Как разработать схему источника бесперебойного питания (ИБП)

В этом кратком руководстве мы узнаем, как разработать индивидуальную схему ИБП дома, используя обычные компоненты, такие как несколько микросхем NAND и несколько реле.

Что такое ИБП

ИБП, который означает источник бесперебойного питания, представляют собой инверторы, предназначенные для бесперебойной подачи сетевого питания переменного тока на подключенную нагрузку без малейшего прерывания, независимо от внезапных сбоев, колебаний или даже отключения электроэнергии.

ИБП становится полезным для ПК и другого подобного оборудования, которое связано с обработкой критически важных данных и не может позволить себе отключение питания от сети во время важной операции обработки данных.

Для этого оборудования ИБП становится очень удобным благодаря его мгновенному резервному питанию нагрузки и предоставлению пользователю достаточно времени для сохранения важных данных компьютера до восстановления фактического сетевого питания.

Это означает, что ИБП должен быть очень быстрым при переключении с сети на инвертор (резервный режим) и наоборот во время возможного сбоя в электросети.

В этой статье мы узнаем, как сделать простой ИБП со всеми минимальными функциями, гарантируя, что он соответствует указанным выше основам и обеспечивает пользователя бесперебойным питанием хорошего качества на протяжении всей работы.

Этапы ИБП

Базовая схема ИБП будут следующие основные этапы:

1) Схема инвертора

2) Батарея

3) Схема зарядного устройства аккумулятора

4) Каскад переключающей цепи с использованием реле или других устройств, таких как симисторы или SSR.

Теперь давайте узнаем, как можно собрать и интегрировать вышеупомянутые этапы схемы для реализации достаточно приличного Система ИБП .

Блок-схема

Вышеупомянутые функциональные этапы источника бесперебойного питания можно подробно понять с помощью следующей структурной схемы:

Здесь мы видим, что основная функция переключения ИБП выполняется парой ступеней реле DPDT.

Оба реле DPDT питаются от источника питания 12 В переменного тока в постоянный или адаптера.

Слева можно увидеть реле DPDT, управляющее зарядным устройством. Зарядное устройство аккумулятора получает питание, когда сеть переменного тока доступна через верхние контакты реле, и подает вход для зарядки аккумулятора через нижние контакты реле. При отказе сети переменного тока контакты реле переключаются на замыкающие. Верхние контакты реле отключают питание зарядного устройства, а нижние контакты теперь соединяют аккумулятор с инвертором, чтобы начать работу в режиме инвертора.

Контакты реле с правой стороны используются для переключения с сети переменного тока на сеть переменного тока инвертора и наоборот.

Практичный дизайн ИБП

В следующем обсуждении мы попытаемся понять и разработать практическую схему ИБП.

1) Инвертор.

Поскольку ИБП имеет дело с критически важными и чувствительными электронными приборами, задействованный инверторный каскад должен иметь разумную форму волны, другими словами, обычный прямоугольный инвертор не может быть рекомендован для ИБП, и поэтому в нашей конструкции мы делаем все возможное, чтобы об этом условии правильно позаботятся.

Хотя я опубликовал много инверторных схем на этом сайте, в том числе сложные Типы синусоидальных сигналов ШИМ , здесь мы выбираем совершенно новый дизайн, чтобы статья была интереснее, и добавляем новую схему инвертора в список

В конструкции ИБП используется только один IC 4093 и тем не менее может выполнять хорошую модифицированную синусоидальную волну PWM функции на выходе.

Список деталей

• N1 --- N3 вентили NAND от IC 4093
• Mosfets = IRF540
• Трансформатор = 9-0-9В / 10 ампер / 220В или 120В
• R3 / R4 = банк 220 тыс.
• C1 / C2 = 0,1 мкФ / 50 В
• Все резисторы 1К 1/4 Вт

Работа цепи инвертора

В IC 4093 состоит из 4 вентилей NAND типа Шмидта. эти вентили соответствующим образом сконфигурированы и расположены в показанной выше схеме инвертора для реализации требуемых спецификаций.

