Hur man designar en avbrottsfri strömförsörjningskrets (UPS)

I den här korta handledningen lär vi oss hur man gör det utforma en anpassad UPS-krets hemma med vanliga komponenter som några NAND-IC och några reläer.

Vad är en UPS

UPS som står för avbrottsfri strömförsörjning är växelriktare utformade för att ge en sömlös nätström till en ansluten belastning utan en liten bit av avbrott, oavsett plötsliga strömavbrott eller fluktuationer eller till och med en utbrott.

En UPS blir användbar för datorer och annan sådan utrustning som involverar kritisk datahantering och inte har råd med strömavbrott under en viktig databehandlingsoperation.

För denna utrustning blir UPS väldigt praktisk på grund av dess omedelbara säkerhetskopiering av belastningen och för att ge användaren tillräckligt med tid för att spara datorns viktiga data, tills den faktiska nätströmmen återställs.

Detta innebär att en UPS måste vara extremt snabb med övergången från elnätet till växelriktaren (säkerhetskopieringsläge) och vice versa under ett eventuellt nätfel.

I den här artikeln lär vi oss hur man gör en enkel UPS med alla minsta möjliga funktioner, vilket säkerställer att den överensstämmer med ovanstående grunder och ger användaren en bra kvalitet utan avbrott under hela sin verksamhet.

UPS-scener

En grundläggande UPS-krets kommer att ha följande grundläggande steg:

1) En växelriktarkrets

2) Ett batteri

3) En batteriladdarkrets

4) Ett övergångskretssteg som använder reläer eller andra enheter såsom triacs eller SSRs.

Låt oss nu lära oss hur ovanstående kretssteg kan byggas och integreras tillsammans för att implementera ett rimligt anständigt UPS-system .

Blockdiagram

De nämnda funktionella stegen i en avbrottsfri strömförsörjningsenhet kunde förstås i detalj genom följande blockschema:

Här kan vi se att den huvudsakliga UPS-övergångsfunktionen utförs av ett par DPDT-relästeg.

Båda DPDT-reläerna drivs från en 12 V AC till DC-strömförsörjning eller adapter.

Det vänstra DPDT-reläet kan ses styra batteriladdaren. Batteriladdaren får ström när nätströmmen är tillgänglig via de övre reläkontakterna och levererar laddningsingången till batteriet via de nedre reläkontakterna. När nätströmmen misslyckas växlar reläkontakterna till N / C-kontakterna. De övre reläkontakterna stänger av strömmen till batteriladdaren, medan de nedre kontakterna nu ansluter batteriet till växelriktaren för att starta inverterarläget.

Reläkontakterna på höger sida används för att växla från elnätet till växelriktaren och vice versa.

En praktisk UPS-design

I följande diskussion kommer vi att försöka förstå och utforma en praktisk UPS-krets.

1) Omformaren.

Eftersom en UPS måste hantera viktiga och känsliga elektroniska apparater måste det involverade växelriktarsteget vara rimligt avancerat med sin vågform, det vill säga en vanlig fyrkantvågsomformare kanske inte rekommenderas för en UPS, och därför ser vi till vår design för att detta tillstånd tas väl hand om.

Även om jag har postat många växelriktarkretsar på denna webbplats, inklusive sofistikerad PWM sinewave-typer , här väljer vi en helt ny design bara för att göra artikeln mer intressant och lägga till en ny inverterarkrets i listan

UPS-designen använder bara en singel IC 4093 och ändå kan utföra en bra PWM-modifierad sinusvåg funktioner vid utgången.

Dellista

• N1 --- N3 NAND-grindar från IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Transformator = 9-0-9V / 10 ampere / 220V eller 120V
• R3 / R4 = 220k potten
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50V
• Alla motstånd är 1K 1/4 watt

Användning av växelriktarkrets

De IC 4093 består av 4 NAND-grindar av Schmidt-typ , är dessa grindar lämpligt konfigurerade och anordnade i den ovan visade växelriktarkretsen för implementering av de erforderliga specifikationerna.

