Cómo diseñar un circuito de suministro de energía ininterrumpida (UPS)

Cómo diseñar un circuito de suministro de energía ininterrumpida (UPS)

En este breve tutorial aprendemos a diseñar un circuito UPS personalizado en casa utilizando componentes ordinarios como algunos circuitos integrados NAND y algunos relés.

Que es un UPS

UPS, que significa fuente de alimentación ininterrumpida, son inversores diseñados para proporcionar una alimentación de CA sin interrupciones a una carga conectada sin la más mínima interrupción, independientemente de fallas o fluctuaciones repentinas de energía o incluso una caída de tensión.

Un UPS se vuelve útil para PC y otros equipos similares que implican el manejo de datos críticos y no pueden permitirse la interrupción de la alimentación eléctrica durante una operación de procesamiento de datos vital.



Para estos equipos, el UPS se vuelve muy útil debido a su respaldo de energía instantáneo a la carga y por brindar al usuario tiempo suficiente para guardar los datos cruciales de la computadora, hasta que se restablezca la energía de la red.

Esto significa que un SAI debe ser extremadamente rápido con su cambio de red a inversor (modo de respaldo) y viceversa durante un posible mal funcionamiento de la red.

En este artículo aprendemos cómo hacer un SAI simple con todas las características mínimas, asegurándonos de que cumpla con los fundamentos anteriores y proporcione al usuario una energía ininterrumpida de buena calidad durante el curso de sus operaciones.

Etapas de UPS

Un circuito UPS básico tendrá las siguientes etapas fundamentales:

1) Un circuito inversor

2) una batería

3) Un circuito cargador de batería

4) Una etapa de circuito de conmutación que utiliza relés u otros dispositivos como triacs o SSR.

Ahora aprendamos cómo se pueden construir e integrar las etapas del circuito anteriores para implementar una solución razonablemente decente. Sistema UPS .

Diagrama de bloques

Las etapas funcionales mencionadas de una unidad de alimentación ininterrumpida se pueden entender en detalle a través del siguiente diagrama de bloques:

Aquí podemos ver que la función principal de cambio de UPS se realiza mediante un par de etapas de relé DPDT.

Ambos relés DPDT se alimentan de una fuente de alimentación o adaptador de 12 V CA a CC.

Se puede ver el relé DPDT del lado izquierdo controlando el cargador de batería. El cargador de batería se alimenta cuando la red de CA está disponible a través de los contactos del relé superior y suministra la entrada de carga a la batería a través de los contactos del relé inferior. Cuando falla la red de CA, los contactos del relé cambian a los contactos N / C. Los contactos del relé superior apagan la energía del cargador de batería, mientras que los contactos inferiores ahora conectan la batería con el inversor para iniciar la operación en modo inversor.

Los contactos de relé del lado derecho se utilizan para cambiar de la red de CA a la red de CA del inversor y viceversa.

Un diseño práctico de UPS

En la siguiente discusión, intentaremos comprender y diseñar un circuito UPS práctico.

1) El inversor.

Dado que un UPS tiene que lidiar con aparatos electrónicos cruciales y sensibles, la etapa del inversor involucrada debe estar razonablemente avanzada con su forma de onda, en otras palabras, un inversor de onda cuadrada ordinaria puede no ser recomendable para un UPS y, por lo tanto, para nuestro diseño nos aseguramos de que esta condición está adecuadamente atendida.

Aunque he publicado muchos circuitos inversores en este sitio web, incluidos los sofisticados Tipos de onda sinusoidal PWM , aquí seleccionamos un diseño completamente nuevo solo para hacer el artículo más interesante, y agregamos un nuevo circuito inversor en la lista

El diseño de UPS utiliza solo un IC 4093 y, sin embargo, es capaz de ejecutar una buena onda sinusoidal modificada PWM funciones en la salida.

circuito inversor para la construcción del SAI

Lista de partes

  • Puertas N1 --- N3 NAND de IC 4093
  • Mosfets = IRF540
  • Transformador = 9-0-9V / 10 amperios / 220V o 120V
  • R3 / R4 = bote de 220k
  • C1 / C2 = 0,1 uF / 50 V
  • Todas las resistencias son de 1K 1/4 vatios

Operación del circuito del inversor

los IC 4093 consta de 4 puertas NAND tipo Schmidt , estas puertas están configuradas y dispuestas apropiadamente en el circuito inversor mostrado anteriormente, para implementar las especificaciones requeridas.

