4 Untersuchte einfache USV-Schaltkreise (Interruptible Power Supply)

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In diesem Beitrag untersuchen wir 4 einfache 220-V-Netzversorgungen mit unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) unter Verwendung einer 12-V-Batterie, die von jedem neuen Enthusiasten verstanden und konstruiert werden können. Diese Schaltkreise können zum Betreiben eines entsprechend ausgewählten Geräts oder einer entsprechend ausgewählten Last verwendet werden. Lassen Sie uns die Schaltkreise untersuchen.

Design Nr. 1: Einfache USV mit einem einzigen IC

Eine einfache Idee, die hier vorgestellt wird kann zu Hause gebaut werden Verwenden der meisten gewöhnlichen Komponenten, um angemessene Ergebnisse zu erzielen. Es kann verwendet werden, um nicht nur die üblichen Elektrogeräte, sondern auch hochentwickelte Geräte wie Computer mit Strom zu versorgen. Die Wechselrichterschaltung verwendet ein modifiziertes Sinuswellendesign.



Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit ausgeklügelten Funktionen ist möglicherweise nicht unbedingt für den Betrieb selbst der hoch entwickelten Geräte erforderlich. Ein kompromittiertes Design eines hier vorgestellten USV-Systems kann den Anforderungen durchaus genügen. Es enthält auch ein eingebautes universelles intelligentes Ladegerät.

Unterschied zwischen USV und Wechselrichter

Was ist der Unterschied zwischen einem unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und ein Wechselrichter? Im Großen und Ganzen sollen beide die grundlegende Funktion der Umwandlung der Batteriespannung in Wechselstrom erfüllen, die zum Betrieb der verschiedenen elektrischen Geräte ohne unsere heimische Wechselstromversorgung verwendet werden kann.



In den meisten Fällen ist ein Wechselrichter jedoch möglicherweise nicht mit ausgestattet viele automatische Umschaltfunktionen und Sicherheitsmaßnahmen, die normalerweise mit einer USV verbunden sind.

Darüber hinaus verfügen Wechselrichter meist nicht über ein eingebautes Batterieladegerät, während alle USVs über ein eingebautes automatisches Batterieladegerät verfügen, um das sofortige Aufladen der betreffenden Batterie bei vorhandenem Netzstrom zu erleichtern und das Gerät wieder einzuschalten Batterieleistung im Wechselrichtermodus In dem Moment, in dem die Eingangsleistung ausfällt.

Auch USVs sind alle so ausgelegt, dass sie einen Wechselstrom mit einer Sinuswellenform oder zumindest einer modifizierten Rechteckwelle erzeugen, die ihrem Sinuswellen-Gegenstück sehr ähnlich ist. Dies wird möglicherweise zur wichtigsten Funktion bei USVs.

Bei so vielen Funktionen sollten diese erstaunlichen Geräte zweifellos teuer werden, und daher können viele von uns in der Mittelklasse nicht in der Lage sein, sie in die Hand zu nehmen.

Ich habe versucht, eine zu machen USV-Design Obwohl nicht mit den professionellen vergleichbar, aber einmal gebaut, wird es definitiv in der Lage sein, Netzausfälle ziemlich zuverlässig zu ersetzen, und da der Ausgang eine modifizierte Rechteckwelle ist, eignet es sich für den Betrieb aller hoch entwickelten elektronischen Geräte, auch von Computern.


Alle Designs hier sind Offline-Designs. Vielleicht möchten Sie dies auch versuchen einfache Online-USV-Schaltung


Grundlegendes zum Schaltungsdesign

Die nebenstehende Abbildung zeigt ein einfaches, modifiziertes quadratisches Wechselrichterdesign, das leicht verständlich ist und dennoch wichtige Merkmale aufweist.

Der IC SN74LVC1G132 hat eine einzelnes NAND-Gatter (Schmitt-Trigger) in einem kleinen Paket eingekapselt. Es bildet im Grunde das Herz der Oszillatorstufe und benötigt nur einen einzigen Kondensator und einen Widerstand für die erforderlichen Schwingungen. Der Wert dieser beiden passiven Komponenten bestimmt die Frequenz des Oszillators. Hier ist es auf ca. 250 Hz dimensioniert.

Die obige Frequenz wird auf die nächste Stufe angewendet, die aus einem einzelnen Johnson-Dekadenzähler / Teiler-IC 4017 besteht. Der IC ist so konfiguriert, dass seine Ausgänge einen Satz von fünf sequentiellen logisch hohen Ausgängen erzeugen und wiederholen. Da der Eingang eine Rechteckwelle ist, werden die Ausgänge auch als Rechteckwellen erzeugt.

