วงจร UPS ออนไลน์อย่างง่าย

ในโพสต์นี้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับการสร้างแหล่งจ่ายไฟสำรองแบบออนไลน์ (UPS) แบบง่ายๆซึ่งรับประกันการถ่ายโอนแหล่งจ่ายไฟ AC ไปยังแหล่งจ่ายไฟหลักของอินเวอร์เตอร์สำหรับโหลดอย่างราบรื่นเนื่องจากไม่มีสวิตช์หรือรีเลย์ที่ยุ่งยาก

Online UPS คืออะไร

ตามชื่อที่แนะนำระบบ UPS ออนไลน์จะออนไลน์อย่างต่อเนื่องและจะไม่ออฟไลน์แม้แต่เสี้ยววินาทีเนื่องจากการจ่ายแบตเตอรี่ไปยังอินเวอร์เตอร์ของ UPS จะเชื่อมต่ออย่างต่อเนื่องโดยไม่คำนึงถึงสถานการณ์ไฟ AC หลัก

ในช่วงที่มีอินพุต AC หลักจะถูกแปลงเป็น DC ก่อนและลดระดับลงไปที่ระดับแบตเตอรี่

DC นี้จะชาร์จแบตเตอรี่และยังมีความสำคัญเหนือกว่าแบตเตอรี่ในการจ่ายไฟให้อินเวอร์เตอร์พร้อมกันเนื่องจากกำลังไฟที่สูงกว่าแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์จะแปลง DC นี้กลับเป็น AC หลักเพื่อจ่ายไฟให้กับโหลดที่เชื่อมต่อ

ในกรณีที่สายไฟ AC ล้มเหลวแหล่งจ่ายไฟ AC เป็น DC ที่ลดขั้นตอนลงจะถูกตัดและแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่ออย่างต่อเนื่องในขณะนี้จะเริ่มจ่ายไฟให้กับอินเวอร์เตอร์อย่างราบรื่นโดยไม่มีการหยุดจ่ายไฟไปยังโหลด

UPS ออนไลน์กับ UPS แบบออฟไลน์

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง UPS แบบออนไลน์และ UPS แบบออฟไลน์คือต่างจาก UPS แบบออฟไลน์ตรงที่ UPS แบบออนไลน์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับกลไก รีเลย์เปลี่ยน หรือ สวิตช์ถ่ายโอน สำหรับการเปลี่ยนจากไฟ AC ไปยังอินเวอร์เตอร์เมน AC ระหว่างที่ไฟ AC ขัดข้อง (ดังแสดงด้านล่าง)

ในทางกลับกัน, ระบบ UPS แบบออฟไลน์ ดังแสดงในแผนภาพด้านล่างให้พึ่งพารีเลย์เชิงกลในการถ่ายโอน UPS ไปยังโหมดอินเวอร์เตอร์ในช่วงที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟ AC หลัก

ในระบบเหล่านี้เมื่อมีไฟ AC แหล่งจ่ายจะจ่ายโดยตรงให้กับโหลดผ่านชุดหน้าสัมผัสรีเลย์และแบตเตอรี่จะอยู่ในโหมดการชาร์จผ่านหน้าสัมผัสรีเลย์ชุดอื่น

ทันทีที่ไฟ AC ล้มเหลวหน้าสัมผัสรีเลย์ที่เกี่ยวข้องจะปิดการใช้งานและเปลี่ยนแบตเตอรี่จาก โหมดชาร์จเป็นโหมดอินเวอร์เตอร์ และโหลดจากกริด AC ไปยังอินเวอร์เตอร์ AC

นี่หมายความว่ากระบวนการถ่ายโอนมีแนวโน้มที่จะเกิดความล่าช้าเล็กน้อยแม้ว่าจะเป็นมิลลิวินาทีในขณะที่เปลี่ยนจากกริดเมนเป็นอินเวอร์เตอร์เมน

ความล่าช้าแม้ว่าเพียงเล็กน้อยอาจมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนเช่น คอมพิวเตอร์ หรือระบบที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์

ดังนั้นการออนไลน์ ระบบ UPS ดูเหมือนจะมีประสิทธิภาพมากกว่า UPS แบบออฟไลน์ในแง่ของความเร็วและความราบรื่นในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนจากกริด AC เป็นอินเวอร์เตอร์ AC สำหรับเครื่องใช้ทุกประเภท

การออกแบบวงจร UPS / อินเวอร์เตอร์ออนไลน์อย่างง่าย

ดังที่กล่าวไว้ในหัวข้อข้างต้นการสร้าง UPS ออนไลน์แบบธรรมดานั้นดูง่ายมาก

เราจะเพิกเฉยต่อฟิลเตอร์ EMI เพื่อความเรียบง่ายและเนื่องจากอินเวอร์เตอร์ในการออกแบบของเราจะเป็นความถี่ต่ำ (50 Hz) หม้อแปลงแกนเหล็ก ตามอินเวอร์เตอร์และ SMPS จะรวมอยู่แล้วในตัว ตัวกรอง EMI สำหรับการแก้ไขที่จำเป็น

เราจำเป็นต้องมีวัสดุต่อไปนี้สำหรับการออกแบบ UPS ออนไลน์ขั้นพื้นฐาน:

• โมดูล Mains AC เป็น DC 14 V 5 Amp SMPS ที่พร้อมใช้งาน
• ระบบตัดการชาร์จแบตเตอรี่เกินด้วย กระแสคงที่ วงจรเครื่องชาร์จ
• แบตเตอรี่เกินขั้นตอนวงจรตัดจำหน่าย
• แบตเตอรี่ 12 V / 7Ah
• ๆ วงจรอินเวอร์เตอร์อย่างง่าย จากเว็บไซต์นี้

แผนภาพวงจรและขั้นตอน

ขั้นตอนวงจรต่างๆสำหรับวงจร UPS ออนไลน์ที่นำเสนอสามารถเรียนรู้ได้จากรายละเอียดต่อไปนี้:

1) วงจรตัดแบตเตอรี่ : วงจรด้านล่างแสดงวงจรตัดการชาร์จเกินแบตเตอรี่ที่สำคัญมากซึ่งสร้างขึ้นจากสองสามตัว ขั้นตอน op amp .