En av grindarna N1 är riggad som en oscillator för att producera 200 Hz, medan en annan grind N2 är ansluten som den andra oscillatorn för att generera 50Hz-pulser.

Utgången från N1 används för att driva de anslutna mosfetterna med en hastighet på 200Hz medan porten N2 tillsammans med de extra grindarna N3 / N4 växlar mosfetsen växelvis med en hastighet på 50Hz.

Detta är för att säkerställa att mosfeterna aldrig får leda samtidigt från utsignalen från N1.

Utgångarna från N3, N4 bryter 200Hz från N1 till alternativa block av pulser som bearbetas av transformatorn för att producera en PWM AC vid den avsedda 220V.

Detta avslutar inverteraren för vår UPS-handledning.

Nästa steg förklarar övergångsreläkrets , och hur ovanstående växelriktare måste kopplas ihop med växlingsreläerna för att underlätta den automatiska säkerhetskopieringen och batteriladdningen vid strömavbrott, och vice versa.

Reläväxling och batteriladdarkrets

Bilden nedan visar hur transformatoravsnittet i växelriktarkretsen kan konfigureras med några reläer för att implementera den automatiska övergången för den föreslagna UPS-designen.

Figuren visar också en enkel automatisk batteriladdarkrets med hjälp av IC 741 på vänster sida av diagrammet.

Låt oss först lära oss hur övergångsreläerna är kopplade och sedan kan vi fortsätta med batteriladdarens förklaring.

Sammantaget finns det 3 uppsättningar reläer som används i detta steg:

1) 2 antal SPDT-reläer i form av RL1 och RL2

2) Ett DPDT-relä som RL3a och RL3b.

RL1 är ansluten med batteriladdarkretsen och den styr laddningsgränsen för hög / låg klippning för batteriet och avgör när batteribehovet är redo att användas för växelriktaren och när det behöver tas bort.

SPDT RL2 och DPDT (RL3a och RL3b) används för omedelbara övergångsåtgärder under ett strömavbrott och återställning. RL2-kontakter används för att ansluta eller koppla bort transformatorns mittkran med batteriet beroende på elnätets tillgänglighet eller frånvaro.

RL3a och RLb, som är de två kontakterna för DPDT-reläet, blir ansvariga för att växla belastningen över växelriktaren eller nätnätet under strömavbrott eller återställningsperioder.

Spolarna i RL2 och DPDT RL3a / RL3b är förenade med en 14V strömförsörjning så att dessa reläer snabbt aktiveras och avaktiveras beroende på ingångsnätstatus och gör nödvändiga övergångsåtgärder. Denna 14V strömförsörjning används också som källa för laddning av växelriktarbatteriet medan nätströmmen är tillgänglig.

Spolen på RL1 kan ses ansluten till opampkretsen som styr batteriladdningen av batteriet och säkerställer att tillförseln till batteriet från 14V-källan bryts så snart det når samma värde.

Det ser också till att medan batteriet är i växelriktarläge och förbrukas av lasten, kommer dess lägre urladdningsnivå aldrig att understiga 11V, och det stänger av batteriet från växelriktaren när det når runt denna nivå. Båda dessa operationer utförs av reläet RL1 som svar på opamp-kommandona.

Inställningsproceduren för ovanstående UPS-batteriladdarkrets kan läsas av denna artikel som diskuterar hur man gör en låg batteriladdare med hög avskärning med hjälp av IC 741

Nu behöver det helt enkelt integrera alla ovanstående steg tillsammans för att utföra en anständig liten UPS, som kan användas för att ge en avbrottsfri ström till din dator eller någon annan liknande gadget.

Det är det, detta avslutar vår handledning för att designa en personlig UPS-krets som enkelt kan göras av alla nya hobbyister genom att följa ovanstående detaljerade guide.