50 Watt Sinus-USV-Schaltung

Die in diesem Artikel beschriebene USV kann konstant eine Leistung von 50 Watt bei 110 Volt und einer Frequenz von 60 Hz liefern. Der Ausgang ist im Grunde eine Sinuswelle, die sich genau wie die Standard-Netzwechselstromversorgung für die Last verhält.

Ein integriertes Netzteil funktioniert wie ein Ladegerät. Obwohl die USV für zahlreiche verschiedene Anwendungen implementiert werden könnte, ist sie hauptsächlich dafür ausgelegt ein kleines Computersystem mit Strom versorgen und wichtige Peripheriegeräte wie ein Festplattenlaufwerk, um sicherzustellen, dass ein Stromausfall niemals zum Löschen von Daten oder zur Unterbrechung des Programms führt, das möglicherweise gerade ausgeführt wird.

Dies bedeutet, dass diese mit Blei-Säure betriebene 50-Watt-USV-Schaltung nicht für größere PCs geeignet ist, die normalerweise mit einer tatsächlichen Leistung von über 60 Watt arbeiten.

Ein wichtiges Merkmal davon USV-Schaltung ist, dass es eine 'saubere' Sinus-Wechselstromleistung ausgibt: und Fehler wie Rauschen, Spitzen oder Niederspannung innerhalb der Netz-Wechselstromleitung haben niemals Auswirkungen auf die Funktion des Computers (der Lasten).

Umrüstphase des Stromversorgungsrelais

Die Stromversorgungsstufe ist sehr charakteristisch, da sie über eine Fernbedienung mit Strom versorgt wird 12 Volt Blei Säure oder SMF Batterie und auch von Ihrer Wechselstromleitung wird die Batterie hier das wichtigste Element für die Funktion der USV.

Wie in Fig. 1 unten gezeigt, wird das Relais RY2 aktiviert, wenn der CHARGE-OFF-OPERATE-Schalter S1 entweder auf die CHARGE- oder OPERATE-Einstellung gestellt ist, und seine Kontakte versorgen die Primärwicklungen der Leistungstransformatoren T1 und T2 mit Wechselstrom.

Der Strom durch die Sekundärwicklungen wird durch die Dioden D1, D2, D3 und D4 gleichgerichtet.

Die Drosseln L1 und L2 begrenzen den Ladestrom für die Batterie und verhindern den Durchgang des Welligkeitsstroms.

Diode D5 liefert 'Brecheisen' Überlastschutz Seine Funktion besteht darin, die vielen anfälligen Komponenten zu schützen, indem die Sicherung F1 ausgelöst wird, damit sie durchbrennt, falls die Batterie versehentlich mit einer falschen Polarität angeschlossen wird.

Der Operationsverstärker IC1 ist in Form eines invertierenden Spannungskomparators angeschlossen, dessen Referenzspannung über das Potentiometer R3 über einen Bereich von 11 bis 14 Volt eingestellt werden kann.

Sobald die Batteriespannung unter die Referenz fällt, wird der Optokoppler IC2 aktiviert, der das Relais RY1 antreibt. Der durch die Kontakte von RY1 fließende Strom beginnt, den Akku aufzuladen, wenn die Last nicht zu schwer ist.

Wenn die USV jedoch auf oder nahe ihrem 100% -Potential arbeitet, ist möglicherweise ein externes Batterieladegerät erforderlich, um eine ausreichende Stromversorgung zu gewährleisten und zu verhindern, dass die Batterie entladen wird.

ZU 10 Ampere Ladegerät ist ratsam. Da die meisten Batterieladegeräte kein Filtersystem haben, muss ein hochwertiger Filterkondensator zwischen dem Ladegerätausgang und der Batterie enthalten sein, um den Welligkeitsstrom zu minimieren.

Um zu verhindern Batterieladung Die Stromversorgung des Ladegeräts darf nur eingeschaltet werden, wenn die USV zu 100% ausgelastet ist.

