Come progettare un circuito UPS (Uninterruptible Power Supply)

In questo breve tutorial impariamo come farlo progettare un circuito UPS personalizzato a casa utilizzando componenti ordinari come alcuni circuiti integrati NAND e alcuni relè.

Cos'è un UPS

Gli UPS, che sta per uninterruptible power supply, sono inverter progettati per fornire un'alimentazione di rete CA continua a un carico collegato senza la minima interruzione, indipendentemente da improvvise interruzioni di corrente, fluttuazioni o persino interruzioni.

Un UPS diventa utile per PC e altre apparecchiature simili che implicano la gestione dei dati critici e non possono permettersi l'interruzione dell'alimentazione di rete durante un'operazione vitale di elaborazione dei dati.

Per queste apparecchiature l'UPS diventa molto utile grazie alla sua alimentazione istantanea di riserva al carico e per fornire all'utente tutto il tempo necessario per salvare i dati cruciali del computer, fino a quando non viene ripristinata l'alimentazione di rete effettiva.

Ciò significa che un UPS deve essere estremamente veloce nel passaggio da rete a inverter (modalità backup) e viceversa durante un possibile malfunzionamento della rete.

In questo articolo impariamo come realizzare un semplice UPS con tutte le caratteristiche minime, assicurandoci che sia conforme ai principi di base di cui sopra e fornisca all'utente un'alimentazione ininterrotta di buona qualità durante il corso delle sue operazioni.

Fasi UPS

Un circuito UPS di base avrà le seguenti tappe fondamentali:

1) Un circuito inverter

2) Una batteria

3) Un circuito caricabatteria

4) Uno stadio del circuito di commutazione che utilizza relè o altri dispositivi come triac o SSR.

Ora impariamo come gli stadi del circuito di cui sopra possono essere costruiti e integrati insieme per implementare un sistema ragionevolmente decente Sistema UPS .

Diagramma a blocchi

Le fasi funzionali menzionate di un gruppo di continuità possono essere comprese in dettaglio attraverso il seguente schema a blocchi:

Qui possiamo vedere che la funzione principale di commutazione dell'UPS è svolta da un paio di stadi di relè DPDT.

Entrambi i relè DPDT sono alimentati da un alimentatore o adattatore da 12 V CA a CC.

Il relè DPDT sul lato sinistro può essere visto che controlla il caricabatteria. Il caricabatterie viene alimentato quando la rete CA è disponibile attraverso i contatti del relè superiori e fornisce l'ingresso di carica alla batteria tramite i contatti del relè inferiori. Quando la rete CA viene a mancare, i contatti del relè passano ai contatti N / C. I contatti del relè superiore interrompono l'alimentazione del caricabatteria, mentre i contatti inferiori ora collegano la batteria con l'inverter per avviare il funzionamento in modalità inverter.

I contatti del relè sul lato destro vengono utilizzati per il passaggio dalla rete CA di rete alla rete CA dell'inverter e viceversa.

Un pratico design UPS

Nella discussione seguente cercheremo di comprendere e progettare un pratico circuito UPS.

1) L'inverter.

Poiché un UPS deve occuparsi di apparecchiature elettroniche cruciali e sensibili, lo stadio dell'inverter coinvolto deve essere ragionevolmente avanzato con la sua forma d'onda, in altre parole un normale inverter a onda quadra potrebbe non essere raccomandato per un UPS, e quindi per la nostra progettazione ci assicuriamo che questa condizione è opportunamente curata.

Anche se ho postato molti circuiti inverter in questo sito Web, anche sofisticato Tipi di onde sinusoidali PWM , qui selezioniamo un design completamente nuovo solo per rendere l'articolo più interessante e aggiungiamo un nuovo circuito inverter nell'elenco

Il design dell'UPS ne utilizza solo uno IC 4093 ed è ancora in grado di eseguire una buona onda sinusoidale modificata PWM funzioni in uscita.

Elenco delle parti

• N1 --- N3 porte NAND da IC 4093
• Mosfet = IRF540
• Trasformatore = 9-0-9 V / 10 A / 220 V o 120 V.
• R3 / R4 = 220k pot
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V.
• Tutti i resistori sono 1K 1/4 watt

Funzionamento del circuito inverter

Il IC 4093 è costituito da 4 porte NAND di tipo Schmidt , queste porte sono opportunamente configurate e disposte nel circuito inverter sopra illustrato, per implementare le specifiche richieste.

