ในบทช่วยสอนสั้น ๆ นี้เราเรียนรู้วิธีการ ออกแบบวงจร UPS แบบกำหนดเอง ที่บ้านโดยใช้ส่วนประกอบธรรมดาเช่น NAND IC สองสามตัวและรีเลย์บางตัว
UPS คืออะไร
UPS ซึ่งย่อมาจากแหล่งจ่ายไฟสำรองเป็นอินเวอร์เตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อให้จ่ายไฟ AC ไปยังโหลดที่เชื่อมต่อได้อย่างราบรื่นโดยไม่สะดุดแม้แต่น้อยไม่ว่าไฟจะดับกะทันหันหรือผันผวนหรือแม้แต่ไฟดับ
UPS จะมีประโยชน์สำหรับพีซีและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการข้อมูลที่สำคัญและไม่สามารถจ่ายไฟหลักให้หยุดชะงักในระหว่างการประมวลผลข้อมูลที่สำคัญได้
สำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ UPS มีประโยชน์อย่างมากเนื่องจากมีการสำรองไฟทันทีไปยังโหลดและเพื่อให้ผู้ใช้มีเวลาเหลือเฟือในการบันทึกข้อมูลที่สำคัญของคอมพิวเตอร์จนกว่าไฟหลักจะกลับคืนมาจริง
ซึ่งหมายความว่า UPS จะต้องรวดเร็วมากในการเปลี่ยนจากไฟหลักเป็นอินเวอร์เตอร์ (โหมดสำรองข้อมูล) และในทางกลับกันในระหว่างที่อาจเกิดความผิดปกติของระบบไฟหลัก
ในบทความนี้เราได้เรียนรู้วิธีการสร้าง UPS อย่างง่ายพร้อมคุณสมบัติขั้นต่ำทั้งหมดเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามปัจจัยพื้นฐานข้างต้นและให้พลังงานที่มีคุณภาพดีแก่ผู้ใช้ตลอดระยะเวลาการใช้งาน
ขั้นตอนของ UPS
วงจร UPS พื้นฐาน จะมีขั้นตอนพื้นฐานดังต่อไปนี้:
1) วงจรอินเวอร์เตอร์
2) แบตเตอรี่
3) วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่
4) ขั้นตอนการเปลี่ยนวงจรโดยใช้รีเลย์หรืออุปกรณ์อื่น ๆ เช่นไตรแอกหรือ SSR
ตอนนี้เรามาเรียนรู้วิธีการสร้างและรวมขั้นตอนวงจรข้างต้นเข้าด้วยกันเพื่อนำไปใช้อย่างเหมาะสม ระบบ UPS .
แผนภาพบล็อก
ขั้นตอนการทำงานที่กล่าวถึงของหน่วยจ่ายไฟสำรองสามารถเข้าใจได้โดยละเอียดผ่านแผนภาพบล็อกต่อไปนี้:
ที่นี่เราจะเห็นว่าฟังก์ชันการเปลี่ยน UPS หลักดำเนินการโดยขั้นตอนรีเลย์ DPDT สองขั้นตอน
รีเลย์ DPDT ทั้งสองใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ AC 12 V เป็น DC หรืออะแดปเตอร์
สามารถมองเห็นรีเลย์ DPDT ด้านซ้ายควบคุมเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ได้ เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ได้รับพลังงานเมื่อมีไฟ AC ผ่านหน้าสัมผัสรีเลย์ด้านบนและจ่ายอินพุตการชาร์จให้กับแบตเตอรี่ผ่านหน้าสัมผัสรีเลย์ด้านล่าง เมื่อไฟ AC ล้มเหลวหน้าสัมผัสรีเลย์จะเปลี่ยนเป็นหน้าสัมผัส N / C หน้าสัมผัสรีเลย์ด้านบนจะปิดการทำงานของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ในขณะที่หน้าสัมผัสด้านล่างเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับอินเวอร์เตอร์เพื่อเริ่มการทำงานของโหมดอินเวอร์เตอร์