Teileliste für den USV-Wechselrichter

R1 = 20K
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 Ohm
C1 = 0,095 Uf
C2, C3, C4 = 10 UF / 25 V.
T0 = ​​BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 oder ein einzelnes Gate von IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
TRANSFORMATOR = 12-0-12 V / 10 A / 230 V.

Abschnitt Batterieladegerät

Die Basisleitungen von zwei Sätzen von Darlington-gepaarten Hochleistungs-Hochleistungstransistoren sind für den IC so konfiguriert, dass er die alternativen Ausgänge empfängt und zu diesen leitet.

Die Transistoren leiten (zusammen) als Reaktion auf diese Umschaltung und ein entsprechend hohes Wechselstrompotential wird durch die beiden Hälften der angeschlossenen Transformatorwicklungen gezogen.

Da die Basisspannungen zu den Transistoren vom IC abwechselnd übersprungen werden, wird der resultierende Rechteckimpuls vom Transformator trägt nur die Hälfte des Durchschnittswertes im Vergleich zu den anderen gewöhnlichen Wechselrichtern. Dieser dimensionierte RMS-Durchschnittswert der erzeugten Rechteckwellen ähnelt stark dem Durchschnittswert des Netzwechselstroms, der normalerweise an unseren Haushaltssteckdosen verfügbar ist, und wird daher für die meisten hoch entwickelten elektronischen Geräte geeignet und günstig.

Das derzeitige unterbrechungsfreie Stromversorgungsdesign ist vollautomatisch und wird es auch zum Wechselrichtermodus zurückkehren In dem Moment, in dem die Eingangsleistung ausfällt. Dies erfolgt über ein paar Relais RL1 und RL2. RL2 verfügt über einen doppelten Satz von Kontakten zum Umkehren beider Ausgangsleitungen.

Wie oben erläutert, sollte eine USV auch ein eingebautes universelles intelligentes Batterieladegerät enthalten, das ebenfalls spannungs- und stromgesteuert sein sollte.

Die nächste Abbildung, die ein wesentlicher Bestandteil des Systems ist, zeigt ein kleines bisschen automatisches Ladegerät Schaltkreis. Die Schaltung ist nicht nur spannungsgesteuert, sondern enthält auch eine Überstromschutzkonfiguration.

Die Transistoren T1 und T2 bilden grundsätzlich einen genauen Spannungssensor und lassen niemals zu, dass die obere Grenze der Ladespannung die eingestellte Grenze überschreitet. Diese Grenze wird durch entsprechende Einstellung der Voreinstellung P1 festgelegt.

Die Transistoren T3 und T4 behalten zusammen die steigende Stromaufnahme der Batterie im Auge und lassen sie niemals Werte erreichen, die als gefährlich für die Batterielebensdauer angesehen werden können. Wenn der Strom über den eingestellten Pegel hinaus driftet, überschreitet die Spannung an R6 - 0,6 Volt, was ausreicht, um T3 auszulösen, was wiederum die Basisspannung von T4 drosselt und somit einen weiteren Anstieg des gezogenen Stroms einschränkt. Der Wert von R6 kann mit folgender Formel ermittelt werden:

R = 0,6 / I, wobei I die Ladestromrate ist.

Der Transistor T5 erfüllt die Funktion eines Spannungsmonitors und schaltet die Relais in den Moment, in dem die Wechselstromversorgung ausfällt, in Betrieb.

Teileliste für das Ladegerät

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = 4K7 PRESET, LINEAR
R6 = TEXT SIEHE
T1, T2 = BC547
T3 = 8550
T4 = TIP32C
T5=8050
RL1 = 12 V / 400 OHM, SPDT
RL2 = 12 V / 400 OHM, SPDT, D1 - D4 = 1N5408
D5, D6 = 1N4007
TR1 = 0-12 V, STROM 1/10 DER BATTERIE AH
C1 = 2200UF / 25V
C2 = 1 uF / 25 V.

Design Nr. 2: Einzeltransformator-USV zum Laden von Wechselrichtern und Batterien

Der nächste Artikel beschreibt eine einfache transistorbasierte USV-Schaltung mit einer eingebauten Batterieladeschaltung, die zum Abrufen einer verwendet werden kann unterbrechungsfreie Netzleistung billig, zu Hause und im Büro, in Geschäften usw. Die Schaltung kann auf jede gewünschte höhere Leistung aufgerüstet werden. Die Idee wurde von Herrn Syed Xaidi entwickelt.

