Een UPS-circuit (Uninterruptible Power Supply) ontwerpen

In deze korte tutorial leren we hoe ontwerp een aangepast UPS-circuit thuis met gewone componenten zoals een paar NAND IC's en een paar relais.

Wat is een UPS

UPS, wat staat voor Uninterruptible Power Supply, zijn omvormers die zijn ontworpen om een ​​naadloze AC-netspanning te leveren aan een aangesloten belasting zonder de minste onderbreking, ongeacht plotselinge stroomstoringen of fluctuaties of zelfs een brown-out.

Een UPS wordt nuttig voor pc's en andere dergelijke apparatuur die kritische gegevensverwerking met zich meebrengt en die zich geen stroomonderbreking kunnen veroorloven tijdens een essentiële gegevensverwerking.

Voor deze apparatuur wordt UPS erg handig vanwege de onmiddellijke stroomvoorziening naar de belasting, en om de gebruiker ruimschoots de tijd te geven om de cruciale gegevens van de computer op te slaan, totdat de werkelijke netspanning is hersteld.

Dit betekent dat een UPS extreem snel moet zijn bij de omschakeling van netvoeding naar omvormer (back-upmodus) en vice versa tijdens een mogelijke stroomstoring.

In dit artikel leren we hoe we een eenvoudige UPS kunnen maken met alle absolute minimumfuncties, waarbij we ervoor zorgen dat deze voldoet aan de bovenstaande basisprincipes en de gebruiker een ononderbroken stroom van goede kwaliteit biedt gedurende de hele operatie.

UPS-fasen

Een eenvoudig UPS-circuit zal de volgende fundamentele fasen hebben:

1) Een invertercircuit

2) Een batterij

3) Een batterijladercircuit

4) Een omschakelcircuittrap die gebruikmaakt van relais of andere apparaten zoals triacs of SSR's.

Laten we nu eens kijken hoe de bovenstaande circuitfasen kunnen worden gebouwd en samen kunnen worden geïntegreerd voor het implementeren van een redelijk fatsoenlijk UPS-systeem ​

Blokdiagram

De genoemde functionele fasen van een ononderbreekbare voedingseenheid kunnen in detail worden begrepen door het volgende blokschema:

Hier kunnen we zien dat de belangrijkste UPS-omschakelfunctie wordt uitgevoerd door een aantal DPDT-relaistrappen.

Beide DPDT-relais worden gevoed door een 12 V AC naar DC voeding of adapter.

Het linker DPDT-relais kan de batterijlader besturen. De acculader wordt gevoed wanneer er wisselstroom beschikbaar is via de bovenste relaiscontacten en levert de laadinvoer aan de accu via de onderste relaiscontacten. Als de netspanning uitvalt, schakelen de relaiscontacten over naar de verbreekcontacten. De bovenste relaiscontacten schakelen de stroom naar de acculader UIT, terwijl de onderste contacten nu de accu met de omvormer verbinden om de omvormermodus te starten.

De rechter relaiscontacten worden gebruikt voor het omschakelen van wisselstroomnet naar de wisselstroom van de omvormer en vice versa.

Een praktisch UPS-ontwerp

In de volgende discussie zullen we proberen een praktisch UPS-circuit te begrijpen en te ontwerpen.

1) De omvormer.

Aangezien een UPS te maken heeft met cruciale en gevoelige elektronische apparaten, moet de betrokken omvormertrap redelijk geavanceerd zijn met zijn golfvorm, met andere woorden een gewone blokgolfomvormer wordt mogelijk niet aanbevolen voor een UPS, en daarom zorgen we er voor ons ontwerp voor dat deze toestand wordt op passende wijze opgevangen.

Hoewel ik heb gepost veel invertercircuits op deze website, inclusief verfijnd PWM-sinusgolftypen , hier selecteren we een volledig nieuw ontwerp om het artikel interessanter te maken, en voegen we een nieuw invertercircuit toe aan de lijst

Het UPS-ontwerp maakt gebruik van slechts één IC 4093 en toch in staat is om een ​​goede PWM gemodificeerde sinusgolf uit te voeren functies aan de uitgang.

Onderdelen lijst

• N1 --- N3 NAND-poorten van IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Transformator = 9-0-9V / 10 ampère / 220V of 120V
• R3 / R4 = 220k pot
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V.
• Alle weerstanden zijn 1K 1/4 watt

Werking invertercircuit

De IC 4093 bestaat uit 4 Schmidt-type NAND-poorten , zijn deze poorten op de juiste wijze geconfigureerd en gerangschikt in het hierboven getoonde invertercircuit, voor het implementeren van de vereiste specificaties.

