Απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα UPS

Σε αυτήν την ανάρτηση μαθαίνουμε για την κατασκευή ενός απλού διαδικτυακού αδιάλειπτου τροφοδοτικού (UPS) που εγγυάται την απρόσκοπτη μεταφορά τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος σε τροφοδοσία ρεύματος μετατροπέα για το φορτίο, λόγω της απουσίας επαχθών διακοπτών μεταφοράς ή ρελέ.

Τι είναι ένα διαδικτυακό UPS

Όπως υποδηλώνει το όνομα, ένα διαδικτυακό σύστημα UPS παραμένει συνεχώς συνδεδεμένο στο διαδίκτυο, και δεν πηγαίνει ποτέ εκτός σύνδεσης ακόμη και για ένα δευτερόλεπτο, καθώς η τροφοδοσία της μπαταρίας στον μετατροπέα UPS διατηρείται συνεχώς συνδεδεμένη, ανεξάρτητα από την κατάσταση του δικτύου AC.

Κατά τη διάρκεια της περιόδου είναι διαθέσιμη η είσοδος εναλλασσόμενου ρεύματος, πρώτα μετατρέπεται σε DC και κατεβαίνει στο επίπεδο της μπαταρίας.

Αυτό το DC φορτίζει την μπαταρία και επίσης υπερισχύει της μπαταρίας για ταυτόχρονη τροφοδοσία του μετατροπέα λόγω της υψηλότερης ισχύος του από την μπαταρία. Ο μετατροπέας μετατρέπει αυτό το DC στο εναλλασσόμενο ρεύμα για την τροφοδοσία του συνδεδεμένου φορτίου.

Σε περίπτωση που αποτύχει η παροχή ρεύματος, διακόπτεται η τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα και η μπαταρία συνδέεται συνεχώς στη γραμμή, αρχίζει τώρα να τροφοδοτεί τον μετατροπέα απρόσκοπτα, χωρίς διακοπή ισχύος στο φορτίο.

Online UPS vs Offline UPS

Η κύρια διαφορά μεταξύ ενός διαδικτυακού UPS και ενός UPS εκτός σύνδεσης είναι ότι, σε αντίθεση με το UPS εκτός σύνδεσης, το διαδικτυακό UPS δεν εξαρτάται από μηχανικό ρελέ εναλλαγής ή διακόπτες μεταφοράς για μετάβαση από εναλλασσόμενο ρεύμα σε τροφοδοτικό εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια αστοχίας δικτύου AC (όπως φαίνεται παρακάτω).

Αφ 'ετέρου, Συστήματα UPS εκτός σύνδεσης όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα μπλοκ, βασιστείτε σε μηχανικά ρελέ για τη μεταφορά του UPS στη λειτουργία μετατροπέα, κατά την απουσία τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος.

Σε αυτά τα συστήματα όταν είναι διαθέσιμο το δίκτυο AC, η τροφοδοσία τροφοδοτείται απευθείας στο φορτίο μέσω ενός συνόλου επαφών ρελέ και η μπαταρία διατηρείται στη λειτουργία φόρτισης μέσω ενός άλλου συνόλου επαφών ρελέ.

Μόλις αποτύχει το δίκτυο AC, οι σχετικές επαφές ρελέ απενεργοποιούν και αλλάζουν την μπαταρία από το λειτουργία φόρτισης σε λειτουργία μετατροπέα , και το φορτίο από το δίκτυο AC στο AC inverter.

Αυτό συνεπάγεται ότι η διαδικασία μεταφοράς τείνει να συνεπάγεται μια μικρή καθυστέρηση, αν και σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, ενώ αλλάζει από το δίκτυο δικτύου στο δίκτυο του μετατροπέα.

Αυτή η καθυστέρηση αν και μικρή μπορεί να είναι κρίσιμη για ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό όπως Υπολογιστές ή συστήματα που βασίζονται σε μικροελεγκτές.

Επομένως το διαδικτυακό Σύστημα UPS φαίνεται να είναι πιο αποτελεσματικό από ένα UPS εκτός σύνδεσης όσον αφορά την ταχύτητα και την ομαλότητα, κατά τη διαδικασία αλλαγής από δίκτυο AC σε εναλλασσόμενο ρεύμα AC για όλους τους τύπους συσκευών.

Σχεδιάζοντας ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα UPS / μετατροπέα

Όπως συζητήθηκε στις παραπάνω ενότητες, το να κάνετε ένα απλό διαδικτυακό UPS φαίνεται πραγματικά πολύ εύκολο.

Θα αγνοήσουμε το φίλτρο EMI για λόγους απλότητας και επίσης επειδή ο μετατροπέας στο σχεδιασμό μας θα είναι χαμηλής συχνότητας (50 Hz) μετασχηματιστής σιδήρου-πυρήνα με βάση μετατροπέα, και το SMPS θα περιλαμβάνει ήδη ενσωματωμένο Φίλτρα EMI για τις απαραίτητες διορθώσεις.

Χρειαζόμαστε τα ακόλουθα υλικά για τον βασικό διαδικτυακό σχεδιασμό UPS:

• Μια έτοιμη μονάδα Mains AC to DC 14 V 5 Amp SMPS.
• Ένα σύστημα αποκοπής υπερφόρτισης μπαταρίας με σταθερό ρεύμα κύκλωμα φορτιστή.
• Στάδιο κυκλώματος διακοπής αποφόρτισης μπαταρίας.
• Μπαταρία 12 V / 7Ah
• Οποιος απλό κύκλωμα μετατροπέα από αυτόν τον ιστότοπο.

