dat ontwerp gebruik ik transformator 140v-wikkeling voor het opladen en BTA16 voor het regelen van de laadstroomsterkte. Laten we hopen voor het goede.

Je doet het het beste. Houd nooit op, heb een geweldige dag.
​

Ontwerp # 3: op IC 555 gebaseerd UPS-circuit

Het derde ontwerp dat hieronder wordt uitgelegd, is een eenvoudig UPS-circuit dat gebruikmaakt van PWM, en wordt daardoor volkomen veilig voor het bedienen van geavanceerde elektronische apparatuur zoals computers, muzieksystemen enz. De hele eenheid kost u ongeveer $ 3. Een ingebouwde oplader is ook inbegrepen in het ontwerp om de batterij altijd in een bijgevulde staat en in een stand-bymodus te houden. Laten we het hele concept en het circuit eens bekijken.

Het circuitconcept is vrij eenvoudig, het gaat erom dat de uitvoerapparaten schakelen volgens de toegepaste goed geoptimaliseerde PWM-pulsen, die op hun beurt de transformator schakelen om een ​​gelijkwaardige geïnduceerde AC-netspanning te genereren met identieke parameters als een standaard AC-sinusgolfvorm.

Circuit operatie:

Het schakelschema kan worden begrepen met behulp van de volgende punten:

De PWM-schakeling maakt gebruik van de zeer populaire IC 555 voor de vereiste generatie van de PWM-pulsen.

De presets P1 en P2 kunnen precies zo worden ingesteld als nodig is voor het voeden van de uitvoerapparaten.

De output devices zullen exact reageren op de aangelegde PWM-pulsen van het 555-circuit, daarom zou een zorgvuldige optimalisatie van de presets moeten resulteren in een bijna ideale PWM-ratio die als gelijkwaardig kan worden beschouwd aan een standaard AC-golfvorm.

Aangezien de hierboven besproken pWM-pulsen worden toegepast op de bases van beide, zouden de transistors die zijn gepositioneerd voor het schakelen van twee afzonderlijke kanalen een totale puinhoop betekenen, omdat we nooit beide wikkelingen van de transformator samen willen schakelen.

GEEN poorten gebruiken voor het induceren van de 50Hz-omschakeling

Daarom is er een andere fase geïntroduceerd bestaande uit een paar NOT-poorten van de IC 4049, die ervoor zorgt dat de apparaten afwisselend geleiden of schakelen en nooit allemaal tegelijk.

De oscillator gemaakt van N1 en N2 voert perfecte blokgolfpulsen uit, die verder zijn gebufferd door N3 --- N6 ​De diodes D3 en D4 spelen ook een belangrijke rol door de apparaten alleen te laten reageren op de negatieve pulsen van de NIET-poorten.

Deze pulsen schakelen de apparaten afwisselend UIT, waardoor slechts één kanaal op een bepaald moment kan geleiden.

De preset die is gekoppeld aan N1 en N2 wordt gebruikt om de AC-uitgangsfrequentie van de UPS in te stellen. Voor 220 volt moet deze worden ingesteld op 50 Hz en voor 120 volt moet deze worden ingesteld op 60 Hz.

Onderdelenlijst voor de UPS

R1, R2, R3 R4, R5 = 1K,
P1, P2 = volgens formule,
P3 = 100K voorinstelling
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = 3v zenerdiode
C1 = 1uF / 25V
C2 = 10 n,
C3 = 2200 uF / 25 V.
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049, raadpleeg de datasheet voor de pin out-nummers.
Transformator = 12-0-12V, 15 ampère

Het batterijopladercircuit:

Als het een UPS is, wordt de opname van een batterijopladercircuit absoluut noodzakelijk.

Rekening houdend met de lage kosten en eenvoud van het ontwerp, is een zeer eenvoudig maar redelijk nauwkeurig ontwerp van de acculader in dit ononderbreekbare voedingscircuit opgenomen.

Als we naar de figuur kijken, kunnen we eenvoudig zien hoe eenvoudig de configuratie is.

Hierin kunt u de volledige uitleg krijgen batterijlader circuit artikel De twee relais RL1 en RL2 zijn zo gepositioneerd dat de schakeling volledig automatisch wordt. Als er netspanning beschikbaar is, worden de relais bekrachtigd en schakelen ze het wisselstroomnet rechtstreeks naar de belasting via hun maakcontacten. Ondertussen wordt de accu ook opgeladen via het laadcircuit. Op het moment dat de wisselstroom uitvalt, schakelen de relais om en ontkoppelen de netspanning en wordt deze vervangen door de omvormer-transformator zodat de omvormer nu de leiding neemt over het leveren van de netspanning aan de belasting. , binnen milliseconden.

Een ander relais RL4 wordt geïntroduceerd om zijn contacten om te draaien tijdens stroomuitval, zodat de batterij die in de oplaadmodus werd gehouden, wordt overgeschakeld naar de omvormermodus voor de vereiste generatie van de back-up wisselstroom.

Onderdelenlijst voor de oplader

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

Transformator = 0-12V, 3 ampère

Ontwerp # 4: 1kva UPS-ontwerp

Het laatste ontwerp, maar verreweg het krachtigste, bespreekt een 1000 watt UPS-circuit dat wordt gevoed met een +/- 220V-ingang, met behulp van 40 stuks 12V / 4 AH-batterijen in serie. Door de werking op hoogspanning is het systeem relatief minder complex en transformatorloos. Het idee is aangevraagd door Aquarius.

