Keskeytymättömän virtalähteen (UPS) piirin suunnittelu

Tässä lyhyessä opetusohjelmassa opimme kuinka suunnitella räätälöity UPS-piiri kotona tavallisilla komponenteilla, kuten muutama NAND IC ja jotkut releet.

Mikä on UPS

UPS, joka tarkoittaa keskeytymätöntä virtalähdettä, ovat taajuusmuuttajia, jotka on suunniteltu tarjoamaan saumaton vaihtovirtalähde liitetylle kuormalle ilman pienintäkään keskeytystä riippumatta äkillisistä sähkökatkoista tai -vaihteluista tai jopa ruskeasta loppumisesta.

UPS: stä tulee hyötyä tietokoneille ja muille vastaaville laitteille, joihin liittyy kriittistä datankäsittelyä ja joilla ei ole varaa katkaista verkkovirtaa keskeisen tietojenkäsittelyn aikana.

Näille laitteille UPS: stä tulee erittäin kätevä, koska sillä on hetkellinen varaustuki kuormitukseen ja se tarjoaa käyttäjälle riittävästi aikaa tallentaa tietokoneen tärkeät tiedot, kunnes todellinen verkkovirta palautuu.

Tämä tarkoittaa, että UPS: n on oltava erittäin nopea siirtyessään verkkovirrasta taajuusmuuttajaan (varmuuskopiointitila) ja päinvastoin mahdollisen verkkovirran toimintahäiriön aikana.

Tässä artikkelissa opitaan, kuinka tehdä yksinkertainen UPS, jolla on kaikki vähimmäisominaisuudet, varmistaen, että se noudattaa yllä olevia perusteita ja tarjoaa käyttäjälle laadukkaan keskeytymättömän virran koko toimintansa ajan.

UPS-vaiheet

Perus UPS-piiri seuraavat perusvaiheet:

1) Taajuusmuuttajapiiri

2) Akku

3) Akkulaturi

4) Vaihtopiirin vaihe, jossa käytetään releitä tai muita laitteita, kuten triakeja tai SSR: itä.

Nyt opitaan, miten yllä olevat piirivaiheet voidaan rakentaa ja integroida yhdessä kohtuullisen kunnollisen toteuttamiseksi UPS-järjestelmä .

Lohkokaavio

Mainitut keskeytymättömän virtalähteen toiminnalliset vaiheet voidaan ymmärtää yksityiskohtaisesti seuraavan lohkokaavion kautta:

Täällä voimme nähdä, että UPS: n päävaihtotoiminto suoritetaan parilla DPDT-releestä.

Molemmat DPDT-releet saavat virtansa 12 V: n vaihtovirrasta tasavirtalähteeseen tai adapteriin.

Vasemmanpuoleinen DPDT-rele näkyy ohjaamassa akkulaturia. Akkulaturi saa virran, kun verkkovirta on käytettävissä ylempien releen koskettimien kautta, ja toimittaa lataustulon akkuun alempien releen koskettimien kautta. Kun verkkovirta katkeaa, releen koskettimet vaihtavat N / C-koskettimiin. Ylemmät relekoskettimet katkaisevat virran akkulaturista, kun taas alemmat koskettimet yhdistävät akun taajuusmuuttajaan invertteritilan toiminnan aloittamiseksi.

Oikeanpuoleisia releen koskettimia käytetään vaihtamiseen verkkovirrasta vaihtovirtaverkkoon invertteriverkkoon ja päinvastoin.

Käytännöllinen UPS-suunnittelu

Seuraavassa keskustelussa yritämme ymmärtää ja suunnitella käytännöllisen UPS-piirin.

1) Taajuusmuuttaja.

Koska UPS: n on käsiteltävä tärkeitä ja herkkiä elektronisia laitteita, mukana olevan taajuusmuuttajan vaiheen on oltava kohtuullisen edistynyt aaltomuodonsa kanssa, toisin sanoen tavallista neliöaaltosuuntaajaa ei ehkä suositella UPS: lle, ja siksi suunnittelumme takaa, että tämä tila hoidetaan osuvasti.

Vaikka olen lähettänyt monet taajuusmuuttajan piirit tällä verkkosivustolla, myös hienostunut PWM-siniaaltotyypit , tässä valitaan täysin uusi muotoilu vain artikkelin kiinnostavuuden lisäämiseksi ja lisätään uusi invertteripiiri luetteloon

UPS-suunnittelu käyttää vain yhtä IC 4093 ja silti pystyy toteuttamaan hyvän PWM-modifioidun siniaallon toimii ulostulossa.

Osaluettelo

• N1 --- N3 NAND portit IC 4093: sta
• Mosfets = IRF540
• Muuntaja = 9-0-9V / 10 ampeeria / 220V tai 120V
• R3 / R4 = 220k potti
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V
• Kaikki vastukset ovat 1K 1/4 wattia

Taajuusmuuttajan piirin käyttö

IC 4093 koostuu neljästä Schmidt-tyyppisestä NAND-portista , nämä portit on asianmukaisesti konfiguroitu ja järjestetty yllä esitettyyn taajuusmuuttajan piiriin vaadittujen spesifikaatioiden toteuttamiseksi.