Una delle porte N1 è configurata come un oscillatore per produrre 200 Hz, mentre un'altra porta N2 è cablata come secondo oscillatore per generare impulsi a 50 Hz.

L'uscita da N1 viene utilizzata per pilotare i mosfet collegati alla velocità di 200Hz mentre il gate N2 insieme ai gate aggiuntivi N3 / N4, commuta i mosfet alternativamente alla velocità di 50Hz.

Questo per garantire che i mosfet non possano mai condurre simultaneamente dall'uscita di N1.

Le uscite da N3, N4 interrompono i 200Hz da N1 in blocchi alternati di impulsi che vengono elaborati dal trasformatore per produrre un AC PWM alla 220V prevista.

Questo conclude la fase dell'inverter per il nostro tutorial sulla realizzazione di UPS.

La fase successiva spiega il circuito del relè di commutazione , e come occorre cablare il suddetto inverter con i relè di scambio per facilitare le operazioni di back up automatico dell'inverter e di ricarica delle batterie in caso di mancanza rete, e viceversa.

Fase di commutazione relè e circuito caricabatteria

L'immagine seguente mostra come la sezione del trasformatore del circuito inverter può essere configurata con alcuni relè per implementare la commutazione automatica per il progetto UPS proposto.

La figura mostra anche un file semplice circuito caricabatteria automatico utilizzando l'IC 741 sul lato sinistro del diagramma.

Per prima cosa impariamo come sono cablati i relè in scambio e poi possiamo procedere con la spiegazione del caricabatteria.

In tutto ci sono 3 set di relè che vengono utilizzati in questa fase:

1) 2 n. Di relè SPDT sotto forma di RL1 e RL2

2) Un relè DPDT come RL3a e RL3b.

RL1 è collegato al circuito del caricabatteria e controlla l'interruzione del livello di carica del taglio alto / basso per la batteria e determina quando la batteria deve essere pronta per essere utilizzata per l'inverter e quando deve essere rimossa.

L'SPDT RL2 e il DPDT (RL3a e RL3b) vengono utilizzati per le azioni di commutazione istantanea durante un'interruzione di corrente e un ripristino. I contatti RL2 vengono utilizzati per collegare o scollegare la presa centrale del trasformatore con la batteria a seconda della disponibilità o dell'assenza di rete.

RL3a e RLb, che sono le due serie di contatti del relè DPDT, diventano responsabili della commutazione del carico attraverso la rete dell'inverter o la rete della rete durante le interruzioni di corrente oi periodi di ripristino.

Le bobine di RL2 e DPDT RL3a / RL3b sono unite con un 14V Alimentazione elettrica in modo tale che questi relè si attivino e disattivino rapidamente in base allo stato della rete di ingresso e compiano le necessarie azioni di commutazione. Questa alimentazione a 14 V viene utilizzata anche come fonte per caricare la batteria dell'inverter mentre è disponibile l'alimentazione di rete.

La bobina dell'RL1 può essere vista collegata al circuito operazionale che controlla la carica della batteria della batteria e assicura che l'alimentazione alla batteria dalla sorgente 14V venga interrotta non appena raggiunge lo stesso valore.

Assicura inoltre che mentre la batteria è in modalità inverter ed è consumata dal carico, il suo livello di scarica inferiore non scenda mai al di sotto di 11V e interrompe la batteria dall'inverter quando raggiunge questo livello. Entrambe queste operazioni vengono eseguite dal relè RL1 in risposta ai comandi opamp.

La procedura di configurazione per il circuito di carica della batteria dell'UPS sopra può essere appresa da questo articolo che discus come realizzare un caricabatteria con interruzione basso alto utilizzando IC 741

Ora deve semplicemente integrare tutte le fasi di cui sopra insieme per eseguire un piccolo UPS dall'aspetto decente, che potrebbe essere utilizzato per fornire un'alimentazione ininterrotta al tuo PC o qualsiasi altro gadget simile.

Ecco fatto, questo conclude il nostro tutorial per la progettazione di un circuito UPS personale che può essere facilmente realizzato da qualsiasi nuovo hobbista seguendo la guida dettagliata sopra.