Technische specificaties

Ik ben je fan en heb met succes veel projecten voor persoonlijk gebruik gebouwd en veel plezier gehad. God zegene je. Nu ben ik van plan een 1000 watt UPS te bouwen met een ander concept (omvormer met hoogspanningsingang dc).

Ik zal een accubank van 18 tot 20 verzegelde accu's in serie van elk 12 volt / 7 Ah gebruiken om een ​​opslag van 220+ volt te geven als input voor een transformatorloze omvormer.

Kunt u een zo eenvoudig mogelijke schakeling voor dit concept voorstellen, die een acculader + bescherming en automatische omschakeling bij stroomuitval zou moeten bevatten? Later zal ik ook een zonne-energie-input toevoegen.

Het ontwerp

Het voorgestelde UPS-circuit van 1000 watt kan worden gebouwd door de volgende twee circuits te gebruiken, waarvan het eerste het invertergedeelte is met de vereiste automatische omschakelrelais. Het tweede ontwerp biedt de automatische acculaderfase.

Het eerste circuit dat de omvormer van 1000 watt weergeeft, bestaat uit drie basisfasen.

T1, T2 vormen samen met de bijbehorende componenten de ingangsverschilversterkertrap die de ingangs-PWM-signalen versterkt van een PWM-generator die een sinusgenerator zou kunnen zijn.

R5 wordt de stroombron voor het leveren van optimale stroom aan de differentiële trap en aan de daaropvolgende drivertrap.

Het gedeelte na de differentiële trap is de driver-trap die effectief de versterkte PWM van de differentiële trap verhoogt tot voldoende niveaus om de daaropvolgende power mosfet-trap te activeren.

De mosfets zijn op een push-pull-manier uitgelijnd over de twee 220V-accubanken en schakelen daarom de spanningen over hun afvoer / source-aansluitingen om de vereiste AC 220V-output te produceren zonder een transformator te gebruiken.

De bovenstaande uitgang wordt op de belasting aangesloten via een relais-omschakeltrap die bestaat uit een 12V 10amp DPDT-relais waarvan de triggeringang is afgeleid van het lichtnet via een 12V AC / DC-adapter. Deze triggerspanning wordt toegepast op de spoelen van alle 12V-relais die in het circuit worden gebruikt voor de beoogde omschakelingsacties van het net naar de omvormer.

Onderdelenlijst voor het bovenstaande 1000 watt UPS-circuit

Alle weerstanden CFR 2 watt beoordeeld, tenzij anders vermeld.

R1, R3, R10, R11, R8 = 4k7
R2, R4, R5 = 68 k
R6, R7 = 4 k7
R9 = 10k
R13, R14 = 0,22 ohm 2 watt
R12, R15 = 1K, 5 watt
C1 = 470 pF
C2 = 47uF / 100V
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

relais = DPDT, 12V / 10amp contacten, 400 ohm spoel

Acculader circuit voor het opladen van de 220V DC accubanken.

Hoewel idealiter de betrokken 12V-accu's afzonderlijk moeten worden opgeladen via een 14V-voeding, bleek het eenvoudig om een ​​universele enkele 220V-oplader uiteindelijk wenselijker en gemakkelijker te bouwen.

Zoals te zien is in het onderstaande diagram, kan, aangezien de vereiste laadspanning in de buurt van 260V ligt, direct worden gezien dat de 220V-uitgang voor dit doel werd gebruikt.

Directe aansluiting op het lichtnet kan echter gevaarlijk zijn voor de batterijen vanwege de enorme hoeveelheid stroom die het met zich meebrengt, een eenvoudige oplossing met een lamp uit de 200 watt-serie is bij het ontwerp inbegrepen.

De netspanning wordt toegevoerd via een enkele 1N4007-diode en via een gloeilamp van 200 watt die door een schakelrelaiscontact loopt.

Aanvankelijk kan de gelijkgerichte halfgolfspanning de accu's niet bereiken omdat het relais in de UIT-modus staat.

Door op de PB1 te drukken, mag de voeding tijdelijk de batterijen bereiken.

Dit zorgt ervoor dat een overeenkomstig niveau van spanning wordt gegenereerd over de 200 watt-lamp en wordt gedetecteerd door de optische LED.

De opto reageert onmiddellijk en activeert het bijbehorende relais dat onmiddellijk wordt geactiveerd en vergrendeld en ondersteunt, zelfs nadat PB1 is vrijgegeven.

De lamp van 200 watt was licht gloeiend te zien en de intensiteit zou afhangen van de opgeladen toestand van de batterijbank.

Terwijl de batterijen beginnen met opladen, begint de spanning over de 200 watt-lamp te dalen totdat het relais wordt uitgeschakeld zodra de batterij volledig is opgeladen. Dit kan worden aangepast door de 4k7-preset in te stellen.

De uitvoer van de bovenstaande oplader wordt via een aantal SPDT-relais naar de accubank gevoerd, zoals weergegeven in het volgende diagram.

De relais zorgen ervoor dat de accu's in de oplaadmodus worden geplaatst zolang de netspanning beschikbaar is en terugkeren naar de omvormermodus wanneer de netvoeding uitvalt.