Yksi portista N1 on kiinnitetty oskillaattorina tuottamaan 200 Hz, kun taas toinen portti N2 on johdotettu toisena oskillaattorina 50 Hz: n pulssien muodostamiseksi.

N1: n lähtöä käytetään liitettyjen mosfettien ajamiseen 200 Hz: n taajuudella, kun taas portti N2 yhdessä lisäporttien N3 / N4 kanssa kytkee mosfettejä vuorotellen 50 Hz: n taajuudella.

Tällä varmistetaan, että mosfettien ei koskaan anneta toimia samanaikaisesti N1: n lähdöstä.

N3: n, N4: n lähdöt hajottavat 200 Hz: n N1: stä vaihtoehtoisiin pulssilohkoihin, joita muuntaja käsittelee PWM AC: n tuottamiseksi aiotulla 220 V: lla.

Tämä päättää invertterivaiheen UPS: n valmistusoppaalle.

Seuraava vaihe selittää vaihtorelepiiri , ja kuinka yllä oleva invertteri on kytkettävä vaihtoreleisiin automaattisen taajuusmuuttajan varmuuskopioinnin ja akun lataamisen helpottamiseksi verkkovirran aikana ja päinvastoin.

Releen vaihtovaihe ja akkulaturi

Alla oleva kuva osoittaa, kuinka invertteripiirin muuntajaosa voidaan konfiguroida muutamalla releellä automaattisen vaihtamisen toteuttamiseksi ehdotetulle UPS-suunnittelulle.

Kuvassa näkyy myös a yksinkertainen automaattinen akkulaturi käyttämällä kaavion vasemmalla puolella olevaa IC 741: tä.

Ensin opitaan, kuinka vaihtoreleet on kytketty, ja sitten voimme jatkaa akkulaturin selitystä.

Kaikkiaan tässä vaiheessa käytetään 3 sarjaa releitä:

1) 2 nosta SPDT-releitä RL1: n ja RL2: n muodossa

2) Yksi DPDT-rele RL3a ja RL3b.

RL1 on kiinnitetty akkulaturipiiriin, ja se ohjaa akun ylä- / alarajan lataustason katkaisua ja määrittää, milloin akun tarve on käyttövalmis taajuusmuuttajalle ja milloin se on irrotettava.

SPDT RL2: ta ja DPDT: tä (RL3a ja RL3b) käytetään välittömiin vaihtotoimintoihin virtakatkoksen ja palautuksen aikana. RL2-koskettimia käytetään muuntajan keskihanan kytkemiseen tai irrottamiseen paristolla verkkovirran saatavuuden tai poissaolon mukaan.

RL3a ja RLb, jotka ovat DPDT-releen kaksi kosketinsarjaa, ovat vastuussa kuorman vaihtamisesta taajuusmuuttajan verkkoon tai verkkoon sähkökatkojen tai palautusjaksojen aikana.

RL2: n ja DPDT: n kelat RL3a / RL3b on liitetty 14 V: lla virtalähde siten, että nämä releet aktivoituvat ja deaktivoituvat nopeasti verkkovirran tilasta riippuen ja tekevät tarvittavat vaihtotoimenpiteet. Tätä 14 V: n virtalähdettä käytetään myös lähteenä taajuusmuuttajan akun lataamiseen verkkovirran ollessa käytettävissä.

RL1: n kela voidaan nähdä kytkettynä opamp-piiriin, joka ohjaa akun latausta ja varmistaa, että 14 V: n lähteestä tuleva akun syöttö katkeaa heti, kun se saavuttaa saman arvon.

Se varmistaa myös, että kun akku on invertteritilassa ja kuorma kuluttaa sitä, sen alempi purkautumistaso ei koskaan laske alle 11 V: n ja se katkaisee akun invertteristä, kun se saavuttaa tämän tason. Molemmat nämä toiminnot suorittaa rele RL1 vastauksena opamp-komentoihin.

Yllä olevan UPS-akkulaturipiirin määritysmenettely voidaan oppia tästä artikkelista, jossa käsitellään kuinka tehdä matala korkea katkaistu akkulaturi IC 741: n avulla

Nyt sen on yksinkertaisesti integroitava kaikki yllä olevat vaiheet kunnollisen näköisen pienen UPS: n toteuttamiseksi, jota voidaan käyttää toimittamaan keskeytymätöntä virtaa tietokoneellesi tai muulle vastaavalle laitteelle.

Siinä kaikki, tämä päättää opetusohjelmamme henkilökohtaisen UPS-piirin suunnittelusta, jonka kuka tahansa harrastaja voi helposti tehdä noudattamalla yllä olevaa yksityiskohtaista opasta.