So entwerfen Sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)

In diesem kurzen Tutorial lernen wir, wie es geht Entwerfen Sie eine maßgeschneiderte USV-Schaltung zu Hause mit normalen Komponenten wie einigen NAND-ICs und einigen Relais.

Was ist eine USV?

USV, die für unterbrechungsfreie Stromversorgung steht, sind Wechselrichter, die eine nahtlose Wechselstromversorgung für eine angeschlossene Last ohne geringste Unterbrechung bereitstellen, unabhängig von plötzlichen Stromausfällen oder Schwankungen oder sogar einem Stromausfall.

Eine USV ist nützlich für PCs und andere derartige Geräte, die eine kritische Datenverarbeitung beinhalten und sich während eines wichtigen Datenverarbeitungsvorgangs keine Netzunterbrechung leisten können.

Für diese Geräte ist die USV aufgrund ihrer sofortigen Sicherung der Last sehr praktisch und bietet dem Benutzer ausreichend Zeit, um die wichtigen Daten des Computers zu speichern, bis die tatsächliche Netzstromversorgung wiederhergestellt ist.

Dies bedeutet, dass eine USV bei einem möglichen Netzausfall beim Umschalten vom Netz zum Wechselrichter (Backup-Modus) und umgekehrt extrem schnell sein muss.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie Sie eine einfache USV mit allen erforderlichen Funktionen herstellen, um sicherzustellen, dass sie den oben genannten Grundlagen entspricht und dem Benutzer während des gesamten Betriebs eine unterbrechungsfreie Stromversorgung von guter Qualität bietet.

UPS Stufen

Eine grundlegende USV-Schaltung wird die folgenden grundlegenden Stufen haben:

1) Eine Wechselrichterschaltung

2) Eine Batterie

3) Eine Batterieladeschaltung

4) Eine Umschaltstufe mit Relais oder anderen Geräten wie Triacs oder SSRs.

Lassen Sie uns nun lernen, wie die oben genannten Schaltungsstufen zusammengebaut und integriert werden können, um eine vernünftige Leistung zu erzielen USV-System .

Blockdiagramm

Die genannten Funktionsstufen eines unterbrechungsfreien Netzteils können anhand des folgenden Blockschaltbildes detailliert verstanden werden:

Hier sehen wir, dass die Haupt-USV-Umschaltfunktion von einigen DPDT-Relaisstufen ausgeführt wird.

Beide DPDT-Relais werden von einem 12-V-Wechselstrom- / Gleichstromnetzteil oder -adapter gespeist.

Das linke DPDT-Relais steuert das Batterieladegerät. Das Batterieladegerät wird mit Strom versorgt, wenn über die oberen Relaiskontakte Wechselstrom verfügbar ist, und versorgt die Batterie über die unteren Relaiskontakte mit dem Ladeeingang. Wenn das Wechselstromnetz ausfällt, werden die Relaiskontakte auf die N / C-Kontakte umgeschaltet. Die oberen Relaiskontakte schalten das Batterieladegerät aus, während die unteren Kontakte die Batterie jetzt mit dem Wechselrichter verbinden, um den Wechselrichtermodus zu starten.

Die Relaiskontakte auf der rechten Seite dienen zum Umschalten vom Wechselstromnetz auf das Wechselstromnetz des Wechselrichters und umgekehrt.

Ein praktisches USV-Design

In der folgenden Diskussion werden wir versuchen, eine praktische USV-Schaltung zu verstehen und zu entwerfen.

1) Der Wechselrichter.

Da eine USV mit wichtigen und empfindlichen elektronischen Geräten umgehen muss, muss die betreffende Wechselrichterstufe mit ihrer Wellenform angemessen weiterentwickelt werden. Mit anderen Worten, ein gewöhnlicher Rechteckwellenwechselrichter wird möglicherweise nicht für eine USV empfohlen, und daher stellen wir für unser Design sicher, dass Dieser Zustand wird treffend behoben.

Obwohl ich gepostet habe viele Wechselrichterschaltungen auf dieser Website, einschließlich anspruchsvoll PWM-Sinuswellentypen Hier wählen wir ein völlig neues Design aus, um den Artikel interessanter zu gestalten, und fügen der Liste eine neue Wechselrichterschaltung hinzu

Das USV-Design verwendet nur eine einzige IC 4093 und ist dennoch in der Lage, eine gute PWM-modifizierte Sinuswelle auszuführen Funktionen am Ausgang.

Liste der Einzelteile

• N1 --- N3 NAND-Gatter vom IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Transformator = 9-0-9 V / 10 Ampere / 220 V oder 120 V.
• R3 / R4 = 220k Topf
• C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V.
• Alle Widerstände sind 1K 1/4 Watt

Wechselrichterkreisbetrieb

Das Der IC 4093 besteht aus 4 Schmidt-NAND-Gattern Diese Gates sind in der oben gezeigten Wechselrichterschaltung entsprechend konfiguriert und angeordnet, um die erforderlichen Spezifikationen zu implementieren.

