כיצד לתכנן מעגל ספק כוח ללא הפרעה (UPS)

במדריך קצר זה אנו לומדים כיצד לעצב מעגל UPS מותאם אישית בבית תוך שימוש ברכיבים רגילים כגון מספר מכשירי NAND וכמה ממסרים.

מה זה UPS

UPS אשר מייצג אספקת חשמל ללא הפרעה הם ממירים שנועדו לספק כוח זרם זרם חלק לעומס מחובר ללא מעט הפרעה, ללא קשר לכשלים או תנודות פתאומיות או אפילו השחרה.

UPS הופך להיות שימושי למחשבים אישיים וציוד אחר כזה הכרוך בטיפול בנתונים קריטיים ואינו יכול להרשות לעצמו הפסקת חשמל ברשת במהלך פעולת עיבוד נתונים חיונית.

עבור ציוד זה UPS הופך להיות שימושי מאוד בגלל גיבוי הכוח המיידי שלו לעומס, ומספק למשתמש זמן רב לשמור את הנתונים החשובים של המחשב, עד להחזרת החשמל בפועל.

המשמעות היא ש- UPS חייב להיות מהיר במיוחד עם המעבר שלו לרשת המהפך (מצב גיבוי) ולהיפך במהלך תקלה אפשרית בחשמל.

במאמר זה אנו לומדים כיצד ליצור UPS פשוט עם כל התכונות המינימליות החשופות, ולהבטיח שהוא תואם את היסודות הנ'ל ומספק למשתמש כוח ללא הפרעה באיכות טובה במהלך פעולותיו.

שלבי UPS

מעגל UPS בסיסי יהיו בשלבים הבסיסיים הבאים:

1) מעגל מהפך

2) סוללה

3) מעגל מטען סוללות

4) שלב מעגל מעבר באמצעות ממסרים או התקנים אחרים כגון טריאקים או SSR.

בואו ונלמד כיצד ניתן לבנות ולשלב את שלבי המעגלים הנ'ל ליישום סביר הגון מערכת UPS .

תרשים בלוקים

ניתן להבין בפירוט את השלבים הפונקציונליים שהוזכרו של יחידת אספקת חשמל ללא הפרעה:

כאן אנו יכולים לראות כי פונקציית המעבר העיקרית של ה- UPS מתבצעת על ידי כמה שלבי ממסר DPDT.

שני ממסרי ה- DPDT מופעלים באמצעות ספק כוח או מתאם 12 וולט DC.

ניתן לראות את ממסר DPDT בצד שמאל השולט במטען הסוללה. מטען הסוללה מופעל כאשר רשת החשמל זמינה דרך אנשי הקשר הממסרים העליונים, ומספקת את כניסת הטעינה לסוללה באמצעות אנשי הקשר הממסרים התחתונים. כאשר רשת החשמל נכשלת, אנשי הקשר ממסר עוברים לאנשי ה- N / C. מגעי הממסר העליונים מכבים את הכוח למטען הסוללה, ואילו המגעים התחתונים מחברים כעת את הסוללה עם המהפך כדי להתחיל את פעולת מצב המהפך.

אנשי הקשר ממסר בצד ימין משמשים להחלפה מרשת החשמל לרשת החשמל המהפך, ולהיפך.

עיצוב UPS מעשי

בדיון הבא ננסה להבין ולעצב מעגל UPS מעשי.

1) המהפך.

מכיוון ש- UPS נאלץ להתמודד עם מכשירים אלקטרוניים מכריעים ורגישים, שלב ההפוך המעורב חייב להיות מתקדם באופן סביר עם צורת הגל שלו, במילים אחרות, ייתכן שלא מומלץ להמיר מהפך גל מרובע רגיל ל- UPS, ולכן לצורך העיצוב שלנו אנו מקפידים מצב זה מטופל כראוי.

למרות שפרסמתי מעגלי מהפך רבים באתר זה, כולל מתוחכם סוגי גלי סינוס PWM , כאן אנו בוחרים עיצוב חדש לחלוטין רק כדי להפוך את המאמר למעניין יותר, ונוסיף מעגל מהפך חדש ברשימה

עיצוב ה- UPS משתמש בסינגל אחד בלבד IC 4093 ועם זאת הוא מסוגל לבצע גל סינוס שונה עם PWM פונקציות בפלט.

רשימת חלקים

• N1 --- N3 שערי NAND מ- IC 4093
• Mosfets = IRF540
• שנאי = 9-0-9 וולט / 10 אמפר / 220 וולט או 120 וולט
• R3 / R4 = סיר 220k
• C1 / C2 = 0.1uF / 50V
• כל הנגדים הם 1K 1/4 וואט

הפעלת מעגל מהפך

ה IC 4093 מורכב מארבעה שערים NAND מסוג שמידט , שערים אלה מוגדרים כראוי ומסודרים במעגל המהפך המוצג לעיל, ליישום המפרט הנדרש.