Die Sicherung F2 muss weniger als 10 Ampere betragen, damit die primäre Sicherung F1 nicht ausfällt, wenn der 12-Volt-Ausgang unbeabsichtigt kurzgeschlossen wird.

Die Transistorverstärkerstufe

Wie in Fig. 2 unten dargestellt, wird der USV-Wechselstromausgang von einer transformatorgekoppelten Klasse-B-Verstärkerschaltung erzeugt.

Die 4 Sätze von Darlington-Transistoren (Q4-Q8, Q5-Q9, Q6-Q10 und Q7-Q11) arbeiten wie Emitter-Follower-Netzwerke, um die Primärwicklungen der Leistungstransformatoren T5 und T6 mit Spannung zu versorgen.

Der Kondensator C8 löscht alle hochfrequenten Bestandteile, die aufgrund von Hochspannungsüberkreuzungsverzerrungen oder Übersteuerungen entstehen, und verhindert zusätzlich die hochfrequente Eigenschwingung.

Zwei der Darlington-Sätze werden parallel über den Transformator T3 mit Strom versorgt, ein weiteres Paar wird mittels T4 parallel geschoben.

Die Dioden D11, D12, D13 und D14 erzeugen eine konstante DC-Basisspannung, die die Ausgangstransistoren um den Grenzbereich herum vorspannt.

Das Klasse A Fahrer Das durch die Transistoren Q2 und Q3 gebildete Netzwerk besteht ebenfalls vollständig aus Emitterfolgern. Die wesentliche Spannungserhöhung wird durch die Transformatoren T3 und T4 implementiert, die ebenfalls typische Leistungstransformatoren sind, die in umgekehrter Reihenfolge konfiguriert sind.

Der Transistor Q1 steuert die Transistoren Q2 und Q3 parallel an. Die Q1-Basis ist direkt mit dem IC5-d-Ausgang (siehe Abb. 3) verbunden, der bei 4,5 Volt Gleichstrom liegt.

Die Phasenumkehr für den Gegentaktantrieb der Ausgangsstufe wird durch geeignete Verdrahtung der Sekundärteile der Transformatoren T3 und T4 erreicht.

Der Sinusgenerator

Wie in Fig. 3 unten gezeigt, ist die Oszillatorstufe wird mit IC4 konfiguriert 567 Tondetektor .

Die Frequenz des IC wird durch die Widerstände R26 und R27 und den Kondensator C14 eingestellt und auf präzise 60 Hz festgelegt. Der Rechteckwellenausgang von IC4 wird durch IC5-b in eine Dreieckswelle umgewandelt, die weiter entfernt ist in eine Sinuswelle umgewandelt von IC5-c.

Die Verstärkung des Operationsverstärkers IC5-d wird eingestellt durch Potentiometer R35, das ist fest auf die AC-Ausgangsspannung eingestellt.

Der Operationsverstärker IC5-a wandelt die Sinuswelle vom T2-Ausgang in eine Frequenz von 60 Hz um.

D15 schützt vor Schäden, die im Falle des auf amp Der invertierende Eingang wird in Bezug auf Masse negativ. Die Diode ist im Allgemeinen in Sperrrichtung vorgespannt.

Die 60-Hz-Impulse, die über C12 und D16 mit IC4 verbunden sind, lösen aus, dass der Oszillator an die Netzwechselstromfrequenz anschließt. Ein gewisses Maß an Kontrolle über die genaue Phasensynchronisation ist durch Feinabstimmung des Potentiometers R20 erreichbar.

Sobald die Einstellung richtig vorgenommen wurde, wird der Wechselstromausgang in Phase mit der Eingangswechselstromnetzleitung verriegelt, und dieser Verriegelungs- / Entriegelungsprozess während des Ausfalls und der Wiederherstellung der Eingangsleistung wäre weich und günstig und würde nahezu keine Interferenzen erzeugen.