Διαγράμματα κυκλώματος και στάδια

Τα διάφορα στάδια κυκλώματος για το προτεινόμενο ηλεκτρονικό κύκλωμα UPS μπορούν να αντληθούν από τις ακόλουθες λεπτομέρειες:

1) Κυκλώματα διακοπής μπαταρίας : Το παρακάτω κύκλωμα δείχνει το πολύ σημαντικό κύκλωμα αποκοπής υπερφόρτισης μπαταρίας, χτισμένο γύρω από μερικά op amp στάδια .

Η αριστερή πλευρά του ενισχυτή έχει διαμορφωθεί για έλεγχο της υπερφόρτισης της μπαταρίας. Ο ακροδέκτης # 3 του ενισχυτή συνδέεται με τη μπαταρία θετική για την ανίχνευση του επιπέδου τάσης. Όταν αυτή η τάση μπαταρίας στον ακροδέκτη # 3 υπερβαίνει την αντίστοιχη τιμή zener ακροδέκτη # 2, ο ακροδέκτης εξόδου op amp # 6 γυρίζει ψηλά.

Αυτό ενεργοποιεί το ρελέ μέσω του Τρανζίστορ προγράμματος οδήγησης BC547 προκαλώντας την αλλαγή των επαφών ρελέ από το N / C σε N / O, το οποίο διακόπτει την παροχή φόρτισης στην μπαταρία, αποτρέποντας την υπερφόρτιση της μπαταρίας.

Τα σχόλια αντίσταση υστέρησης απέναντι από τον ακροδέκτη # 6 και τον ακροδέκτη # 3 του αριστερού ενισχυτή προκαλεί το ρελέ να ασφαλίσει για ορισμένο χρονικό διάστημα, έως ότου η τάση της μπαταρίας πέσει σε ένα επίπεδο κάτω από το όριο συγκράτησης της υστέρησης, γεγονός που αναγκάζει τον πείρο # 3 να πέσει χαμηλά, και αντίστοιχα ο πείρος # 6 πηγαίνει επίσης χαμηλά, απενεργοποιώντας το ρελέ. Οι επαφές ρελέ επανέρχονται πλέον στο N / C, αποκαθιστώντας την τροφοδοσία φόρτισης στην μπαταρία.

Κύκλωμα αποκοπής υπερφόρτισης

Η δεξιά πλευρά του ενισχυτή ελέγχει το όριο υπερφόρτισης της μπαταρίας ή του χαμηλή μπαταρία κατάσταση. Όσο η τάση pin # 3 αυτού του ενισχυτή παραμένει πάνω από το επίπεδο αναφοράς του pin # 2 (όπως ορίζεται από την προεπιλογή pin # 3), η έξοδος op amp συνεχίζει να είναι υψηλή.

Αυτή η υψηλή απόδοση στον πείρο # 6 επιτρέπει στο συνδεδεμένο MOSFET να παραμείνει στη λειτουργία αγωγιμότητας, γεγονός που επιτρέπει στον μετατροπέα να ενεργοποιηθεί μέσω της αρνητικής γραμμής.

Σε περίπτωση που η μπαταρία έχει εξαντληθεί υπερβολικά από το φορτίο μετατροπέα, το επίπεδο του πείρου ενισχυτή # 3 πέφτει κάτω από την τάση αναφοράς του πείρου # 2, προκαλώντας τη μείωση του πείρου # 6 του IC, το οποίο διακόπτει το MOSFET και τον μετατροπέα .

Τρέχον στάδιο ελέγχου

Το BJT που σχετίζεται με το MOSFET σχηματίζει ένα τρέχον κύκλωμα ελέγχου για το ηλεκτρονικό UPS, το οποίο επιτρέπει στη φόρτιση της μπαταρίας μέσω σταθερού ρεύματος.

Το R2 πρέπει να υπολογιστεί για να ορίσει το μέγιστο επίπεδο ελέγχου ρεύματος για την μπαταρία και τον μετατροπέα. Μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

R2 = 0,7 / Μέγιστο ρεύμα

δύο) Κύκλωμα μετατροπέα : Το κύκλωμα μετατροπέα για online σύστημα UPS, το οποίο πρέπει να συνδεθεί με τα παραπάνω κύκλωμα ελεγκτή μπαταρίας φαίνεται παρακάτω.

Επιλέξαμε ένα Κύκλωμα βασισμένο στο IC 555 για λόγους απλότητας και επίσης για τη διασφάλιση επαρκούς εμβέλειας εξόδου ισχύος.

Αυτός ο μετατροπέας θα παραμείνει συνδεδεμένος όσο το κύκλωμα φορτιστή και η μπαταρία παραμένουν λειτουργικά, και δίκτυο AC τροφοδοτείται κατάλληλα στο σύστημα μέσω α Κύκλωμα AC to DC SMPS με ονομαστική τιμή 14V, 5 amp , ή σύμφωνα με τη συγκεκριμένη βαθμολογία ισχύος του συστήματος, η οποία είναι πλήρως προσαρμόσιμη.

Η ανατροφοδότηση BJT στις πύλες των μετατροπέων MOSFET διασφαλίζει ότι η τάση εξόδου του μετατροπέα δεν υπερβαίνει ποτέ πάνω από το ασφαλές επίπεδο και τροφοδοτείται με ελεγχόμενο τρόπο.

Αυτό ολοκληρώνει τον απλό διαδικτυακό σχεδιασμό κυκλώματος UPS, το οποίο εξασφαλίζει συνεχή αδιάλειπτη ηλεκτρονική ισχύ σε οποιοδήποτε φορτίο εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο πρέπει να λειτουργεί χωρίς διακοπή ανεξάρτητα από τη διαθεσιμότητα εναλλασσόμενου ρεύματος.