Eines der Gates N1 ist als Oszillator zur Erzeugung von 200 Hz ausgelegt, während ein anderes Gate N2 als zweiter Oszillator zur Erzeugung von 50-Hz-Impulsen verdrahtet ist.

Der Ausgang von N1 wird zum Ansteuern der angeschlossenen Mosfets mit einer Rate von 200 Hz verwendet, während das Gate N2 zusammen mit den zusätzlichen Gates N3 / N4 die Mosfets abwechselnd mit einer Rate von 50 Hz schaltet.

Dies soll sicherstellen, dass die Mosfets niemals gleichzeitig vom Ausgang von N1 leiten dürfen.

Die Ausgänge von N3, N4 teilen die 200 Hz von N1 in abwechselnde Impulsblöcke auf, die vom Transformator verarbeitet werden, um einen PWM-Wechselstrom mit den beabsichtigten 220 V zu erzeugen.

Damit ist die Wechselrichterstufe für unser Tutorial zur USV-Herstellung abgeschlossen.

Die nächste Stufe erklärt die Umschaltrelaisschaltung und wie der oben genannte Wechselrichter mit den Umschaltrelais verdrahtet werden muss, um die automatische Sicherung des Wechselrichters und das Laden der Batterie bei Netzausfall zu erleichtern und umgekehrt.

Relaiswechselstufe und Batterieladekreis

Das folgende Bild zeigt, wie der Transformatorabschnitt der Wechselrichterschaltung mit einigen Relais konfiguriert werden kann, um die automatische Umschaltung für das vorgeschlagene USV-Design zu implementieren.

Die Abbildung zeigt auch a einfache automatische Batterieladeschaltung Verwenden Sie den IC 741 auf der linken Seite des Diagramms.

Lassen Sie uns zuerst lernen, wie die Umschaltrelais verdrahtet sind, und dann können wir mit der Erklärung des Batterieladegeräts fortfahren.

Insgesamt gibt es 3 Relaissätze, die in dieser Phase verwendet werden:

1) 2 Nr. SPDT-Relais in Form von RL1 und RL2

2) Ein DPDT-Relais als RL3a und RL3b.

RL1 ist mit dem Batterieladekreis verbunden und steuert die Ladepegelabschaltung für die Batterie mit hohem / niedrigem Grenzwert und bestimmt, wann die Batterie für den Wechselrichter verwendet werden muss und wann sie entfernt werden muss.

Das SPDT RL2 und das DPDT (RL3a und RL3b) werden für die sofortigen Umschaltaktionen während eines Stromausfalls und einer Wiederherstellung verwendet. RL2-Kontakte werden zum Verbinden oder Trennen des Mittelhahns des Transformators mit der Batterie verwendet, je nach Verfügbarkeit oder Abwesenheit des Netzes.

RL3a und RLb, die beiden Kontaktsätze des DPDT-Relais, sind für das Umschalten der Last über das Wechselrichternetz oder das Netznetz während Stromausfällen oder Wiederherstellungsperioden verantwortlich.

Die Spulen von RL2 und DPDT RL3a / RL3b sind mit 14 V verbunden Netzteil so dass diese Relais je nach Netzstatus schnell ein- und ausgeschaltet werden und die notwendigen Umschaltaktionen durchführen. Diese 14-V-Versorgung wird auch als Quelle zum Laden der Wechselrichterbatterie verwendet, während der Netzstrom verfügbar ist.

Die Spule des RL1 ist mit der Operationsverstärkerschaltung verbunden, die das Laden der Batterie der Batterie steuert und sicherstellt, dass die Versorgung der Batterie von der 14-V-Quelle unterbrochen wird, sobald sie den gleichen Wert erreicht.

Außerdem wird sichergestellt, dass sich die Batterie im Wechselrichtermodus befindet und von der Last verbraucht wird, ihr niedrigerer Entladungspegel jedoch niemals unter 11 V fällt und die Batterie vom Wechselrichter abgeschnitten wird, wenn sie diesen Wert erreicht. Diese beiden Operationen werden vom Relais RL1 als Reaktion auf die Opamp-Befehle ausgeführt.

Das Einrichtungsverfahren für die oben genannte USV-Batterieladeschaltung kann diesem Artikel entnommen werden, in dem es darum geht wie man mit dem IC 741 ein Ladegerät mit niedriger und hoher Abschaltung herstellt

Jetzt müssen nur noch alle oben genannten Schritte integriert werden, um eine anständig aussehende kleine USV auszuführen, mit der Sie Ihren PC oder ein ähnliches Gerät unterbrechungsfrei mit Strom versorgen können.

Damit ist unser Tutorial zum Entwerfen einer persönlichen USV-Schaltung abgeschlossen, das jeder neue Bastler anhand der oben beschriebenen detaillierten Anleitung problemlos durchführen kann.