Das Sinusgenerator kommt mit glatter, wellenfreier 9 Volt Stromversorgung über IC3, einen 7805 IC, 5 V Regler. Pin 3 des Reglers wird mit Hilfe der Widerstandsteiler R16 und R17 auf 4 Volt über der Erdungsleitung gehalten, um einen präzisen 9-Volt-Ausgang zu erhalten.

Der Messkreis

Es kann möglich sein Überwachen Sie entweder die Batteriespannung oder die Wechselstromausgangsspannung durch eine Messschaltung, wie in Fig. 4 unten gezeigt.

ZU Brückengleichrichter bestehend aus vier Gleichrichterdioden wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um, während der Kondensator C19 in einen reinen Gleichstrom glättet.

Ein DPDT-Schalter schließt ein 15-V-Gleichspannungsmessgerät an die 12-V-Versorgung oder den Spannungsteiler an Widerstandsteiler von R36 und R37.

So testen Sie die Netzteilumschaltung

Es kann wichtig sein, Testen Sie die Stromversorgung Abschnitt, bevor der Verstärker verkabelt ist. Dies kann bereits vor dem Zusammenbau der Verstärkerstufe durchgeführt werden.

Dazu können Sie den Schieberarm des R3 in Richtung des mit R4 verbundenen Endes einstellen.

Schließen Sie das Netzkabel noch nicht an eine Steckdose an. Schließen Sie eine 12 V an Blei-Säure-Batterie an die Versorgung und Position S1 entweder auf CHARGE oder OPERATE.

Jetzt konnte das Relais RY2 aktiviert und LED1 beleuchtet gesehen werden. Zu diesem Zeitpunkt können an den Pins 2 und 7 von IC1 etwa 12 V anliegen.

Pin 6 sollte logisch niedrig sein. Schließen Sie anschließend das Netzkabel an eine Netzsteckdose an. Die Lampe LMP1 leuchtet jetzt auf. Das Relais RY1 sollte weiterhin ausgeschaltet sein und Sie würden ungefähr 14 V an seinen normalerweise offenen Kontakten testen.

Pin 7 von IC1 sollte ungefähr 14 V und Pin 3 ungefähr 11 Volt anzeigen. Pin 6 sollte einen logischen Low anzeigen.

Drehen Sie R3 auf das umgekehrte Ende, um 14 V an Pin 3 zu erhalten. RY1 muss in diesem Moment bei ausgeschalteter LED1 aktiviert werden.

Die Spannung an den Batteriepunkten sollte jetzt 13 V betragen. Stellen Sie R3 genau auf den Pegel ein, bei dem das Relais RY1 deaktiviert wird.

Die Ladestufe muss Schalten Sie das Gerät immer wieder aus und wieder ein, wenn die Batteriespannung steigt und abnimmt . Die genaue Einstellung von R3 kann an dem Punkt sein, an dem der Ladegerätausgang ziemlich schnell schaltet und praktisch in dem Moment abschaltet, in dem er sich einschaltet.

Die Batteriespannung sollte bei fehlender Ladeversorgung bei 12,5 V liegen. Wenn die Batteriespannung abfällt, muss der Ladegerätausgang wiederholt umgeschaltet werden, es sei denn, die Batterie ist so stark entladen, dass der volle Strom des Ladegeräts die Spannung nicht wieder auf 12,5 zurücksetzen kann.

Testen des Sinusgenerators

Die Prüfung der Sinusgeneratorstufe kann separat ausgeführt werden. Falls Sie es auf der abgebildeten Platine ohne die montieren 9 V Regler IC Anschließend können Sie für das Testverfahren eine 9-V-PP3-Batterie oder eine externe äquivalente Stromquelle verwenden.

Positionieren Sie zunächst den voreingestellten Schieberarm des R20 auf der Bodenseite. Bei Verwendung eines Oszilloskop-Oszilloskops sollte an Pin 5 von IC4 ein Rechtecksignal angezeigt werden.

Durch Zuführen einer 60-Hz-Sinusfrequenz an die horizontaler Sweep des Oszilloskops Stellen Sie den Widerstand R27 so ein, dass eine Frequenz von 60 Hz entsteht, die eine rechteckige Lissajous-Wellenform erzeugt.