Der Hauptvorteil dieser Schaltung ist, dass sie a verwendet Einzeltransformator zum Laden der Batterie sowie zum Betreiben des Wechselrichters . Das heißt, Sie müssen keinen separaten Transformator zum Laden der Batterie in diesen Stromkreis einbauen

Die folgenden Daten wurden von Herrn Syed per E-Mail zur Verfügung gestellt:

Ich habe gesehen, dass die Leute durch Ihren Posten erzogen werden. Ich denke, Sie sollten den Leuten diesen Schaltplan erklären.

Diese Schaltung verfügt wie Sie über einen stabilen Mutivibrator, der auf Transistoren basiert. Die Kondensatoren c1 und c2 sind die 0,47, um eine Ausgangsfrequenz von ungefähr 51 x x Hz zu erhalten, wie ich gemessen habe, aber sie ist nicht in allen Fällen konstant.

Der MOSFET verfügt über eine Sperr-Hochleistungsdiode, die zum Laden der Batterie verwendet wird. Es ist nicht erforderlich, der Schaltung eine spezielle Diode hinzuzufügen. Ich habe das Schaltprinzip mit Relais im Schaltplan gezeigt. RL3 muss mit einem Abschaltkreis verwendet werden.

Diese Schaltung ist sehr einfach und ich habe sie bereits getestet. Ich werde ein anderes Design von mir testen, das ich Ihnen mitteilen werde, sobald der Test abgeschlossen ist. Es steuert die Ausgangsspannung und stabilisiert diese mithilfe von PWM. Auch in diesem Design verwende ich eine 140-V-Wicklung des Transformators zum Laden und BTA16 zum Steuern der Ladestromstärken. Hoffen wir auf das Gute.

Du machst es am besten. Nie aufhören, einen schönen Tag haben.

Design Nr. 3: IC 555-basierte USV-Schaltung

Das dritte unten erläuterte Design ist eine einfache USV-Schaltung mit PWM, und sie ist absolut sicher für den Betrieb hochentwickelter elektronischer Geräte wie Computer, Musiksysteme usw. Das gesamte Gerät kostet etwa 3 US-Dollar. Das Design enthält auch ein eingebautes Ladegerät, um den Akku immer in einem nachgefüllten Zustand und im Standby-Modus zu halten. Lassen Sie uns das gesamte Konzept und die Schaltung untersuchen.

Das Schaltungskonzept ist recht einfach. Es geht darum, die Ausgabegeräte gemäß den angelegten, gut optimierten PWM-Impulsen schalten zu lassen, wodurch der Transformator geschaltet wird, um eine äquivalente induzierte Netzwechselspannung mit identischen Parametern wie bei einer Standard-Wechselstrom-Sinuswellenform zu erzeugen.

Schaltungsbetrieb:

Der Schaltplan kann anhand folgender Punkte verstanden werden:

Die PWM-Schaltung verwendet den sehr beliebten IC 555 für die erforderliche Erzeugung der PWM-Impulse.

Die Voreinstellungen P1 und P2 können genau so eingestellt werden, wie es für die Versorgung der Ausgabegeräte erforderlich ist.

Die Ausgabegeräte reagieren genau auf die angelegten PWM-Impulse der 555-Schaltung. Daher sollte eine sorgfältige Optimierung der Voreinstellungen zu einem nahezu idealen PWM-Verhältnis führen, das einer Standard-Wechselstromwellenform durchaus gleichwertig ist.

Da jedoch die oben diskutierten pWM-Impulse an die Basen der beiden Transistoren angelegt werden, die zum Schalten von zwei getrennten Kanälen positioniert sind, würde dies ein totales Durcheinander bedeuten, da wir niemals beide Wicklungen des Transformators zusammen schalten wollen.

Verwenden von NOT-Gattern zum Induzieren des 50-Hz-Schaltens

Daher wurde eine weitere Stufe eingeführt, die aus einigen NICHT-Gattern des IC 4049 besteht und sicherstellt, dass die Geräte abwechselnd und niemals alle gleichzeitig leiten oder schalten.

Der aus N1 und N2 hergestellte Oszillator führt perfekte Rechteckimpulse aus, die weiter entfernt sind gepuffert durch N3 --- N6 . Die Dioden D3 und D4 spielen ebenfalls eine wichtige Rolle, indem sie die Geräte nur auf die negativen Impulse von den NOT-Gattern reagieren lassen.