ขั้นตอนการทำงานของแอมป์ด้านซ้ายได้รับการกำหนดค่าให้ควบคุมการชาร์จเกินของแบตเตอรี่ ขา # 3 ของออปแอมป์เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ขั้วบวกเพื่อตรวจจับระดับแรงดันไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่พิน # 3 เกินค่าซีเนอร์ของพิน # 2 ที่สอดคล้องกันขาเอาต์พุตของแอมป์ # 6 จะสูง

สิ่งนี้จะเปิดใช้งานรีเลย์ผ่านทาง BC547 ทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ ทำให้หน้าสัมผัสรีเลย์เปลี่ยนจาก N / C เป็น N / O ซึ่งจะตัดการจ่ายไฟไปยังแบตเตอรี่ป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป

ข้อเสนอแนะ ตัวต้านทาน hysteresis ข้ามพิน # 6 และพิน # 3 ของออปแอมป์ด้านซ้ายทำให้รีเลย์ล็อคในช่วงเวลาหนึ่งจนกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะลดลงถึงระดับที่ต่ำกว่าเกณฑ์การถือครองของฮิสเทรีซิสซึ่งทำให้พิน # 3 ต่ำลง และพิน # 6 ที่สอดคล้องกันก็ลดลงเช่นกันปิดรีเลย์ ตอนนี้หน้าสัมผัสรีเลย์จะเปลี่ยนกลับไปที่ N / C โดยเรียกคืนแหล่งจ่ายการชาร์จไปยังแบตเตอรี่

วงจรตัดกระแสไฟเกิน

แอมป์ทำงานด้านขวาควบคุมขีด จำกัด การคายประจุเกินของแบตเตอรี่หรือ แบตเตอร์รี่ต่ำ สถานการณ์. ตราบใดที่แรงดันพิน # 3 ของ op amp นี้ยังคงอยู่เหนือระดับอ้างอิงพิน # 2 (ตามที่กำหนดโดยพิน # 3 ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า) เอาต์พุตของแอมป์ op จะยังคงสูง

เอาต์พุตสูงนี้ที่พิน # 6 ทำให้ MOSFET ที่ต่ออยู่ยังคงอยู่ในโหมดการนำไฟฟ้าซึ่งทำให้อินเวอร์เตอร์สามารถเปิดได้ผ่านทางสายลบ

ในกรณีที่แบตเตอรี่หมดไปจากโหลดอินเวอร์เตอร์ระดับ op amp pin # 3 จะลดลงต่ำกว่าแรงดันอ้างอิงขา # 2 ทำให้พิน # 6 ของ IC เหลือน้อยซึ่งจะตัด MOSFET และอินเวอร์เตอร์ .

ขั้นตอนการควบคุมปัจจุบัน

BJT ที่เกี่ยวข้องกับ MOSFET จะสร้างวงจรควบคุมกระแสสำหรับ UPS แบบออนไลน์ซึ่งทำให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่ผ่านระดับกระแสคงที่ได้

ต้องคำนวณ R2 เพื่อตั้งค่าระดับการควบคุมกระแสสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ สามารถใช้งานได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

R2 = 0.7 / กระแสสูงสุด

2) วงจรอินเวอร์เตอร์ : วงจรอินเวอร์เตอร์สำหรับระบบ UPS ออนไลน์ซึ่งจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับด้านบน วงจรควบคุมแบตเตอรี่ ดังแสดงด้านล่าง

เราได้เลือกไฟล์ วงจรตาม IC 555 เพื่อความเรียบง่ายและเพื่อให้แน่ใจว่าช่วงกำลังขับที่เพียงพอ

อินเวอร์เตอร์นี้จะยังคงออนไลน์อยู่ตราบเท่าที่วงจรเครื่องชาร์จและแบตเตอรี่ยังคงใช้งานได้และ สายไฟ AC แบบกริด ถูกป้อนเข้าสู่ระบบอย่างเหมาะสมผ่านทางไฟล์ วงจร AC เป็น DC SMPS พิกัด 14V, 5 แอมป์ หรือตามระดับพลังงานเฉพาะของระบบซึ่งสามารถปรับแต่งได้อย่างเต็มที่

การตอบสนองของ BJT ในประตูของ MOSFET ของอินเวอร์เตอร์ทำให้มั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกของอินเวอร์เตอร์จะไม่เกินระดับที่ปลอดภัยและได้รับการป้อนในลักษณะที่ควบคุมได้

สิ่งนี้สรุปได้ว่าการออกแบบวงจร UPS แบบออนไลน์ที่เรียบง่ายของเราซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าไฟฟ้าสำรองออนไลน์ต่อเนื่องไปยังโหลด AC ใด ๆ ซึ่งจะต้องใช้งานได้โดยไม่มีการหยุดชะงักโดยไม่คำนึงถึงความพร้อมใช้งาน AC อินพุต