Una de las puertas N1 está montada como un oscilador para producir 200 Hz, mientras que otra puerta N2 está conectada como el segundo oscilador para generar pulsos de 50 Hz.

La salida de N1 se utiliza para impulsar los mosfets adjuntos a una velocidad de 200Hz, mientras que la puerta N2 junto con las puertas adicionales N3 / N4, cambia los mosfets alternativamente a una velocidad de 50Hz.

Esto es para asegurar que nunca se permita que los mosfets conduzcan simultáneamente desde la salida de N1.

Las salidas de N3, N4 rompen los 200Hz de N1 en bloques alternos de pulsos que son procesados ​​por el transformador para producir un PWM AC a los 220V previstos.

Esto concluye la etapa del inversor para nuestro tutorial de fabricación de UPS.

La siguiente etapa explica el circuito de relé de cambio y cómo el inversor anterior debe conectarse con los relés de conmutación para facilitar las operaciones de respaldo automático del inversor y carga de la batería durante una falla de red, y viceversa.

Etapa de cambio de relé y circuito del cargador de batería

La siguiente imagen muestra cómo la sección del transformador del circuito inversor se puede configurar con algunos relés para implementar el cambio automático para el diseño de UPS propuesto.

La figura también muestra un circuito de cargador de batería automático simple utilizando el IC 741 en el lado izquierdo del diagrama.

Primero, aprendamos cómo se conectan los relés de cambio y luego podemos continuar con la explicación del cargador de batería.

Cambio de relé automático UPS

En total, hay 3 juegos de relés que se utilizan en esta etapa:

1) 2 números de relés SPDT en forma de RL1 y RL2

2) Un relé DPDT como RL3a y RL3b.

El RL1 se conecta con el circuito del cargador de batería y controla el corte del nivel de carga de corte alto / bajo para la batería y determina cuándo la batería necesita está lista para ser utilizada por el inversor y cuándo debe retirarse.

El SPDT RL2 y el DPDT (RL3a y RL3b) se utilizan para las acciones de cambio instantáneo durante un corte de energía y restauración. Los contactos RL2 se utilizan para conectar o desconectar la toma central del transformador con la batería en función de la disponibilidad o ausencia de red.

RL3a y RLb, que son los dos conjuntos de contactos del relé DPDT, se encargan de conmutar la carga a través de la red del inversor o de la red durante cortes de energía o períodos de restauración.

Las bobinas de RL2 y DPDT RL3a / RL3b se unen con un 14V fuente de alimentación de manera que estos relés se activen y desactiven rápidamente en función del estado de la red de entrada y realicen las acciones de conmutación necesarias. Esta fuente de 14 V también se utiliza como fuente para cargar la batería del inversor mientras la red eléctrica está disponible.

La bobina del RL1 se puede ver conectada con el circuito opamp que controla la carga de la batería y asegura que el suministro a la batería desde la fuente de 14V se corte tan pronto como alcance el mismo valor.

También se asegura de que mientras la batería está en modo inversor y es consumida por la carga, su nivel de descarga más bajo nunca baje de 11V, y corta la batería del inversor cuando alcanza este nivel. Ambas operaciones son ejecutadas por el relé RL1 en respuesta a los comandos opamp.

El procedimiento de configuración para el circuito del cargador de batería del UPS anterior se puede aprender en este artículo que analiza cómo hacer un cargador de batería de corte bajo alto usando IC 741

Ahora simplemente necesita integrar todas las etapas anteriores juntas para ejecutar un UPS pequeño de aspecto decente, que podría usarse para proporcionar energía ininterrumpida a su PC o cualquier otro dispositivo similar.

Eso es todo, esto concluye nuestro tutorial para diseñar un circuito UPS personal que cualquier aficionado nuevo puede hacer fácilmente siguiendo la guía detallada anterior.




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