Diese Impulse schalten die Geräte abwechselnd aus, sodass zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Kanal leiten kann.

Die mit N1 und N2 verknüpfte Voreinstellung wird zum Einstellen der Ausgangswechselstromfrequenz der USV verwendet. Für 220 Volt muss es auf 50 Hz und für 120 Volt auf 60 Hz eingestellt sein.

Teileliste für die USV

R1, R2, R3, R4, R5 = 1K,
P1, P2 = gemäß Formel,
P3 = 100K voreingestellt
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = 3 V Zenerdiode
C1 = 1 uF / 25 V.
C2 = 10n,
C3 = 2200 uF / 25 V.
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049. Die Pin-Out-Nummern finden Sie im Datenblatt.
Transformator = 12-0-12 V, 15 Ampere

Der Batterieladekreis:

Wenn es sich um eine USV handelt, muss unbedingt ein Batterieladekreis eingebaut werden.

Unter Berücksichtigung der geringen Kosten und der Einfachheit des Designs wurde in diesen unterbrechungsfreien Stromversorgungskreis ein sehr einfaches, aber ziemlich genaues Batterieladegerätdesign integriert.

Wenn wir uns die Abbildung ansehen, können wir einfach sehen, wie einfach die Konfiguration ist.

Die gesamte Erklärung finden Sie hier Batterieladekreis Artikel Die beiden Relais RL1 und RL2 sind so positioniert, dass der Stromkreis vollautomatisch ist. Wenn Netzstrom verfügbar ist, ziehen die Relais an und schalten das Wechselstromnetz über ihre N / O-Kontakte direkt an die Last. In der Zwischenzeit wird der Akku auch über den Ladekreis aufgeladen. Sobald die Wechselstromversorgung ausfällt, schalten die Relais die Netzleitung zurück, trennen sie und ersetzen sie durch den Wechselrichtertransformator, sodass der Wechselrichter nun die Netzspannung für die Last übernimmt innerhalb von Millisekunden.

Ein weiteres Relais RL4 wird eingeführt, um seine Kontakte während eines Stromausfalls umzudrehen, so dass die Batterie, die im Lademodus gehalten wurde, für die erforderliche Erzeugung der Notstromversorgung in den Wechselrichtermodus geschaltet wird.

Teileliste für das Ladegerät

R1 = 1K,
P1 = 10K
T1 = BC547B,
C1 = 100 uF / 25 V.
D1 --- D4 = 1N5402
D5, 6, 7 = 1N4007,
Alle Relais = 12 Volt, 400 Ohm, SPDT

Transformator = 0-12 V, 3 Ampere

Design # 4: 1kva UPS Design

Das letzte, aber mit Abstand leistungsstärkste Design beschreibt eine 1000-Watt-USV-Schaltung, die mit einem +/- 220-V-Eingang betrieben wird und 40 Nos 12-V / 4-AH-Batterien in Reihe verwendet. Der Hochspannungsbetrieb macht das System relativ weniger komplex und transformatorlos. Die Idee wurde von Aquarius angefordert.

Technische Spezifikationen

Ich bin dein Fan und habe mit Erfolg viele Projekte für meinen persönlichen Gebrauch gebaut und hatte viel Freude. Gott schütze dich. Jetzt beabsichtige ich, eine 1000-Watt-USV mit einem anderen Konzept zu bauen (Wechselrichter mit Hochspannungseingang Gleichstrom).

Ich werde eine Batteriebank von 18 bis 20 versiegelten Batterien in Reihe von jeweils 12 Volt / 7 Ah verwenden, um einen Speicher von mehr als 220 Volt als Eingang für einen transformatorlosen Wechselrichter zu erhalten.

Können Sie eine möglichst einfache Schaltung für dieses Konzept vorschlagen, die ein Batterieladegerät + Schutz und eine automatische Umschaltung bei Netzausfall umfassen sollte? Später werde ich auch einen Solarstromeingang hinzufügen.

Das Design

Die vorgeschlagene 1000-Watt-USV-Schaltung kann unter Verwendung der folgenden zwei Schaltungen aufgebaut werden, wobei die erste der Wechselrichterabschnitt mit den erforderlichen automatischen Umschaltrelais ist. Das zweite Design sieht die automatische Batterieladestufe vor.

Die erste Schaltung, die den 1000-Watt-Wechselrichter darstellt, besteht aus drei Grundstufen.