Een van de poorten N1 is opgetuigd als een oscillator om 200 Hz te produceren, terwijl een andere poort N2 is bedraad als de tweede oscillator voor het genereren van 50 Hz-pulsen.

De output van N1 wordt gebruikt voor het aansturen van de aangesloten mosfets met een snelheid van 200Hz, terwijl de poort N2 samen met de extra poorten N3 / N4 de mosfets afwisselend schakelt met een snelheid van 50Hz.

Dit is om ervoor te zorgen dat de mosfets nooit gelijktijdig kunnen geleiden vanaf de uitgang van N1.

De uitgangen van N3, N4 breken de 200Hz van N1 in afwisselende pulsblokken die door de transformator worden verwerkt om een ​​PWM AC op de beoogde 220V te produceren.

Hiermee is de inverterfase voor onze zelfstudie over het maken van UPS'en afgesloten.

In de volgende fase wordt het omschakeling relaiscircuit , en hoe de bovenstaande omvormer moet worden bedraad met de omschakelrelais om de automatische back-up van de omvormer en het opladen van de batterij te vergemakkelijken tijdens stroomuitval, en vice versa.

Relaisomschakeltrap en batterijladercircuit

De onderstaande afbeelding laat zien hoe het transformatorgedeelte van het invertercircuit kan worden geconfigureerd met een paar relais voor het implementeren van de automatische omschakeling voor het voorgestelde UPS-ontwerp.

De figuur toont ook een eenvoudig automatisch batterijladercircuit met behulp van de IC 741 aan de linkerkant van het diagram.

Laten we eerst kijken hoe de omschakelrelais zijn bedraad en daarna kunnen we verder gaan met de uitleg van de acculader.

In totaal zijn er 3 sets relais die in deze fase worden gebruikt:

1) 2 stuks SPDT-relais in de vorm van RL1 en RL2

2) Een DPDT-relais als RL3a en RL3b.

RL1 is verbonden met het batterijladercircuit en regelt de uitschakeling van het hoog / laag uitschakelniveau voor de batterij en bepaalt wanneer de batterij klaar is om te worden gebruikt voor de omvormer en wanneer deze moet worden verwijderd.

De SPDT RL2 en de DPDT (RL3a en RL3b) worden gebruikt voor de onmiddellijke omschakelingsacties tijdens een stroomstoring en herstel. RL2-contacten worden gebruikt voor het aansluiten of loskoppelen van de middelste kraan van de transformator met de batterij, afhankelijk van de beschikbaarheid of afwezigheid van het lichtnet.

RL3a en RLb, de twee sets contacten van het DPDT-relais, worden verantwoordelijk voor het schakelen van de belasting over het omvormersnet of het net tijdens stroomuitval of herstelperioden.

De spoelen van RL2 en DPDT RL3a / RL3b zijn verbonden met een 14V stroomvoorziening zodat deze relais snel worden geactiveerd en gedeactiveerd, afhankelijk van de status van het ingangsnet en de nodige omschakelingsacties uitvoeren. Deze 14V-voeding wordt ook gebruikt als bron voor het opladen van de omvormerbatterij terwijl de netstroom beschikbaar is.

De spoel van de RL1 is verbonden met het opamp-circuit dat het opladen van de batterij regelt en ervoor zorgt dat de stroomtoevoer naar de batterij van de 14V-bron wordt onderbroken zodra deze dezelfde waarde bereikt.

Het zorgt er ook voor dat, terwijl de batterij zich in de omvormermodus bevindt en wordt verbruikt door de belasting, het lagere ontladingsniveau nooit onder de 11 V komt, en het schakelt de batterij uit de omvormer wanneer deze rond dit niveau komt. Beide bewerkingen worden uitgevoerd door het relais RL1 in reactie op de opamp-opdrachten.

De opstellingsprocedure voor het bovenstaande UPS-acculadercircuit kan worden geleerd uit dit artikel dat wordt besproken hoe je een laag-hoog-afgesneden acculader maakt met behulp van IC 741

Nu hoeft het alleen maar alle bovenstaande fasen samen te integreren om een ​​fatsoenlijk ogende kleine UPS uit te voeren, die kan worden gebruikt om een ​​ononderbroken stroomvoorziening aan uw pc of een ander soortgelijk apparaat te leveren.

Dat is het, dit is het einde van onze tutorial voor het ontwerpen van een persoonlijk UPS-circuit dat gemakkelijk kan worden gedaan door elke nieuwe hobbyist door de bovenstaande gedetailleerde gids te volgen.