Die Frequenz muss nicht genau sein. Ein sich allmählich änderndes Wellenformmuster kann ziemlich zufriedenstellend sein. Wenn das Oszilloskop für einen Standard-60-Hz-Sweep eingestellt ist, stellen Sie sicher, dass das Oszilloskop eine Dreieckswelle am Ausgang von IC5-b und eine Sinuswelle am Ausgang von IC5-c anzeigt.

Eine Sinuswelle muss auch am IC5-d-Ausgang verfügbar sein. Und seine Amplitude sollte in Reaktion auf die Einstellung von R35 variieren. Falls eine dieser Prüfungen nicht korrekt ist, überprüfen Sie das Vorhandensein von 4,5 Volt Gleichstrom an allen Eingangs- und Ausgangspins.

Schließen Sie als Nächstes eine 12,6-V-Wechselstromquelle an R21 an und stellen Sie den R20 so lange ein, bis Sie das Oszilloskop finden, das die Ausgangsimpulse von IC5-a anzeigt: Die Oszillatorfrequenz muss auf die Eingangsleitungsfrequenz eingestellt sein. Jetzt Legen Sie den Bereich fest um eine Lissajous-Kurve wie zuvor anzuzeigen und den IC5-d-Ausgang zu überwachen.

Sie müssen ein ovales Muster sehen, das fast geschlossen ist. Möglicherweise müssen Sie R20 so einstellen können, dass die Oszilloskopanzeige fast eine abfallende gerade Linie ist, die anzeigt, dass das Ausgangssignal mit der Gitterlinie in Phase ist.

Wenn Sie nun das AC-Eingangssignal durch Abziehen des Netzkabels trennen, muss das Oszilloskopmuster allmählich zu einer ovalen Formanzeige führen, die sich öffnet und schließt.

Richten Sie das Potentiometer R27 neu aus, um die oben angegebene Änderungsrate zu verringern. Sobald die Eingangswechselstromfrequenz wieder hergestellt ist, wird die Bereichsanzeige muss sofort zum abfallenden Linienmuster zurückkehren.

Testen des Messkreises

Die Prüfung und Kalibrierung der Messkreis könnte durch Anschließen des Gleichrichters an die Netzwechselstromleitung implementiert werden.

Wenn Sie S2 in die AC-Position drücken, stellen Sie R37 fein ein, um einen Zählerstand zu erhalten, der 1/10 der AC-Eingangsspannung betragen kann, die separat über einen Standard-Zählerstand gemessen wird.

Wenn keine Messung angezeigt wird, suchen Sie nach ca. 130 Volt Gleichstrom um C19, um sicherzustellen, dass der Gleichrichter richtig angeschlossen ist. Ein Oszilloskop sollte hier aufgrund des niedrigen uF-Werts des C19-Kondensators ein großes Welligkeitselement anzeigen.

Testen des Verstärkers

Beginnen Sie den Test, indem Sie die Leistungstransistorverstärkerstufe in die 12-V-Stromquelle und den Sinuswellengenerator integrieren.

Stellen Sie den Mittelarm des R35 in Richtung des Endes ein, das der Ausgangsseite des IC5-d zugeordnet ist, wodurch die Einstellung für ein Ausgangssignal Null festgelegt wird.

Stellen Sie nun den S1 in die Position 'OPERATE'. An den Emittern von Q2, Q3, Q8, Q9, Q10 und Q11 sollte ein Zählerstand von 12,5 V angezeigt werden.

Möglicherweise werden diese Transistoren auch etwas wärmer, wenn auch nicht heiß.

Sie sollten in der Lage sein, einen Zählerstand von ungefähr 11 V an den Basen von Q4, Q5, Q6 und Q7 und ungefähr 4 V am Q1-Emitter zu sehen.