หน้าสัมผัสรีเลย์ด้านขวาใช้สำหรับเปลี่ยนจากสายไฟ AC แบบกริดไปเป็นไฟ AC ของอินเวอร์เตอร์และในทางกลับกัน
การออกแบบ UPS ที่ใช้ได้จริง
ในการสนทนาต่อไปนี้เราจะพยายามทำความเข้าใจและออกแบบวงจร UPS ที่ใช้งานได้จริง
1) อินเวอร์เตอร์
เนื่องจาก UPS ต้องจัดการกับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่สำคัญและมีความละเอียดอ่อนขั้นตอนอินเวอร์เตอร์ที่เกี่ยวข้องจึงต้องมีความก้าวหน้าพอสมควรด้วยรูปคลื่นของมันกล่าวอีกนัยหนึ่งอาจไม่แนะนำให้ใช้อินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมธรรมดาสำหรับ UPS ดังนั้นสำหรับการออกแบบของเราเราจึงต้องแน่ใจว่า เงื่อนไขนี้ได้รับการดูแลอย่างเหมาะสม
แม้ว่าฉันจะโพสต์ วงจรอินเวอร์เตอร์จำนวนมาก ในเว็บไซต์นี้รวมถึงความซับซ้อน ประเภทคลื่นไซน์ PWM ที่นี่เราเลือกการออกแบบใหม่ทั้งหมดเพื่อให้บทความน่าสนใจยิ่งขึ้นและเพิ่มวงจรอินเวอร์เตอร์ใหม่ในรายการ
การออกแบบ UPS ใช้ประโยชน์เพียงแค่ตัวเดียว IC 4093 และยังสามารถเรียกใช้คลื่นไซน์ดัดแปลง PWM ที่ดีได้ ฟังก์ชั่นที่เอาต์พุต
ส่วนรายการ
- N1 - N3 NAND ประตูจาก IC 4093
- Mosfets = IRF540
- หม้อแปลง = 9-0-9V / 10 แอมป์ / 220V หรือ 120V
- R3 / R4 = หม้อ 220k
- C1 / C2 = 0.1uF / 50V
- ตัวต้านทานทั้งหมดคือ 1K 1/4 วัตต์
การทำงานของวงจรอินเวอร์เตอร์
IC 4093 ประกอบด้วยประตู NAND ชนิด Schmidt 4 ประตู ประตูเหล่านี้ได้รับการกำหนดค่าและจัดเรียงอย่างเหมาะสมในวงจรอินเวอร์เตอร์ที่แสดงด้านบนเพื่อใช้ตามข้อกำหนดที่จำเป็น
หนึ่งในประตู N1 ถูกยึดเป็นออสซิลเลเตอร์เพื่อผลิต 200 Hz ในขณะที่ประตู N2 อีกอันต่อสายเป็นออสซิลเลเตอร์ตัวที่สองสำหรับสร้างพัลส์ 50Hz
เอาต์พุตจาก N1 ใช้สำหรับการขับมอสเฟตที่ต่อด้วยอัตรา 200Hz ในขณะที่เกต N2 พร้อมกับเกตเพิ่มเติม N3 / N4 จะสลับมอสเฟตสลับกันที่อัตรา 50Hz
เพื่อให้แน่ใจว่า mosfets ไม่ได้รับอนุญาตให้ดำเนินการพร้อมกันจากเอาต์พุตของ N1
เอาต์พุตจาก N3, N4 แบ่ง 200Hz จาก N1 เป็นบล็อกพัลส์ทางเลือกซึ่งประมวลผลโดยหม้อแปลงเพื่อผลิต PWM AC ที่ 220V ที่ต้องการ
นี่เป็นการสรุปขั้นตอนอินเวอร์เตอร์สำหรับการสอนการสร้าง UPS ของเรา
ขั้นตอนต่อไปจะอธิบายถึงไฟล์ วงจรรีเลย์การเปลี่ยนแปลง และวิธีการต่อสายอินเวอร์เตอร์ข้างต้นกับรีเลย์เปลี่ยนเพื่ออำนวยความสะดวกในการสำรองข้อมูลอินเวอร์เตอร์อัตโนมัติและการชาร์จแบตเตอรี่ระหว่างที่ไฟดับและในทางกลับกัน
รีเลย์เปลี่ยนขั้นตอนและวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่
ภาพด้านล่างแสดงวิธีการกำหนดค่าส่วนหม้อแปลงของวงจรอินเวอร์เตอร์ด้วยรีเลย์สองสามตัวสำหรับใช้การเปลี่ยนอัตโนมัติสำหรับการออกแบบ UPS ที่เสนอ
รูปนี้ยังแสดงไฟล์ วงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัตโนมัติอย่างง่าย โดยใช้ IC 741 ทางด้านซ้ายของแผนภาพ
