كيفية تصميم دائرة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)

جرب أداة القضاء على المشاكل





في هذا البرنامج التعليمي الموجز نتعلم كيف تصميم دائرة UPS مخصصة في المنزل باستخدام مكونات عادية مثل عدد قليل من الدوائر المتكاملة NAND وبعض المرحلات.

ما هو UPS

UPS التي تعني مصدر الطاقة غير المنقطع هي محولات مصممة لتوفير طاقة التيار المتردد غير الملحومة لحمل متصل دون أدنى انقطاع ، بغض النظر عن انقطاع التيار الكهربائي المفاجئ أو التقلب أو حتى انقطاع التيار الكهربائي.



يصبح UPS مفيدًا لأجهزة الكمبيوتر وغيرها من المعدات التي تتضمن معالجة البيانات الهامة ولا يمكنها تحمل انقطاع التيار الكهربائي أثناء عملية معالجة البيانات الحيوية.

بالنسبة لهذه المعدات ، يصبح UPS في متناول اليد نظرًا لطاقة النسخ الاحتياطي الفورية للحمل ، ولتزويد المستخدم بوقت كافٍ لحفظ بيانات الكمبيوتر المهمة ، حتى يتم استعادة طاقة التيار الكهربائي الفعلية.



هذا يعني أن UPS يجب أن يكون سريعًا للغاية مع تحوله من التيار الكهربائي إلى العاكس (وضع النسخ الاحتياطي) والعكس صحيح أثناء حدوث عطل محتمل في طاقة التيار الكهربائي.

نتعلم في هذه المقالة كيفية إنشاء UPS بسيط مع الحد الأدنى من الميزات ، مع ضمان توافقه مع الأساسيات المذكورة أعلاه وتزويد المستخدم بقدرة عالية الجودة دون انقطاع طوال عملياته.

مراحل UPS

دائرة UPS أساسية سيكون للمراحل الأساسية التالية:

1) دائرة العاكس

2) بطارية

3) دائرة شاحن بطارية

4) مرحلة دائرة التحول باستخدام المرحلات أو الأجهزة الأخرى مثل التيرستورات أو SSRs.

الآن دعنا نتعلم كيف يمكن بناء مراحل الدائرة المذكورة أعلاه ودمجها معًا لتنفيذ لائق بشكل معقول نظام UPS .

مخطط كتلة

يمكن فهم المراحل الوظيفية المذكورة لوحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة بالتفصيل من خلال مخطط الكتلة التالي:

هنا يمكننا أن نرى أن وظيفة تبديل UPS الرئيسية يتم تنفيذها بواسطة مرحلتين من مرحل DPDT.

يتم تشغيل كل من مرحلات DPDT من مصدر طاقة 12 فولت تيار متردد إلى تيار مستمر أو محول.

يمكن رؤية مرحل DPDT على الجانب الأيسر وهو يتحكم في شاحن البطارية. يتم تشغيل شاحن البطارية عندما تكون أنابيب التيار المتردد متاحة من خلال جهات اتصال المرحل العلوي ، وتوفر مدخل الشحن للبطارية عبر جهات اتصال المرحل السفلي. عند فشل أنابيب التيار المتردد ، تتحول جهات اتصال الترحيل إلى جهات اتصال N / C. تعمل جهات اتصال المرحل العلوي على إيقاف تشغيل الطاقة لشاحن البطارية ، بينما تقوم جهات الاتصال السفلية الآن بتوصيل البطارية بالعاكس لبدء تشغيل وضع العاكس.

تُستخدم جهات اتصال المرحل الأيمن للتغيير من شبكة التيار المتردد للشبكة إلى أنابيب التيار المتردد العاكس ، والعكس صحيح.

تصميم UPS عملي

سنحاول في المناقشة التالية فهم وتصميم دائرة UPS عملية.

1) العاكس.

نظرًا لأن UPS يجب أن يتعامل مع الأجهزة الإلكترونية الحاسمة والحساسة ، يجب أن تكون مرحلة العاكس المعنية متقدمة بشكل معقول مع شكلها الموجي ، وبعبارة أخرى ، قد لا يُنصح باستخدام عاكس ذو موجة مربعة عادية لـ UPS ، وبالتالي بالنسبة لتصميمنا ، نتأكد من ذلك يتم الاعتناء بهذه الحالة بشكل مناسب.

على الرغم من أنني نشرت العديد من دوائر العاكس في هذا الموقع متطور بما في ذلك أنواع الموجات الجيبية PWM ، هنا نختار تصميمًا جديدًا تمامًا فقط لجعل المقالة أكثر تشويقًا ، وإضافة دائرة عاكس جديدة في القائمة

يستخدم تصميم UPS واحدًا فقط IC 4093 ومع ذلك فهو قادر على تنفيذ موجة جيبية معدلة PWM جيدة وظائف في الإخراج.

دائرة العاكس لبناء UPS

قائمة الاجزاء

  • N1 - بوابات N3 NAND من IC 4093
  • Mosfets = IRF540
  • محول = 9-0-9 فولت / 10 أمبير / 220 فولت أو 120 فولت
  • R3 / R4 = وعاء 220 ألف
  • C1 / C2 = 0.1 فائق التوهج / 50 فولت
  • جميع المقاومات 1 كيلو 1/4 واط

تشغيل دائرة العاكس

ال يتكون IC 4093 من 4 بوابات NAND من نوع Schmidt ، تم تكوين وترتيب هذه البوابات بشكل مناسب في دائرة العاكس الموضحة أعلاه ، لتنفيذ المواصفات المطلوبة.