אחד השערים N1 מותקן כמתנד לייצור 200 הרץ, בעוד שער N2 נוסף מחובר כמתנד השני ליצירת פעימות 50 הרץ.

הפלט מ- N1 משמש להנעת מוספטים מחוברים בקצב של 200 הרץ ואילו השער N2 יחד עם השערים הנוספים N3 / N4, מחליף את המוספטים לסירוגין בקצב של 50 הרץ.

זאת על מנת להבטיח שלעולם לא יתאפשר למוספטים להתנהל בו זמנית מפלט N1.

היציאות מ- N3, N4 שוברות את 200 הרץ מ- N1 לגושי פולסים חלופיים אשר מעובדים על ידי השנאי כדי לייצר AC PWM ב -220 וולט המיועדים.

זה מסיים את שלב המהפך להדרכת הכנת UPS שלנו.

השלב הבא מסביר את מעגל ממסר מעבר , וכיצד יש לחבר את המהפך הנ'ל עם ממסרי המעבר כדי להקל על פעולות הגיבוי האוטומטי של ההופך וטעינה של הסוללה במהלך תקלה ברשת, ולהיפך.

שלב החלפת ממסר ומעגל מטען סוללות

התמונה למטה מראה כיצד ניתן להגדיר את קטע השנאי במעגל המהפך עם מספר ממסרים ליישום המעבר האוטומטי לתכנון ה- UPS המוצע.

האיור מראה גם א מעגל מטען סוללות אוטומטי פשוט באמצעות IC 741 בצד שמאל של התרשים.

ראשית בואו נלמד כיצד מחוברים ממסרי המעבר ואז נוכל להמשיך בהסבר למטען הסוללה.

בסך הכל יש 3 סטים של ממסרים המשמשים בשלב זה:

1) 2 מס 'ממסרי SPDT בצורה של RL1 ו- RL2

2) ממסר DPDT אחד כ- RL3a ו- RL3b.

RL1 מחובר עם מעגל מטען הסוללות והוא שולט בניתוק רמת הטעינה הגבוהה / נמוכה של הסוללה וקובע מתי צרכי הסוללה מוכנים לשימוש עבור המהפך ומתי יש להסירו.

SPDT RL2 ו- DPDT (RL3a ו- RL3b) משמשים לפעולות מעבר מיידיות במהלך הפסקת חשמל ושיקום. אנשי קשר RL2 משמשים לחיבור או ניתוק הברז המרכזי של השנאי עם הסוללה, תלוי בזמינות או בהיעדר הרשת.

RL3a ו- RLb שהם שתי קבוצות המגעים של ממסר DPDT הופכות לאחריות להחלפת העומס על גבי רשת המהפך או על רשת החשמל במהלך הפסקות חשמל או תקופות שחזור.

סלילי RL2 ו- DPDT RL3a / RL3b מחוברים עם 14V ספק כוח כאלה שממסרים אלה מפעילים ומבוטלים במהירות בהתאם למצב הרשת הקלט ולעשות את פעולות המעבר הדרושות. אספקת 14 וולט זו משמשת גם כמקור לטעינת סוללת המהפך בזמן שהחשמל לרשת זמין.

ניתן לראות את סליל ה- RL1 מחובר למעגל האופמפ השולט על טעינת הסוללה של הסוללה ומבטיח שהאספקה ​​לסוללה ממקור 14V מנותקת ברגע שהיא מגיעה לאותו ערך.

זה גם מוודא שבעוד שהסוללה במצב מהפך ונצרכת על ידי העומס, רמת הפריקה התחתונה שלה לעולם לא תלך מתחת ל -11 וולט, והיא מנתקת את הסוללה מהמהפך כאשר היא מגיעה לרמה זו. שתי הפעולות הללו מבוצעות על ידי ממסר RL1 בתגובה לפקודות האופמפ.

ניתן ללמוד את הליך ההגדרה של מעגל מטעי הסוללה UPS הנ'ל ממאמר זה המתייחס לדיסקיות כיצד להכין מטען סוללות נמוך מנותק באמצעות IC 741

עכשיו זה פשוט צריך לשלב את כל השלבים הנ'ל יחד לביצוע UPS קטן ונאה למראה, שיכול לשמש לספק חשמל ללא הפרעה למחשב האישי שלך או לכל גאדג'ט דומה אחר.

זהו, זה מסכם את ההדרכה שלנו לעיצוב מעגל UPS אישי שניתן לעשות בקלות על ידי כל חובב חדש על ידי ביצוע המדריך המפורט לעיל.