Один из вентилей N1 настроен как генератор для генерации 200 Гц, а другой вентиль N2 подключен как второй генератор для генерации импульсов 50 Гц.

Выходной сигнал N1 ​​используется для управления подключенными МОП-транзисторами с частотой 200 Гц, в то время как затвор N2 вместе с дополнительными затворами N3 / N4 попеременно переключает МОП-транзисторы с частотой 50 Гц.

Это сделано для того, чтобы МОП-транзисторы никогда не могли проводить одновременно от выхода N1.

Выходы от N3, N4 разбивают 200 Гц от N1 на чередующиеся блоки импульсов, которые обрабатываются трансформатором для создания переменного тока с ШИМ при предполагаемых 220 В.

На этом этап инвертора в нашем руководстве по изготовлению ИБП завершен.

Следующий этап объясняет цепь переключающего реле и как вышеуказанный инвертор должен быть соединен с переключающими реле для облегчения операций автоматического резервного копирования инвертора и зарядки аккумулятора во время сбоя электросети и наоборот.

Ступень переключения реле и цепь зарядного устройства аккумулятора

На изображении ниже показано, как трансформаторная секция схемы инвертора может быть сконфигурирована с несколькими реле для реализации автоматического переключения для предлагаемой конструкции ИБП.

На рисунке также показан простая автоматическая схема зарядного устройства используя IC 741 на левой стороне диаграммы.

Сначала давайте узнаем, как подключены переключающие реле, а затем мы можем перейти к объяснению зарядного устройства.

Всего на этом этапе используются 3 комплекта реле:

1) 2 шт. Реле SPDT в форме RL1 и RL2

2) Одно реле DPDT как RL3a и RL3b.

RL1 соединен со схемой зарядного устройства и контролирует отсечку высокого / низкого уровня заряда для батареи и определяет, когда батарея должна быть готова к использованию для инвертора, а когда ее нужно удалить.

SPDT RL2 и DPDT (RL3a и RL3b) используются для мгновенного переключения во время сбоя питания и восстановления. Контакты RL2 используются для подключения или отключения центрального отвода трансформатора с аккумулятором в зависимости от наличия или отсутствия электросети.

RL3a и RLb, которые представляют собой два набора контактов реле DPDT, становятся ответственными за переключение нагрузки через сеть инвертора или сеть во время перебоев в подаче электроэнергии или периодов восстановления.

Катушки RL2 и DPDT RL3a / RL3b соединены с цепью 14 В. источник питания так что эти реле быстро активируются и деактивируются в зависимости от состояния входной сети и выполняют необходимые действия по переключению. Этот источник питания 14 В также используется в качестве источника для зарядки инверторной батареи при наличии сетевого питания.

Можно увидеть, что катушка RL1 подключена к схеме операционного усилителя, которая управляет зарядкой аккумулятора и обеспечивает отключение питания аккумулятора от источника 14 В, как только оно достигает того же значения.

Он также гарантирует, что пока аккумулятор находится в режиме инвертора и потребляется нагрузкой, его нижний уровень разряда никогда не опускается ниже 11 В, и он отключает аккумулятор от инвертора, когда он достигает этого уровня. Обе эти операции выполняются реле RL1 в ответ на команды операционного усилителя.

Процедуру настройки для указанной выше схемы зарядного устройства батареи ИБП можно узнать из этой статьи, в которой рассматривается как сделать зарядное устройство с отсечкой от низкого до высокого уровня с помощью IC 741

Теперь ему просто нужно объединить все вышеперечисленные этапы вместе для создания прилично выглядящего небольшого ИБП, который можно было бы использовать для обеспечения бесперебойного питания вашего ПК или любого другого аналогичного устройства.

Вот и все, на этом мы завершаем наше руководство по проектированию персональной схемы ИБП, которое может легко сделать любой новый любитель, следуя приведенному выше подробному руководству.