T1, T2 bilden zusammen mit den zugehörigen Komponenten die Eingangsdifferentialverstärkerstufe, die die Eingangs-PWM-Signale von einem PWM-Generator verstärkt, der ein Sinusgenerator sein könnte.

R5 wird zur Stromquelle für die Bereitstellung eines optimalen Stroms für die Differenzstufe und die nachfolgende Treiberstufe.

Der Abschnitt nach der Differenzstufe ist die Treiberstufe, die die verstärkte PWM effektiv von der Differenzstufe auf ausreichende Pegel anhebt, um die nachfolgende Leistungsmosfetstufe auszulösen.

Die Mosfets sind in Push-Pull-Weise über die beiden 220-V-Batteriebänke ausgerichtet und schalten daher die Spannungen an ihren Drain- / Source-Anschlüssen um, um den erforderlichen 220-V-Wechselstromausgang ohne eingebauten Transformator zu erzeugen.

Der obige Ausgang wird über eine Relaisumschaltstufe, die aus einem 12-V-10-A-DPDT-Relais besteht und dessen Triggereingang über einen 12-V-AC / DC-Adapter vom Stromnetz abgeleitet wird, an die Last angeschlossen. Diese Auslösespannung wird an die Spulen aller 12-V-Relais angelegt, die in der Schaltung für die beabsichtigten Umschaltvorgänge von Netz zu Wechselrichter verwendet werden.

Teileliste für den oben genannten 1000-Watt-USV-Stromkreis

Alle Widerstände CFR 2 Watt, sofern nicht anders angegeben.

R1, R3, R10, R11, R8 = 4k7
R2, R4, R5 = 68k
R6, R7 = 4k7
R9 = 10k
R13, R14 = 0,22 Ohm 2 Watt
R12, R15 = 1 K, 5 Watt
C1 = 470 pF
C2 = 47 uF / 100 V.
C3 = 0,1 uF / 100 V.
C4, C5 = 100 pF
D1, D2 = 1N4148
T1, T2 = BC556
T5, T6 = MJE350
T3, T4 = MJE340
Q1 = IRF840
Q2 = FQP3P50

Relais = DPDT, 12V / 10amp-Kontakte, 400-Ohm-Spule

Batterieladekreis zum Laden der 220-V-DC-Batteriebänke.

Obwohl die beteiligten 12-V-Batterien im Idealfall einzeln über eine 14-V-Versorgung aufgeladen werden sollten, erwies sich ein universelles einzelnes 220-V-Ladegerät unter Berücksichtigung der Einfachheit als wünschenswerter und einfacher zu bauen.

Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, kann der Netzausgang von 220 V direkt für diesen Zweck verwendet werden, da die erforderliche Ladespannung in der Nähe von 260 V liegt.

Das direkte Anlegen des Netzes kann jedoch aufgrund des enormen Stroms gefährlich für die Batterien sein. Eine einfache Lösung mit einer Glühlampe der 200-Watt-Serie ist im Design enthalten.

Der Netzeingang wird über eine einzelne 1N4007-Diode und über eine 200-Watt-Glühlampe angelegt, die über die Schaltrelaiskontakte läuft.

Anfangs kann die gleichgerichtete Halbwellenspannung die Batterien nicht erreichen, da sich das Relais im ausgeschalteten Modus befindet.

Beim Drücken des PB1 kann die Versorgung kurzzeitig die Batterien erreichen.

Dies veranlasst einen entsprechenden Spannungspegel, der über der 200-Watt-Lampe erzeugt werden soll, und wird von der Opto-LED erfasst.

Das Opto reagiert sofort und löst das zugehörige Relais aus, das sofort aktiviert und aktiviert wird und es auch nach dem Loslassen von PB1 aufrechterhält.

Die 200-Watt-Lampe leuchtete leicht, deren Intensität vom Ladezustand der Batteriebank abhängen würde.

Wenn die Batterien aufgeladen werden, fällt die Spannung an der 200-Watt-Lampe ab, bis das Relais ausgeschaltet wird, sobald der volle Ladezustand der Batterie erreicht ist. Dies kann durch Einrichten der 4k7-Voreinstellung eingestellt werden.

Der Ausgang des obigen Ladegeräts wird über einige SPDT-Relais der Batteriebank zugeführt, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Relais stellen sicher, dass die Batterien in den Lademodus versetzt werden, solange der Netzeingang verfügbar ist, und werden in den Wechselrichtermodus zurückgesetzt, wenn der Netzeingang ausfällt.




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