تم تجهيز إحدى البوابات N1 كمذبذب لإنتاج 200 هرتز ، بينما تم توصيل بوابة أخرى N2 كالمذبذب الثاني لتوليد نبضات 50 هرتز.

يتم استخدام الإخراج من N1 لقيادة mosfets المرفقة بمعدل 200 هرتز بينما تقوم البوابة N2 جنبًا إلى جنب مع البوابات الإضافية N3 / N4 بتبديل mosfets بالتناوب بمعدل 50 هرتز.

هذا لضمان عدم السماح لل mosfets مطلقًا بالتصرف في وقت واحد من إخراج N1.

المخرجات من N3 ​​و N4 تقسم 200 هرتز من N1 إلى كتل بديلة من النبضات التي تتم معالجتها بواسطة المحول لإنتاج PWM AC عند 220 فولت المقصود.

هذا ينهي مرحلة العاكس لبرنامجنا التعليمي لصنع UPS.

المرحلة التالية تشرح دارة تتابع التحويل ، وكيف يحتاج العاكس أعلاه إلى أن يكون سلكيًا مع مرحلات التحويل لتسهيل عملية النسخ الاحتياطي التلقائي للعاكس وعمليات شحن البطارية أثناء فشل التيار الكهربائي ، والعكس صحيح.

مرحلة تبديل التتابع ودائرة شاحن البطارية

توضح الصورة أدناه كيف يمكن تكوين قسم المحولات في دائرة العاكس مع عدد قليل من المرحلات لتنفيذ التحويل التلقائي لتصميم UPS المقترح.

يوضح الشكل أيضًا ملف دائرة شاحن بطارية أوتوماتيكية بسيطة باستخدام IC 741 على الجانب الأيسر من الرسم التخطيطي.

أولاً ، دعنا نتعرف على كيفية توصيل مرحلات التحويل بسلك ومن ثم يمكننا المضي قدمًا في شرح شاحن البطارية.

تبديل المرحل التلقائي UPS

في المجموع ، هناك 3 مجموعات من المرحلات التي تستخدم في هذه المرحلة:

1) عدد 2 من مرحلات SPDT على شكل RL1 و RL2

2) مرحل DPDT واحد مثل RL3a و RL3b.

يتم توصيل RL1 بدائرة شاحن البطارية ويتحكم في مستوى قطع الشحن المرتفع / المنخفض للبطارية ويحدد متى تكون البطارية جاهزة للاستخدام للعاكس ومتى يلزم إزالتها.

يتم استخدام SPDT RL2 و DPDT (RL3a و RL3b) لإجراءات التحويل الفوري أثناء انقطاع التيار الكهربائي والاستعادة. تُستخدم جهات اتصال RL2 لتوصيل أو فصل الصنبور المركزي للمحول بالبطارية اعتمادًا على توفر التيار الكهربائي أو غيابه.

RL3a و RLb وهما مجموعتا ملامسات مرحل DPDT يصبحان مسؤولين عن تبديل الحمل عبر أنابيب العاكس أو أنابيب الشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو فترات الاستعادة.

يتم ربط ملفات RL2 و DPDT RL3a / RL3b بجهد 14 فولت مزود الطاقة بحيث يتم تنشيط هذه المرحلات وإلغاء تنشيطها بسرعة اعتمادًا على حالة مصدر التيار الكهربائي والقيام بإجراءات التحويل اللازمة. يستخدم هذا التيار 14 فولت أيضًا كمصدر لشحن بطارية العاكس أثناء توفر الطاقة الرئيسية.

يمكن رؤية ملف RL1 متصلاً بدائرة opamp التي تتحكم في شحن البطارية للبطارية وتضمن قطع الإمداد بالبطارية من مصدر 14 فولت بمجرد وصولها إلى نفس القيمة.

كما أنه يتأكد من أنه بينما تكون البطارية في وضع العاكس وتستهلكها الحمولة ، فإن مستوى تفريغها المنخفض لا يقل أبدًا عن 11 فولت ، كما أنه يقطع البطارية عن العاكس عندما تصل إلى هذا المستوى. يتم تنفيذ هاتين العمليتين بواسطة المرحل RL1 استجابة لأوامر opamp.

يمكن التعرف على إجراء الإعداد لدائرة شاحن بطارية UPS أعلاه من هذه المقالة التي تناقش كيفية عمل شاحن بطارية منخفض وعالي القطع باستخدام IC 741

الآن ، تحتاج ببساطة إلى دمج جميع المراحل المذكورة أعلاه معًا لتنفيذ UPS صغير المظهر لائق ، والذي يمكن استخدامه لتوفير طاقة غير متقطعة لجهاز الكمبيوتر الخاص بك أو أي أداة أخرى مماثلة.

هذا كل شيء ، هذا يختتم برنامجنا التعليمي لتصميم دائرة UPS شخصية يمكن أن يقوم بها بسهولة أي هاوٍ جديد باتباع الدليل المفصل أعلاه.




زوج من: دوائر مروحة التيار المستمر ذات التحكم في درجة حرارة اردوينو في المادة التالية: 3 مراحل تحكم في سرعة المحرك التعريفي