Seien Sie bei der Durchführung der folgenden Testverfahren vorsichtig, wenn Sie mit dem Ausgang arbeiten, da dieser auf einem tödlichen Netzpegel von 117 V liegt.

Schließen Sie jeweils einen Draht der 120-V-Wicklungen des Transformators T5 und T6 miteinander an, wobei die anderen nicht angeschlossen bleiben.

Verbinden Sie eine Wechselspannungsmesser mit einer der Transformatorwicklungen und stellen Sie das Messgerät auf einen Bereich von mehr als 110 Volt ein.

Drehen Sie danach nach und nach den voreingestellten Mittelarm R35, bis Sie eine messbare Ausgangsspannung sehen. Wenn dies nicht der Fall ist, stellen Sie sicher, dass der Phasenantrieb in die Ausgangsstufen umgekehrt ist.

Die Wechselspannung von der Basis Q4 oder Q6 zur Basis Q5 oder Q7 muss doppelt so hoch sein wie die Masse. Wenn Sie dies nicht sehen, versuchen Sie, die Wicklungsanschlüsse von Transformator T3 oder T4 auszutauschen, aber nicht von beiden.

Stellen Sie als nächstes sicher, dass die 120-V-Wicklungen des Transformators T5 und T6 perfekt in Phase sind und somit in geeigneter Weise angeschlossen sind. Schließen Sie das Voltmeter an die Kabel an, die nicht angeschlossen waren.

Wenn Sie feststellen, dass die Spannung doppelt so hoch ist wie beim vorherigen Messwert, sind die Wicklungen sicher in Reihe geschaltet. Die Verbindung einer der Wicklungen schnell umkehren.

Wenn Sie keine Spannungsanzeige am Messgerät sehen, verbinden Sie die beiden anderen Kabel miteinander. Schließen Sie eine 15-W-Lampe am Ausgang an und stellen Sie die Voreinstellung R35 ein, um eine volle Leistung zu erhalten. Die Lampe muss mit optimaler Helligkeit leuchten und das Messgerät sollte etwa 125 Volt Wechselstrom anzeigen.

Verwendung der USV

Stellen Sie bei der Implementierung der vorgeschlagenen 50-Watt-USV-Schaltung sicher, dass S1 auf 'OPERATE' steht, bevor Sie die Last einschalten.

Überprüfen Sie den Wechselstromausgang der USV, um sicherzustellen, dass sie mindestens 120 Volt erzeugt. Diese 120-V-Spannung kann etwas abnehmen, sobald der Ausgang geladen wird.

Wenn Sie feststellen, dass die Spannung instabil ist, bedeutet dies, dass der Oszillator nicht verriegelt und mit der Netzleitung synchronisiert ist. Um dies zu korrigieren, stellen Sie die Voreinstellungen R27 und R20 nach einiger Zeit neu ein, sobald sich die Schaltung etwas erwärmt hat.

Wenn Sie die R27 / R20-Voreinstellungen entsprechend anpassen, wird der Oszillator während jeder Einschaltperiode mit der Netzfrequenz verriegelt.

Schalten Sie nun das System ein und bestätigen Sie die Ausgangsspannungsbedingungen erneut. Die Ausgangsspannung kann auf abfallen 110 Volt Während es unter diskontinuierlicher Last betrieben wird, beispielsweise ein Festplattenlaufwerk oder ein Drucker, kann dies akzeptabel sein.

Die Sicherungszeit von der USV während eines Netzausfalls hängt von der Ah-Bewertung der Batterie ab. Wenn eine Motorradbatterie verwendet wird, sollte diese ungefähr 15 Minuten Backup-Betriebszeit bieten.

Pars-Liste

Die vollständige Teileliste für die oben erläuterte 50-Watt-Sinus-USV-Schaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Aufbau der Filterdrosseln L1, L2

Wenn Sie die vorgeschlagenen L1- und L2-Drosseln nicht von Ihrem Teilehändler erhalten können, können Sie diese mit der folgenden Konfiguration konstruieren

Verwenden Sie für die Spulen 1 mm Superlackdraht