ก่อนอื่นเรามาเรียนรู้วิธีการต่อสายรีเลย์การเปลี่ยนสายจากนั้นเราสามารถดำเนินการตามคำอธิบายของเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ได้
ในทั้งหมดมีรีเลย์ 3 ชุดที่ใช้ในขั้นตอนนี้:
1) 2 nos ของรีเลย์ SPDT ในรูปแบบของ RL1 และ RL2
2) รีเลย์ DPDT หนึ่งตัวเป็น RL3a และ RL3b
RL1 ติดอยู่กับวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่และควบคุมการตัดระดับการชาร์จสูง / ต่ำสำหรับแบตเตอรี่และกำหนดว่าเมื่อใดที่ต้องการใช้แบตเตอรี่สำหรับอินเวอร์เตอร์และเมื่อจำเป็นต้องถอดออก
SPDT RL2 และ DPDT (RL3a และ RL3b) ใช้สำหรับการดำเนินการเปลี่ยนทันทีระหว่างไฟฟ้าดับและการกู้คืน หน้าสัมผัส RL2 ใช้สำหรับเชื่อมต่อหรือถอดก๊อกกลางของหม้อแปลงด้วยแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับความพร้อมใช้งานหรือการขาดของไฟหลัก
RL3a และ RLb ซึ่งเป็นชุดหน้าสัมผัสสองชุดของรีเลย์ DPDT มีหน้าที่ในการเปลี่ยนโหลดข้ามสายไฟอินเวอร์เตอร์หรือสายไฟกริดในช่วงที่ไฟฟ้าดับหรือช่วงฟื้นฟู
ขดลวดของ RL2 และ DPDT RL3a / RL3b เชื่อมต่อกับ 14V แหล่งจ่ายไฟ ดังนั้นรีเลย์เหล่านี้จะเปิดใช้งานและปิดการใช้งานอย่างรวดเร็วขึ้นอยู่กับสถานะไฟเมนอินพุตและดำเนินการเปลี่ยนแปลงที่จำเป็น แหล่งจ่ายไฟ 14V นี้ยังใช้เป็นแหล่งสำหรับชาร์จแบตเตอรี่อินเวอร์เตอร์ในขณะที่มีแหล่งจ่ายไฟหลัก
สามารถมองเห็นขดลวดของ RL1 ที่เชื่อมต่อกับวงจร opamp ซึ่งควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ของแบตเตอรี่และทำให้แน่ใจว่าการจ่ายไฟไปยังแบตเตอรี่จากแหล่งกำเนิด 14V จะถูกตัดทันทีที่ถึงค่าเดียวกัน
นอกจากนี้ยังตรวจสอบให้แน่ใจว่าในขณะที่แบตเตอรี่อยู่ในโหมดอินเวอร์เตอร์และใช้งานโดยโหลดระดับการคายประจุที่ต่ำกว่าจะไม่ต่ำกว่า 11V และจะตัดแบตเตอรี่ออกจากอินเวอร์เตอร์เมื่อถึงระดับนี้ การดำเนินการทั้งสองนี้ดำเนินการโดยรีเลย์ RL1 เพื่อตอบสนองต่อคำสั่ง opamp
ขั้นตอนการตั้งค่าสำหรับวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ UPS ข้างต้นสามารถเรียนรู้ได้จากบทความนี้ซึ่ง discuses วิธีสร้างเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่มีการตัดไฟสูงต่ำโดยใช้ IC 741
ตอนนี้จำเป็นต้องรวมขั้นตอนข้างต้นทั้งหมดเข้าด้วยกันเพื่อใช้งาน UPS ขนาดเล็กที่ดูดีซึ่งสามารถใช้สำหรับการจ่ายไฟสำรองให้กับพีซีของคุณหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน
เพียงเท่านี้ก็สรุปบทช่วยสอนของเราสำหรับการออกแบบวงจร UPS ส่วนบุคคลซึ่งสามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยงานอดิเรกใหม่ ๆ โดยทำตามคำแนะนำโดยละเอียดข้างต้น
คู่ของ: วงจรพัดลม DC ควบคุมอุณหภูมิ Arduino ถัดไป: วงจรควบคุมความเร็วมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส
