Схема блока бесперебойного питания: Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания 2

Содержание

Конструкция и ремонт источников бесперебойного питания 2

УСТРОЙСТВО ИБП КЛАССА OFF-LINE

К ИБП класса Off-line фирмы АРС относятся модели Back-UPS. ИБП этого класса отличаются низкой стоимостью и предназначены для защиты персональных компьютеров, рабочих станций, сетевого оборудования, торговых и кассовых терминалов. Мощность выпускаемых моделей Back-UPS от 250 до 1250 ВА. Основные технические данные наиболее распространенных моделей ИБП представлены в табл.1.

Таблица 1. Основные технические данные ИБп класса Back-UPS

МодельBK250IBK400IBK600I
Номинальное входное напряжение, В220…240
Номинальная частота сети, Гц50
Энергия поглощаемых выбросов, Дж320
Пиковый ток выбросов, А6500
Пропущенные в нормальном режиме значения выбросов напряжения по тесту IEEE 587 Cat. A 6kVA, %<1
Напряжение переключения, В166…196
Выходное напряжение при работе от аккумуляторов, В225 ± 5%
Выходная частота при работе от аккумуляторов, Гц50 ± 3%
Максимальная мощность, ВА (Вт)250(170)400(250)600(400)
Коэффициент мощности0,5. ..1,0
Пик-фактор<5
Номинальное время переключения, мс5
Количество аккумуляторов х напряжение, В2×61×122×6
Емкость аккумуляторов, Ач4710
Время 90-% подзарядки после разрядки до 50%, час6710
Акустический шум на расстоянии 91 см от устройства, дБ<40
Время работы ИБП на полную мощность, мин>5
Максимальные габариты (В х Ш х Г), мм168x119x361
Вес, кг5,49,511,3

Индекс «I» (International) в названиях моделей ИБп означает, что модели рассчитаны на входное напряжение 230 В, В устройствах установлены герметичные свинцовые не обслуживаемые аккумуляторы со сроком службы 3…5 лет по стандарту Euro Bat. Все модели оснащены фильтрами-ограничителями, подавляющими скачки и высокочастотные помехи сетевого напряжения. Устройства подают соответствующие звуковые сигналы при пропадании входного напряжения, разрядке аккумуляторов и перегрузке. Пороговое значение напряжения сети, ниже которого ИБп переходит на работу от аккумуляторов, устанавливается переключателями на задней панели устройства. Модели BK400I и BK600I имеют интерфейсный порт, подключаемый к компьютеру или серверу для автоматического самостоятельного закрытия системы, тестовый переключатель и выключатель звукового сигнала.

Структурная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I показана на рис. 1. Сетевое напряжение поступает на входной многоступенчатый фильтр через прерыватель цепи. Прерыватель цепи выполнен в виде автоматического выключателя на задней панели ИБП. В случае значительной перегрузки он отключает устройство от сети, при этом контактный столбик выключателя выталкивается вверх. Чтобы включить ИБП после перегрузки, необходимо вернуть в исходное положение контактный столбик выключателя. Во входном фильтре-ограничителе электромагнитных и радиочастотных помех используются LC-звенья и металлооксидные варисторы. При работе в нормальном режиме контакты 3 и 5 реле RY1 замкнуты, и ИБП передает в нагрузку напряжение электросети, фильтруя высокочастотные помехи. Зарядный ток поступает непрерывно, пока в сети есть напряжение. Если входное напряжение падает ниже установленной величины или вообще исчезает, а также если оно сильно зашумлено, контакты 3 и 4 реле замыкаются, и ИБП переключается на работу от инвертора, который преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное. Время переключения составляет около 5 мс, что вполне приемлемо для современных импульсных блоков питания компьютеров. Форма сигнала на нагрузке — прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности с частотой 50 Гц, длительностью 5 мс, амплитудой 300 В, эффективным напряжением 225 В. На холостом ходу длительность импульсов сокращается, и эффективное выходное напряжение падает до 208 В. В отличие от моделей Smart-UPS, в Back-UPS нет микропроцессора, для управления устройством используются компараторы и логические микросхемы.

 

Принципиальная схема ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I практически полностью приведена на рис. 2-4. Многозвенный фильтр подавления помех электросети состоит из варисторов MOV2, MOV5, дросселей L1 и L2, конденсаторов С38 и С40 (рис. 2). Трансформатор Т1 (рис. 3) является датчиком входного напряжения.

Его выходное напряжение используется для зарядки аккумуляторов (в этой цепи используются D4…D8, IC1, R9…R11, С3 и VR1) и анализа сетевого напряжения.

Если оно пропадает, то схема на элементах IC2…IC4 и IC7 подключает мощный инвертор, работающий от аккумулятора. Команда ACFAIL включения инвертора формируется микросхемами IC3 и IC4. Схема, состоящая из компаратора IC4 (выводы 6, 7, 1 ) и электронного ключа IC6 (выводы 10, 11, 12), разрешает работу инвертора сигналом лог. «1», поступающим на выводы 1 и 13 IC2.

Делитель, состоящий из резисторов R55, R122, R1 23 и переключателя SW1 (выводы 2, 7 и 3, 6), расположенного на тыловой стороне ИБП, определяет напряжение сети, ниже которого ИБП переключается на батарейное питание. Заводская установка этого напряжения 196 В. В районах, характеризующихся частыми колебаниями напряжения сети, приводящими к частым переключениям ИБП на батарейное питание, пороговое напряжение должно быть установлено на более низкий уровень. Точная настройка порогового напряжения выполняется резистором VR2.

Во время работы от батареи микросхема IC7 формирует импульсы возбуждения инвертора PUSHPL1 и PUSHPL2. В одном плече инвертора установлены мощные полевые транзисторы Q4…Q6 и Q36, в другом -Q1…Q3 и Q37. Своими коллекторами транзисторы нагружены на выходной трансформатор. На вторичной обмотке выходного трансформатора формируется импульсное напряжение с эффективным значением 225 В и частотой 50 Гц, которое используется для питания подключенного к ИБП оборудования. Длительность импульсов регулируется переменным резистором VR3, а частота — резистором VR4 (рис. 3). Включение и выключение инвертора синхронизируется с напряжением сети схемой на элементах IC3 (выводы 3…6), IC6 (выводы 3…5, 6, 8, 9) и IC5 (выводы 1…3 и 11…13). Схема на элементах SW1 (выводы 1 и 8), IC5 (выводы 4…В и 8…10), IC2 (выводы 8…10), IC3 (выводы 1 и 2), IC10 (выводы 12 и 13), D30, D31, D18, Q9, BZ1 (рис. 4) включает звуковой сигнал, предупреждающий пользователя о проблемах с электропитанием. Во время работы от батареи ИБП каждые 5 с издает одиночный звуковой сигнал, указывающий на необходимость сохранения файлов пользователя, т.к. емкость аккумуляторов ограничена. При работе от батареи ИБП осуществляет контроль за ее емкостью и за определенное время до ее разряда подает непрерывный звуковой сигнал. Если выводы 4 и 5 переключателя SW1 разомкнуты, то это время составляет 2 минуты, если замкнуты — 5 минут. Для отключения звукового сигнала надо замкнуть выводы 1 и 8 переключателя SW1.

Все модели Back-UPS, за исключением BK250I, имеют двунаправленный коммуникационный порт для связи с ПК. Программное обеспечение Power Chute Plus позволяет компьютеру осуществлять как текущий контроль ИБП, так и безопасное автоматическое закрытие операционной системы (Novell, Netware, Windows NT, IBM OS/2, Lan Server, Scounix и UnixWare, Windows 95/98), сохраняя файлы пользователя. На рис. 4 этот порт обозначен как J14. Назначение его выводов:

1 — UPS SHUTDOWN. ИБП выключается, если на этом выводе появляется лог. «1» в течение 0,5 с.

2 — AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП генерирует на этом выводе лог. «1».

3 — СС AC FAIL. При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

4, 9 — DB-9 GROUND. Общий провод для ввода/вывода сигналов. Вывод имеет сопротивление 20 Ом относительно общего провода ИБП.

5 — СС LOW BATTERY. В случае разряда батареи ИБП формирует на этом выводе лог. «0». Выход с открытым коллектором.

6 — ОС AC FAIL При переходе на питание от батарей ИБП формирует на этом выводе лог. «1». Выход с открытым коллектором.

7, 8 — не подключены.

Выходы с открытым коллектором могут подключаться к ТТЛ-схемам. Их нагрузочная способность до 50 мА, 40 В. Если к ним нужно подключить реле, то обмотку следует зашунтировать диодом.

Обычный «нуль-модемный» кабель для связи с этим портом не подходит, соответствующий интерфейсный кабель RS-232 с 9-штырьковым разъемом поставляется в комплекте с программным обеспечением.

КАЛИБРОВКА И РЕМОНТ ИБП
Установка частоты выходного напряжения

Для установки частоты выходного напряжения подключить на выход ИБП осциллограф или частотомер. Включить ИБП в режим работы от батареи. Измеряя частоту на выходе ИБП, регулировкой резистора VR4 установить 50 ± 0,6 Гц.

Установка значения выходного напряжения

Включить ИБП в режим работы от батареи без нагрузки. Подключить на выход ИБП вольтметр для измерения эффективного значения напряжения. Регулировкой резистора VR3 установить напряжение на выходе ИБП 208 ± 2 В.

Установка порогового напряжения

Переключатели 2 и 3, расположенные на тыловой стороне ИБП, установить в положение OFF. Подключить ИБП к трансформатору типа ЛАТР с плавной регулировкой выходного напряжения. На выходе ЛАТРа установить напряжение 196 В. Повернуть резистор VR2 против часовой стрелки до упора, затем медленно поворачивать резистор VR2 по часовой стрелке до тех пор, пока ИБП не перейдет на батарейное питание.

Установка напряжения заряда

Установить на входе ИБП напряжение 230 В. Отсоединить красный провод, идущий к положительному выводу аккумулятора. Используя цифровой вольтметр, регулировкой резистора VR1 установить на этом проводе напряжение 13,76 ± 0,2 В относительно общей точки схемы, затем восстановить соединение с аккумулятором.

Типовые неисправности

Типовые неисправности и методы их устранения приведены в табл. 2, а в табл. 3 — аналоги наиболее часто выходящих из строя компонентов.

Таблица 2. Типовые неисправности ИБП Back-UPS 250I, 400I и 600I

Проявление дефектаВозможная причинаМетод отыскания и устранения дефекта
Запах дыма, ИБП не работаетНеисправен входной фильтрПроверить исправность компонентов MOV2, MOV5, L1, L2, С38, С40, а также проводники платы, соединяющие их
ИБП не включается. Индикатор не светитсяОтключен автомат защиты на входе (прерыватель цепи) ИБПУменьшить нагрузку ИБП, отключив часть аппаратуры, и затем включить автомат защиты, нажав контактный столбик автомата защиты
Неисправны батареи аккумуляторовЗаменить аккумуляторы
Неправильно подключены аккумуляторыПроверить правильность подключения аккумуляторных батарей
Неисправен инверторПроверить исправность инвертора. Для этого отключить ИБП от сети переменного тока, отсоединить аккумуляторы и разрядить емкость С3 резистором 100 Ом, прозвонить омметром каналы «сток-исток» мощных полевых транзисторов Q1…Q6, Q37, Q36. Если сопротивление составляет несколько Ом или меньше, то транзисторы заменить. Проверить резисторы в затворах R1 …R3, R6…R8, R147, R148. Проверить исправность транзисторов Q30, Q31 и диодов D36…D38 и D41. Проверить предохранители F1 и F2
Заменить микросхему IC2
При включении ИБП отключает нагрузкуНеисправен трансформатор Т1Проверить исправность обмоток трансформатора Т1. Проверить дорожки на плате, соединяющие обмотки Т1. Проверить предохранитель F3
ИБП работает от аккумуляторов несмотря на то, что есть напряжение в сетиНапряжение в электросети очень низкое или искаженоПроверить входное напряжение с помощью индикатора или измерительного прибора. Если это допустимо для нагрузки, уменьшить чувствительность ИБП, т.е. изменить границу срабатывания при помощи переключателей, расположенных на задней стенке устройства
ИБП включается, но напряжение в нагрузку не поступаетНеисправно реле RY1Проверить исправность реле RY1 и транзистора Q10 (BUZ71). Проверить исправность IC4 и IC3 и напряжение питания на их выводах
Проверить дорожки на плате, соединяющие контакты реле
ИБП жужжит и/или отключает нагрузку, не обеспечивая ожидаемого времени резервного электропитанияНеисправен инвертор или один из его элементовСм. подпункт «Неисправен инвертор»
ИБП не обеспечивает ожидаемого времени резервного электропитанияАккумуляторные батареи разряжены или потеряли емкостьЗарядите аккумуляторные батареи. Они требуют перезарядки после продолжительных отключений сетевого питания. Кроме того, батареи быстро стареют при частом использовании или при эксплуатации в условиях высокой температуры. Если приближается конец срока службы батарей, то целесообразно их заменить, даже если еще не подается тревожный звуковой сигнал замены аккумуляторных батарей. Емкость заряженной батареи проверить автомобильной лампой дальнего света 12 В, 150 Вт
ИБП перегруженУменьшить количество потребителей на выходе ИБП
После замены аккумуляторов ИБП не включаетсяНеправильное подключение аккумуляторных батарей при их заменеПроверьте правильность подключения аккумуляторных батарей
При включении ИБП издает громкий тональный сигнал, иногда с понижающимся тономНеисправны или сильно разряжены аккумуляторные батареиЗарядить аккумуляторные батареи в течение не менее четырех часов. Если после перезарядки проблема не исчезнет, следует заменить аккумуляторные батареи
Аккумуляторные батареи не заряжаютсяНеисправен диод D8Проверить исправность D8. Его обратный ток не должен превышать 10 мкА
Напряжение заряда ниже необходимого уровняОткалибровать напряжение заряда аккумулятора

Таблица 3. Аналоги для замены неисправных компонентов

Схемное обозначениеНеисправный компонентВозможная замена
IC1LM317TLM117H, LM117K
IC2CD4001К561ЛЕ5
IC3, IC1074С14Составляется из двух микросхем К561ТЛ1, выводы которых соединить согласно цоколевке на микросхему
IC4LM339К1401СА1
IC5CD4011К561ЛА7
IC6CD4066К561КТ3
D4…D8, D47, D25…D281N40051N4006, 1N4007, BY126, BY127, BY133, BY134, 1N5618… 1N5622, 1N4937
Q10BUZ71BUZ10, 2SK673, 2SK971, BUK442…BUK450, BUK543…BUK550
Q22IRF743IRF742, MTP10N35, MTP10N40, 2SK554, 2SK555
Q8, Q21, Q35, Q31, Q12, Q9, Q27, Q28, Q32, Q33PN22222N2222, BS540, BS541, BSW61…BSW 64, 2N4014
Q11, Q29, Q25, Q26, Q24PN29072N2907, 2N4026…2N4029
Q1…Q6, Q36, Q37IRFZ42BUZ11, BUZ12, PRFZ42

Геннадий Яблонин

Источник: Журнал «Ремонт электронной техники»

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Популярность: 27 299 просм.

СХЕМА BACK UPS

   Источник бесперебойного питания, или как в простонародье его называют ЮПС (BACK UPS) — это по сути повышающий преобразователь и зарядное устройство в одном корпусе. Устройство очень полезное, особенно для владельцев ПК. Устройство может автономно питать компьютер, если по каким-то причинам внезапно выключили электричество. К сожалению, встроенный аккумулятор не позволяет питать компьютер в течении долгого времени, поскольку его емкость ограничена 7-ю амперами (в некоторых мощных моделях стоит АКБ до 15-20А). Перейдем к самому аккумулятору. 

BACK UPS - аккумулятор в схеме

   В источниках бесперебойного напряжения используется закрытый гелиевый или кислотный аккумулятор. Встроенный аккумулятор рассчитан обычно на емкость от 7 до 8 Ампер/час, напряжение — 12 вольт. Аккумулятор полностью герметичен, это позволяет использовать устройство в любом состоянии. Помимо аккумулятора, внутри можно разглядеть громадный трансформатор, в данном случае на 400-500 ватт. Трансформатор работает в двух режимах —

 1) как повышающий трансформатор для преобразователя напряжения.

 2) как понижающий сетевой трансформатор для зарядки встроенного аккумулятора. 

   При работе в обычном режиме нагрузка питается отфильтрованным напряжением сети. Для подавления электромагнитных и помех во входных цепях используются фильтры. Если входное напряжение становится ниже или выше установленной величины или вообще исчезает, то включается инвертор, который в нормальном режиме находится в отключенном состоянии. Преобразуя постоянное напряжение батарей в переменное, инвертор осуществляет питание нагрузки от батарей. BACK UPS класса Off-line неэкономично работают в электросетях с частыми и значительными отклонениями напряжения от номинальной величины, поскольку частый переход на работу от батарей уменьшает срок службы последних. Мощность выпускаемых производителями Back-UPS находится в диапазоне 250-1200 ВА. Схема источника бесперебойного напряжения BACK UPS достаточно сложна. В архиве вы можете скачать большой сборник принципиальных схем, а ниже приведены несколько уменьшенных копий — клик для увеличения. 

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

BACK UPS - аккумулятор в схеме

   Тут можно встретить специальный контроллер, который отвечает за правильную работу устройства. Контроллер активирует реле, когда сетевое напряжение отсутствует и если бесперебойник включен, то он будет работать как преобразователь напряжения. Если напряжение в сети снова появляется, то контролер отключает преобразователь и устройство превращается в зарядное устройство. Емкость встроенного аккумулятора может хватать до 10 — 30 минут, если, разумеется, устройство питает компьютер. Подробнее почитать про работу и назначение узлов бесперебойника можно почитать в этой книге. 

Плата печатная схемы BACK UPS

   BACK UPS может быть использован в качестве резервного источника питания, вообще рекомендуется иметь каждому дому по бесперебойнику. Если бесперебойный ИП предназначен для бытовых потребностей, то желательно выпаять с платы сигнализатор, он напоминает, что устройство работает как преобразователь, напоминание писком он делает в каждые 5 секунд, а это надоедает. На выходе преобразователя чистые 210-240 вольт 50 герц, но что касается формы импульсов, там явно не чистый синус. BACK UPS может питать любую бытовую технику, в том числе и активную, разумеется, если мощность устройства позволит этого.

Схема подключения ИБП: схемотехника бесперебойников, принципиальные и структурные схемы


Принципиальная схема ИБП предусматривает поддержание стабильного напряжения сети на время отсутствия электропитания. Продолжительность гарантированной автономной работы зависит от емкости АКБ и обстоятельств использования устройства. Схемотехника бесперебойников является универсальной для питания насоса отопления либо других современных устройств, а незначительные отличия касаются принципа работы и запатентованных изготовителем технологий.


Схема подключения ИБП разнится в каждом из следующих трех типов:

  • on-line – активный;
  • off-line – пассивный;
  • line-inteactive – комбинированный.

Принципиальная электрическая схема бесперебойника


В режиме онлайн предусмотрено мгновенное переключение на источник бесперебойного питания. Схема электрическая принципиальная обеспечивает подачу входного напряжения на выпрямитель, понижающий ток и подпитывающий инвертор. Между этими двумя узлами запитана аккумуляторная батарея. Схема подключения бесперебойника on-line типа включает переход на резервное питание при отсутствии электричества. Задержек в таком исполнении не происходит, поскольку инвертор работает постоянно, экономя заряд батарей.


При черчении применяется обозначение источника бесперебойного питания на электрических схемах «UPS». Большинство однофазных моделей проектируются по off-line методу. К ним относятся маломощные варианты, которые подходят для домашних компьютеров. Принципиальная схема ИБП этих устройств исключает функцию статического байпаса или запасного маршрута для снабжения электропитанием. Неизменно высокий КПД и экономия ресурса АКБ – достоинства пассивных моделей. Структурная схема источника бесперебойного питания осуществляет запуск автономного режима с небольшой задержкой.


Принципиальная электрическая схема бесперебойника line-inteactive заключается в следующем:

  • время прерывания подачи питания меньше, чем у off-line устройств;
  • автоматический трансформатор расширяет диапазон исходных токов;
  • положительный результат достигается при нестабильном снабжении.

Схема бесперебойника для компьютера, трансформатора и инвертора


Понадобится приобрести стабилизатор напряжения и сетевой фильтр перед тем, как подключить бесперебойник к компьютеру. Схема предусматривает эти два устройства, чтобы обезопасить систему от внештатных ситуаций при отключении или критических перепадах напряжения сети. Схема источника бесперебойного питания для компьютера или с ЮСБ интерфейсом содержит следующую последовательность присоединения устройств: стабилизатор, сетевой фильтр, UPS. К ИБП подсоединяется компьютер, монитор, принтер, акустика, периферия.


Износ аккумуляторных батарей – не причина для списывания аппарата, поскольку может пригодиться трансформатор бесперебойника. Схема его повторного использования в качестве зарядного 12-вольтового устройства либо портативного блока питания потребует участия специалиста-электрика. Схема бесперебойника призвана преобразовать постоянный низковольтный ток в переменное напряжение 220 вольт. Инвертор осуществляет подобные трансформации.

Схема инвертора бесперебойника предоставляет возможность, после незначительных переделок, использовать неработоспособный преобразователь повторно.

Схема UPS будет нуждаться в таких доработках:

  • после вскрытия корпуса и демонтажа АКБ, нужно к красному проводу припаять предохранитель на 5 ампер;
  • схема простого бесперебойника 12 вольт изменяется, когда предохранитель присоединяется к гнезду входа сетевого кабеля;
  • провод черного цвета подсоединяется ко второй свободной клемме «входа», врезается штатный шнур питания.


Полученная обновленная эл. схема ИБП оказывается работоспособной при наличии функции старта устройства от АКБ без непосредственного подключения к сети. Такая схема ИБП 12В позволяет преобразовывать исходный ток в 220 вольт. Схема простого ИБП без аккумуляторной батареи с изменениями инвертирует постойное низкое напряжение в переменное высокое. Схема подключения трансформатора от бесперебойника, или использование его в качестве инвертора, позволяет вдохнуть жизнь в устройство, исчерпавшее рабочий лимит.

Источник бесперебойного питания. Схема и описание устройства

Источник бесперебойного питания. Характеристики устройства: прямое преобразование из постоянного 12-ти вольтового напряжения  в  переменное 220 В с частотой 50 Гц (аналогично схеме инвертора 12 на 220).  Максимальная  мощность  —  220 Вт. Обратное преобразование — используется для  заряда аккумулятора. Зарядный ток  около 6 А. Быстрое переключение из прямого преобразования  в обратный режим.

Схема источника бесперебойного питания представлена ниже

На элементах VT3, VT4, R3…R6, С5, С6 собран тактовый генератор, который вырабатывает импульсы с частотой в среднем  50 Гц. Генератор, управляет работой транзисторов VT1, VT6. В  коллекторную цепь этих транзисторов подключены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1.

В качестве выпрямителя в обратном режиме и для защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме используются диоды VD2, VD3. Сетевой фильтр выполнен на  элементах С1, С2, L1, а на элементах VD1, СЗ, С4 фильтр тактового генератора.

Работа источник бесперебойного питания:

Прямое преобразование: Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.)

Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А, что соответствует мощности 220 Вт.

Детали и конструкция

Т1 — можно применить любой трансформатор, на выходе обеспечивающий два напряжения 10В с  током нагрузки до 10 А. Катушка L1 изготовлена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ. Кольцо следует предварительно обмотать лакотканью, а затем намотать две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,55…0,70 мм. Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 следует установить на радиатор  площадью не менее 200 см2.  через слюдяные пластинки.

Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.

Блок питания 12 Вольт 3 Ампера или как самому сделать бесперебойник

Вообще изначально данная статья писалась очень давно, более двух лет назад. Но в данном случае я решил, что информация из нее может быть полезна и использована на благо мастеров 3D печати.

Суть данной статьи в том, чтобы превратить обычный блок питания в маленький бесперебойник с выходом примерно 11-13.5 Вольт.

В качестве примера будет БП с мощностью 36 Ватт, но практически без доработок схема применима к более мощным БП с топологией Флайбек и с доработками к двухтактным БП.

Но сначала просто миниобзор самого БП, сорри за качество фото, снималось на паяльник.

На торце указаны технические характеристики.


Характеристики меня немного запутали, обычно или указывают полный диапазон, или если есть выбор 110/220, то соответственно есть переключатель и внутри схема сетевого выпрямителя с переключением на удвоение. Здесь никакого переключателя не было. Позже посмотрим внимательнее что внутри.

Размеры относительно небольшие.



С торца расположены клеммы подключения 220 Вольт, клемма заземления и клеммы выхода 12 Вольт. Так же здесь расположен светодиод, который показывает наличие выходного напряжения и подстроечный резистор для корректировки выходного напряжения.
После вскрытия моему взору предстала печатная плата данного блока питания.

На плате распаян полноценный входной фильтр, конденсатор 33мкФ 400 В (вполне нормально для заявленной мощности), высоковольтная часть, сделанная по схемотехнике автогенератора (когда заказывал, то надеялся что будет стандартная UC3842), выходной фильтр из двух конденсаторов 470мкФ 25 Вольт и дросселя. Емкость выходного фильтра маловата, я бы поставил раза в 2 больше.


Силовой транзистор 5N60D — только в корпусе ТО-220.

Выходной диод — stps20h200ct — аналогично в корпусе ТО-220.

Схема стабилизации и обратной связи сделана на TL431.

Обратная сторона платы.


Ничего необычного, пайка среднего качества, флюс смыт, довольно аккуратно.

Но удивила маркировка на плате (она есть и с верхней стороны).

SM-24W, может изначально БП был 24 Ватта, потом решили что маловато будет и написали 36?

Эксперименты покажут.

Первое включение, ничего не бахнуло, уже неплохо.


Нагрузил блок питания классическими неубиваемыми советскими резисторами, 10 Ом 2 штуки параллельно.

Ток около 2.5 Ампера.


Напряжение измерял после проводов к резисторам, потому немного просело.

Оставил так, пошел попить чайку и покурить, ждал что рванет.

Не рвануло, даже почти не нагрелось, градусов 40, ну может 45, специально не измерял, по ощущениям немного теплый.

Догрузил еще на 0.22 А (не нашел ничего рядом подходящего), ничего не изменилось.


Решил на этом не останавливаться и повесил на выход еще один резистор 10 Ом.

Напряжение просело до 10.05 Вольта, но блок питания продолжал упорно работать.


Дальше мне стало жалко разработчиков данного блока питания, сумевших настолько его упростить, и при этом добиться его работоспособности и я на этом этапе решил закончить стандартные эксперименты над ним.

К слову я был настроен скептически по отношению к данному блоку питания, в основном из-за его схемотехники, как то вот привык работать с более дорогими блоками питания, где есть ШИМ контроллер, контроль тока и т.п. Практика показала, что такой вариант тоже вполне жизнеспособен.

Дальше я решил перейти к нестандартной части испытаний и попробовать добиться от него того, для чего я хотел его взять. Собственно постоянные читатели моих обзоров привыкли, что я люблю не только показать товар в обзоре, а и применить его, не буду вас расстраивать и в этот раз.

Допилинг

Началось все с того, что позвонил товарищ и спросил, можно ли сделать небольшой бесперебойничек для питания электромагнитного замка и контроллера. Живет он в частном секторе, свет иногда ненадолго, да пропадет. Аккумулятор у него уже был, остался от компьютерного бесперебойника, большой ток уже не тянет, а с замком вполне нормально справляется.

В общем накидал небольшую добавочную платку к этому блоку питания.

Платка, схема и небольшое описание процесса.

Схема.

И страссированная по ней плата.
Схема обеспечивает ограничение тока заряда (в моем случае настроено на 400мА), защиту от переразряда аккумулятора (настроено на 10 Вольт), простенькую защиту от переполюсовки аккумулятора (кроме случая если переполюсовать прямо на ходу), ну и собственно функцию подачи напряжения от аккумулятора на выход блока питания.

Перенес платку на текстолит, покрыл припоем.


Подобрал детали.
Спаял плату, реле стоит другое, так как сначала не заметил что оно на 5 Вольт, пришлось поискать на 12.
Пояснения по схеме.

С2 в принципе можно не ставить, тогда R5 и R6 заменяются одним на 9.1-10 кОм.

Он нужен для уменьшения ложных срабатываний при резком изменении нагрузки.

В идеале конечно лучше было бы домотать пару витков в дополнение ко вторичной обмотке, так как блок питания работает с перегрузом по напряжению в 20%. Испытания показали что работает все отлично, но лучше либо домотать немного вторичную обмотку, либо еще лучше — дорабатывать БП на 15 Вольт, а не на 12. В моем случае пришлось еще изменить номинал резистора в делителе обратной связи у блока питания, на схеме это R7, там стоят 4.7 кОм, я поставил 4.3 кОм, в случае применения БП на 15 Вольт, этого скорее всего делать не придется.

После сборки платы встроил ее в блок питания.

На плате обозначены точки подключения и видно место, где перерезана минусовая дорожка (над цифрой 3).


Плату обмотал скотчем, и уложил на более-менее свободное место.
После (на самом деле лучше до того как изолируем скотчем) выставил выходное напряжение блока питания 13.8 Вольта (это напряжение которое будет поддерживаться на аккумуляторе, обычно выставляется в диапазоне 13.8-13.85.
Вот вид собранного и настроенного устройства.
Подключил небольшую нагрузку и аккумулятор. Ток заряда 0.39А (может немного падать по мере прогрева).
Отключил блок питания от сети, нагрузка продолжает работать, на мультиметре ток нагрузки +ток потребления реле + ток потребления цепей измерения.
Товарищу надо было бесперебойник на ток 0.8-1 Ампер, я нагрузил немного больше.
После этого подключил питание 220 Вольт, на одном мультиметре напряжение на нагрузке (будет еще подниматься, аккумулятор не заряжен), на втором ток заряда (немного просел из-за прогрева).
В общем на мой взгляд переделка удалась, от такого БП можно питать небольшие нагрузки, до 1-1.5 Ампера. Больше не стал бы, так как БП в нештатном режиме. Если использовать БП на 15 Вольт, то ток можно поднять, но надо всегда учитывать ток заряда аккумулятора (он определяется резистором R1. 1.6 Ома дает тока заряда около 0.4 А, чем меньше сопротивление, тем больше ток и наоборот.

Если кто то несогласен с настроенным током заряда, напряжением окончания заряда и авто отключения, то это все легко меняется, если надо, объясню как это сделать.

Вы конечно спросите, при чем здесь 3D принтеры и этот мелкий блок питания.

Все просто, как я писал в самом начале, можно взять мощный блок питания, применить более мощные компоненты в плате которую я делал и получить бесперебойник, который не имеет такого понятия как ‘время переключения’, т.е. фактически ‘онлайн’. А так как печать идет очень долго, то это может быть весьма полезно в плане бесперебойности работы. Кроме того КПД такой системы заметно выше чем у традиционных УПСов.

Для применения с большими токами надо заменить на моей плате диод VD1 на любой Шоттки с током более 30 Ампер (например выпаянный из компьютерного БП) и установить его на радиатор, Реле на любое с током контактов более 20 Ампер и обмоткой с током не более 100мА (а лучше до 80). Кроме того возможно понадобится увеличение тока заряда, это делается путем уменьшения номинала резистора R1 до 0.6-1 Ом.

Есть и промышленные БП с такой функцией, по крайней мере я знаю пару таких производства Meanwell, но:

1. Они очень дорогие

2. Выпускаются мощностью 55 и 150 Ватт, что не так много.

Вроде все, если есть вопросы, буду рад обсудить.

Как подключить ИБП к сети? ➔ Схемы подключения источников бесперебойного питания на Newet.ru

Чтобы определить, как подключить ИБП к электронному оборудованию правильно и без ошибок, необходимо сначала разобраться с особенностями конструкции и принципом работы этих устройств. Источники бесперебойного питания предназначены для автономного электропитания компьютерной техники, отопительных котлов, рабочих станций, телекоммуникационных систем, контрольно-измерительной аппаратуры, средств автоматизации техпроцессов и различного электрооборудования при возникновении проблем с централизованной электросетью.

В случае сбоя или отключения сети бесперебойник автоматически переключает нагрузку на питание от аккумуляторных батарей. Дополнительно современные ИБП защищают подключенное оборудование от скачков напряжения, шумов, помех, отклонений частоты, выбросов, гармонических искажений. Благодаря этому обеспечивается высокая эффективность работы электроаппаратуры, продлевается срок ее службы.

Способы подсоединения ИБП к электросети

Существует три основных типа бесперебойников в зависимости от схемы подключения ИБП к сети:

  1. Резервные. В нормальном режиме устройства обеспечивают питание нагрузки непосредственно от первичной электросети. При возникновении проблем с электроснабжением ИБП переключает потребителей на электропитание от аккумуляторных батарей. Данная схема отличается рядом недостатков. К ним относится достаточно большое время задержки между появлением неполадок в сети и переключением на автономное снабжение, а также невысокий уровень фильтрации возмущений и помех. Поэтому резервная схема подключения источника бесперебойного питания подходит только для защиты малочувствительного некритичного оборудования. Ее можно применять, например, для бытовой техники и домашних ПК. Преимущества устройств — невысокая стоимость, низкая шумность в нормальном режиме, высокий КПД.
  2. Интерактивные. Такие бесперебойники оснащаются ступенчатым стабилизатором на выходе из электроцепи. Он обеспечивает корректировку характеристики выходного напряжения, фильтрацию высоковольтных скачков. Их быстродействие выше, чем у резервных ИБП, но при этом использование стабилизатора снижает общий КПД системы. Интерактивные модели можно применять для защиты бытовой и офисной техники, файловых серверов, маршрутизаторов, аппаратуры локальных вычислительных сетей.
  3. Онлайн. Этот вариант подключения ИБП к сети использует схему двойного преобразования. Питание потребителей в нормальном режиме осуществляется не напрямую от электросети, а через аккумуляторы бесперебойника. Входное переменное напряжение подается на выпрямитель, который преобразует его в постоянное. Оно заряжает батарею и поступает в инвертор, который выполняет обратное преобразование постоянного напряжения в переменное. В результате потребитель получает высококачественный электроток с чистой синусоидой, отсутствием помех и возмущений. Основное преимущество онлайн ИБП заключается в мгновенном реагировании на отключение первичной сети. Это позволяет использовать его для крайне чувствительного оборудования.

Особенности подключения оборудования

Рассмотрим последовательность действий и правильную схему подключения источника бесперебойного питания на примере системы автономного электроснабжения газового котла. Котельное оборудование характеризуется повышенной чувствительностью к электропитанию, поэтому требует особо внимательного подхода при подсоединении ИБП.

Этапы работ:

  1. Подключаем бесперебойник к аккумуляторам. При подсоединении батареи необходимо, чтобы устройство было в выключенном состоянии. Коммутацию рекомендуется осуществлять проводами двух цветов — красного для клеммы «+» и черного для «-». Не все модели ИБП оснащены защитой от переполюсовки, поэтому крайне важно соблюдать правильную полярность. Если батарей несколько, то предварительно следует соединить их между собой. Для этого используются стандартные перемычки или медный провод.
  2. Подключаем сетевой кабель к ИБП и включаем устройство. Проверяем значение напряжения на дисплее. Если все в порядке, отключаем бесперебойник и подключаем к нему котел.
  3. Снова подаем напряжение и проверяем показания на экране.
  4. Если мощность источника бесперебойного питания слишком большая для подключения его в обычную розетку, придется прокладывать отдельную линию от распределительного щита и устанавливать отдельные автоматические выключатели.
  5. Имитируем отключение электроэнергии. Для этого выключаем фазный автомат в электрощитке.
  6. Проверяем показания на дисплее бесперебойника, тестируем работу электророзжига котла.

Правила установки ИБП

  • источник бесперебойного питания рекомендуется устанавливать в помещении с постоянной температурой 18-25оС. Слишком высокие или низкие температуры приводят к падению емкости АКБ и сокращению срока службы устройства;
  • при подключении ИБП к сети нужно, чтобы не только фаза, но и нейтраль разрывалась с источником электропитания при срабатывании защиты. Для этого необходимо создать дополнительную шину нейтрали в обход дифавтомата или УЗО. При этом ноль от щита должен сначала идти на ИБП, а затем распределяться на потребителей;
  • нужно обеспечить хорошую вентиляцию внутренних компонентов ИБП. Между устройством и стеной/потолков должен быть зазор 200-400 мм;
  • нельзя ставить бесперебойник рядом с водопроводными или газовыми трубами, под вентилями, местами соединения трубопроводов;
  • устройство обязательно нужно заземлять через розетку с заземлением или через отдельный винт;
  • не допускается параллельное подключение ИБП и электросети к потребителю — необходимо использовать только последовательное соединение;
  • запрещено заряжать аккумуляторы от внешнего зарядного устройства, если батареи подключены к бесперебойнику.

При подключении ИБП к сети важно сначала подсоединять защитный проводник РЕ и нейтраль, а только потом фазу.

Устройство ИБП и принцип его работы. Как работает ИБП?


Источник бесперебойного питания — компонент системы питания, который располагают между нагрузкой и питающей сетью. Главная функция ИБП состоит в обеспечении бесперебойного питания. Как устроен бесперебойник? Упрощённая схема ИБП включает аккумуляторные батареи и специальные элементы ИБП, компенсирующие возмущения в магистральной сети, а именно инвертор, выпрямитель, фильтр и в некоторых случаях байпас. На сегодняшний день бесперебойники разделяют на три группы. У каждой из групп принцип работы ИБП имеет свои особенности.

Ключевым компонентом ИБП являются аккумуляторные батареи. Именно АКБ определяют сколько работает ИБП при отключении питания в сети. Как правило, в ИБП используются свинцово-кислотные аккумуляторы, имеющие следующие параметры: напряжение 12В и ёмкость 7Ач или 9Ач. АКБ относятся к типу герметичных и не обслуживаемых. В самых простых ИБП используется 1 аккумулятор, а в мощных бесперебойниках их количество может быть во много раз больше.

Резервные ИБП


Так называемые резервные ИБП являются самыми простыми и доступными. Принцип работы бесперебойника данного типа крайне прост: электропитание нагрузки осуществляется через сеть, если там имеется напряжение, в противном случае происходит переключение питания от АКБ. Зарядка АКБ осуществляется вовремя работы ИБП. Согласно статистике, эффективность таких ИБП при сбоях питания составляет 55-60%.

В большинстве случаев рассказать о том, как работает ИБП для компьютера, можно сославшись на принцип работы оффлайн ИБП. Большинство домашних бесперебойников для компьютера выполнены по данной технологии. Уровень защиты, который они могут обеспечить является самым низким из всех существующих бесперебойников. Фильтрация сигнала осуществляется лишь частично. Зачастую такого уровня защиты для домашней техники вполне достаточно, так как качество питания в таких сетях несколько выше, чем в промышленных.

Резервные ИБП прекрасно работают в паре с компьютером, но при этом они абсолютно не совместимы для работы в паре с насосами, котлами отопления и другой подобной техникой, так как работа ИБП резервного типа не обеспечивает синусоидальную форму напряжения. Для компьютеров это не критично, так как в них используются коммутируемые источники питания. Этот факт позволяет таким устройствам выдержать небольшой провал питания за счёт наличия некоторого количества энергии в собственных конденсаторах. Время переключения офлайн с сети на АКБ колеблется от 2 до 15 миллисекунд. Схема работы ИБП включает в себя инвертор, который превращает постоянный ток АКБ в переменный. Следует заметить, что такие ИБП, как правило, являются маломощными.

Линейно-интерактивные ИБП


Устройство и работа источников бесперебойного питания интерактивного типа практически идентичен резервным ИБП. Исключением является способность стабилизации напряжения, которое осуществляется с помощью коммутирующего устройства. Преимущество стабилизации заключается в отсутствии необходимости на переключение питания при существенных отклонениях напряжения. Отклонения входного напряжения может достигать порядка 20% от нормального значения. Выходное напряжение бесперебойника при этом практически не колеблется. Эффективность защиты линейно-интерактивных ИБП составляет 85%.

В сравнении с резервными ИБП они обеспечивают более высокий уровень защиты, но уступают онлайн ИБП. Работа бесперебойника линейно-интерактивно типа может быть разделена на две группы. Устройства, относящие к первой группе, дают на выходе аппроксимированную синусоиду, то есть ступенчатую. Вторая группа выдаёт «чистую» синусоиду без каких-либо искажений. Последние в некоторых случаях могут стать заменой онлайн ИБП. Наличие чистой синусоиды на выходе позволяет применять их для защиты электродвигателей и котлов отопления.

Онлайн ИБП


Самые надёжные и высокотехнологичные ИБП относятся к типу онлайн. В них реализована технология двойного преобразования – самая прогрессивная из всех существующих. Степень защиты обеспечиваемый такими устройствами стремится к 100% независимо от того какие режимы работы ИБП активны: от сети или АКБ.

Как работает ИБП с онлайн топологией? На самом деле принцип работы вложен в само название. Ток на входе преобразуется на выпрямителе в постоянный, после чего инвертор преобразует его снова в переменный. Переменный ток на выходе обладает идеальными параметрами как по форме напряжения, так и по его значению. ИБП содержит в себе резервную линию — байпас, по которой осуществляется питание в случае неисправности какого-либо из узлов источника бесперебойного питания.

Принято говорить, что время переключения на АКБ равно нулю, но на самом деле аккумуляторные батареи всегда подключены к цепи. Поэтому данные ИБП и называются онлайн. Такое устройство бесперебойника позволяет защитить нагрузку от любых видов возмущений, которые могут встречаться в магистральной сети.

Применяются такие ИБП для защиты критической и очень чувствительной нагрузки. Все мощные ИБП выполняются по данной технологии. Несмотря на высокую мощность применяются дополнительные решения, которые позволяют увеличить автономность. Чаще всего конструкция позволяет ИБП — как пользоваться в связке с генератором, так и с внешними АКБ.

Однако, двойное преобразование имеет и свои недостатки. Устройство ИБП является довольно сложным, что влияет на его стоимость не лучшим образом. Наличие двойного преобразования понижает КПД, но на современных ИБП он довольно высокий. Реализованы специальные технологии энергосбережения, позволяющие довести коэффициент полезного действия до максимальных значений. Кроме того, процесс двойного преобразования сопровождается тепловыделением и шумами. Стоит признать, что удельный вес всех этих минусов является несравнимо малым в сравнении со всеми достоинствами, а в главную очередь с уровнем защиты.

Типы устройств бесперебойного питания с работающими

Полная форма ИБП — это источник бесперебойного питания или источник бесперебойного питания. Это электрическое устройство, обеспечивающее аварийное питание различных нагрузок, когда обычно отсутствует входная мощность. ИБП отличается от системы аварийного питания тем, что обеспечивает практически мгновенную защиту от прерываний питания i / p, обеспечивая энергию, хранящуюся в батареях, суперконденсаторах. Время работы от батареи для большинства ИБП относительно невелико, но его достаточно для включения резервного источника питания.Основное назначение ИБП — обеспечить защиту оборудования, такого как компьютеры, электрическое оборудование, компьютеры и центры обработки данных, в случае сбоя питания. Это устройство поддерживает работу компьютера в течение нескольких минут после отключения электроэнергии и защищает данные на компьютере. В настоящее время существуют различные типы систем ИБП с программным компонентом, который позволяет выполнять резервное копирование в автомобиле на случай отсутствия перебоев в подаче электроэнергии, когда вы находитесь вдали от компьютера.

Uninterrupted Power Supply 10 Uninterrupted Power Supply 10 Источник бесперебойного питания 10

Принципиальная схема источника бесперебойного питания

Принципиальная схема ИБП показана ниже, на которой показано, как аккумуляторы в оборудовании контролируются во время отключения электроэнергии.Входное напряжение первичной обмотки трансформатора (TR1) составляет 240В. Вторичная обмотка трансформатора (TR2) может быть увеличена до 15 В, если значение не менее 12 В при токе 2 А. Предохранитель используется для защиты схемы совы от коротких замыканий. Присутствие электричества вызовет свечение светодиода led1. Светодиодный индикатор гаснет при отключении питания, и батарея ИБП заменяет его. Эта схема разработана для обеспечения более гибкой схемы, в которой ее можно модифицировать с помощью различных батарей и регуляторов для обеспечения регулируемого и нерегулируемого напряжения.Используя последовательно две батареи 12 В и положительный вход регуляторов 7815, мы можем управлять питанием 15 Вольт.

Uninterrupted Power Supply Circuit Diagram Uninterrupted Power Supply Circuit Diagram Схема цепи источника бесперебойного питания

Типы ИБП

Проникновение в сеть электропитания может проявляться в различных формах, таких как скачки, провалы напряжения, скачки напряжения и гармоники. Эти проблемы могут вызвать серьезные повреждения электрических передач, в основном на этапах производства или критической обработки действия. Чтобы снизить риск искажения электропитания, системы ИБП часто интегрируют в электрические сети.Производители оборудования для электронных источников питания могут предложить постоянный высококачественный поток энергии для различных устройств с электрической нагрузкой, и эти устройства обычно используются в промышленных приложениях, медицинских услугах, аварийном оборудовании, телекоммуникациях и компьютеризированных системах обработки данных. Система ИБП может быть полезным устройством для обеспечения точной работы источника питания.

Types of UPS Types of UPS Типы ИБП

Источники бесперебойного питания подразделяются на три типа:

  • Резервный ИБП
  • Линейно-интерактивный ИБП
  • Онлайн-ИБП
Резервный ИБП

Резервный источник бесперебойного питания также называется как автономный ИБП, который обычно используется для ПК.Блок-схема этого ИБП показана ниже. Этот ИБП включает в себя батарею, инвертор переменного, постоянного и постоянного или переменного тока, статический переключатель и фильтр LPF, который используется для уменьшения частоты коммутации от выходного напряжения и ограничителя перенапряжения. Система резервного ИБП работает с устройством переключения. для выбора i / p переменного тока в качестве основного источника питания и переключения между батареей и инвертором в качестве резервных источников в случае нарушения основного питания. Инвертор обычно работает в режиме ожидания, срабатывая только при сбое питания, а безобрывный переключатель обычно переключает нагрузку на резервные блоки.Этот тип ИБП отличается небольшими размерами, высокой эффективностью и довольно низкими затратами, что делает его простым в изготовлении.

Standby UPS Standby UPS Резервный ИБП

Line Interactive UPS

Блок-схема Line Interactive UPS показана ниже, это наиболее распространенный ИБП, используемый для малого бизнеса. Конструкция линейно-интерактивного ИБП аналогична резервному ИБП, кроме того, конструкция Line Interactive обычно включает в себя автоматический регулятор напряжения (АРН) или переключающий трансформатор. Это улучшает регулирование напряжения за счет регулирования отводов трансформатора при изменении напряжения i / p.Регулировка напряжения является важной функцией при наличии низкого напряжения, иначе ИБП переключился бы на батарею, а затем, наконец, отключил бы нагрузку. Использование более распространенной батареи может вызвать ее преждевременный выход из строя. Характеристики этого ИБП — небольшие размеры, низкая стоимость, высокая эффективность позволяют сделать ИБП мощностью 0,5-5 кВА

PCBWay PCBWay
Line Interactive UPS Line Interactive UPS Линейно-интерактивный ИБП

Онлайн-ИБП

Онлайн-ИБП также называют онлайн-ИБП с двойным преобразованием. бесперебойный источник питания.Это наиболее часто используемый ИБП, блок-схема которого приведена ниже. Конструкция этого ИБП аналогична резервному ИБП, за исключением того, что основным источником питания является инвертор, а не сеть переменного тока. В этой конструкции ИБП повреждение i / p переменного тока не вызывает срабатывания безобрывного переключателя, поскольку i / p переменного тока заряжает источник резервного аккумулятора, который подает питание на инвертор. Таким образом, при отключении питания переменного тока i / p эта операция ИБП приводит к отсутствию времени переключения.

Online UPS Online UPS Онлайн-ИБП

В этой конструкции и инвертор, и зарядное устройство изменяют общий поток мощности нагрузки, что приводит к снижению эффективности и связанному с этим повышенному тепловыделению.Этот ИБП обеспечивает почти идеальную электрическую производительность. Но постоянный износ силовых компонентов снижает надежность по сравнению с другими конструкциями, а энергия, расходуемая из-за неэффективности электроэнергии, является важной частью стоимости жизненного цикла ИБП. Кроме того, i / p-мощность, потребляемая большим зарядным устройством, часто бывает нелинейной и может мешать силовой проводке здания с резервными генераторами.

Это все о том, что такое ИБП (Источник бесперебойного питания), принципиальная схема ИБП с пояснениями, типы ИБП.Мы надеемся, что вы лучше понимаете концепцию ИБП. Кроме того, любые вопросы по этой теме или проектам электроники, пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, каковы применения ИБП?

Фото:

.

Изучено 4 простых схемы источника бесперебойного питания (ИБП)

В этом посте мы исследуем 4 простых конструкции источника бесперебойного питания (ИБП) от сети 220 В с использованием батареи 12 В, которые могут быть поняты и сконструированы любым новым энтузиастом. Эти схемы можно использовать для управления соответствующим образом выбранным прибором или нагрузкой, давайте рассмотрим схемы.

Дизайн №1: Простой ИБП с использованием одной ИС

Представленная здесь простая идея может быть построена дома с использованием самых обычных компонентов для получения разумных выходных сигналов.Его можно использовать для питания не только обычных электроприборов, но и сложных устройств, например компьютеров. В его инверторной схеме используется модифицированная конструкция синусоидальной волны.

Источник бесперебойного питания с продуманными функциями может не быть критически необходимым для работы даже сложных гаджетов. Представленный здесь компромиссный проект системы ИБП вполне может удовлетворить потребности. Он также включает в себя встроенное универсальное интеллектуальное зарядное устройство.

Разница между ИБП и инвертором

В чем разница между источником бесперебойного питания (ИБП) и инвертором? Что ж, в широком смысле оба предназначены для выполнения основной функции преобразования напряжения батареи в переменный ток, который может использоваться для управления различными электрическими устройствами в отсутствие нашей домашней сети переменного тока.

Однако в большинстве случаев инвертор может не иметь многих функций автоматического переключения и мер безопасности, обычно связанных с ИБП.

Более того, инверторы в большинстве случаев не имеют встроенного зарядного устройства, в то время как все ИБП имеют встроенное автоматическое зарядное устройство для батарей, чтобы облегчить мгновенную зарядку соответствующей батареи при наличии сетевого переменного тока и переключить питание батареи в инверторный режим в тот момент. входное питание отсутствует.

Также все ИБП предназначены для производства переменного тока, имеющего синусоидальную форму волны или, по крайней мере, модифицированную прямоугольную волну, очень похожую на ее синусоидальный аналог.Возможно, это самая важная особенность ИБП.

Имея в своем распоряжении такое количество функций, нет никаких сомнений в том, что эти удивительные устройства должны стать дорогими, и поэтому многие из нас, принадлежащих к категории среднего класса, не могут заполучить их.

Я попытался создать ИБП, хотя и не сопоставимый с профессиональными, но однажды построенный, определенно смогу достаточно надежно заменить сбои в электросети, а также, поскольку выходной сигнал представляет собой измененную прямоугольную волну, он подходит для работы со всеми сложными электронными устройствами , даже компьютеры.

Общие сведения о схемотехнике

На рисунке рядом показана простая модифицированная квадратная конструкция инвертора, которая проста для понимания, но имеет важные особенности.

Микросхема SN74LVC1G132 имеет один логический элемент И-НЕ (триггер Шмитта), заключенный в небольшой корпус. Он в основном составляет основу каскада генератора и требует всего лишь одного конденсатора и резистора для необходимых колебаний. Значение этих двух пассивных компонентов определяет частоту генератора.Здесь он рассчитан примерно на 250 Гц.

Вышеупомянутая частота применяется к следующему этапу, состоящему из одного декадного счетчика / делителя IC 4017 Джонсона. ИС сконфигурирована так, что ее выходы создают и повторяют набор из пяти последовательных выходов высокого логического уровня. Поскольку входной сигнал представляет собой прямоугольную волну, выходные сигналы также генерируются в виде прямоугольных волн.

Список деталей для инвертора ИБП

R1 = 20K
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 Ом
C1 = 0,095 мкФ
C2, C3, C4 = 10 мкФ / 25 В
T0 = BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 или одиночный вентиль от IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
ТРАНСФОРМАТОР = 12-0-12 В / 10 А / 230 В

Зарядное устройство для батареи

Основные выводы два набора парных транзисторов Дарлингтона с высоким коэффициентом усиления и высокой мощности настроены на ИС так, что она принимает и проводит к альтернативным выходам.

Транзисторы проводят (тандемно) в ответ на это переключение, и соответствующий высокий переменный потенциал протекает через две половины соединенных обмоток трансформатора.

Поскольку базовые напряжения на транзисторах от ИС поочередно пропускаются, результирующий прямоугольный импульс от трансформатора несет только половину среднего значения по сравнению с другими обычными инверторами. Это измеренное среднеквадратичное значение генерируемых прямоугольных волн очень похоже на среднее значение переменного тока в сети, которое обычно присутствует в наших домашних розетках, и, таким образом, становится подходящим и подходящим для большинства сложных электронных устройств.

Настоящая конструкция источника бесперебойного питания полностью автоматическая и возвращается в режим инвертора в момент пропадания входной мощности. Это делается через пару реле RL1 и RL2; RL2 имеет двойной набор контактов для переключения обеих выходных линий.

Как объяснялось выше, ИБП также должен иметь встроенное универсальное интеллектуальное зарядное устройство, которое также должно регулироваться по напряжению и току.

На следующем рисунке, который является неотъемлемой частью системы, показана небольшая интеллектуальная автоматическая схема зарядного устройства.Схема не только управляется напряжением, но также включает в себя конфигурацию защиты от перегрузки по току.

Транзисторы T1 и T2 в основном образуют точный датчик напряжения и никогда не позволяют верхнему пределу зарядного напряжения превышать установленный предел. Этот предел фиксируется путем соответствующей настройки предустановки P1.

Транзисторы T3 и T4 вместе следят за увеличением тока, потребляемого батареей, и никогда не позволяют ему достичь уровней, которые могут считаться опасными для срока службы батареи.В случае, если ток начинает выходить за пределы установленного уровня, напряжение на R6 пересекает значение — 0,6 В, достаточное для срабатывания T3, который, в свою очередь, подавляет базовое напряжение T4, тем самым ограничивая дальнейшее повышение потребляемого тока. Значение R6 можно найти по формуле:

R = 0,6 / I, где I — величина зарядного тока.

Транзистор T5 выполняет функцию монитора напряжения и включает (отключает) реле в момент выхода из строя сети переменного тока.

Список деталей для зарядного устройства

R1, R2, R3, R4, R7 = 1K
P1 = 4K7 PRESET, LINEAR
R6 = СМОТРЕТЬ ТЕКСТ
T1, T2, = BC547
T3 = 8550
T4 = TIP32C
T5 = 8050
RL1 = 12 В / 400 Ом, SPDT
RL2 = 12 В / 400 Ом, SPDT, D1 — D4 = 1N5408
D5, D6 = 1N4007
TR1 = 0-12 В, ТОК 1/10 АККУМУЛЯТОРА AH
C1 = 2200 мкФ / 25 В
C2 = 1 мкФ / 25 В

Конструкция № 2: ИБП с одним трансформатором для инвертора и зарядки аккумулятора

В следующей статье подробно описывается простая схема ИБП на основе транзисторов со встроенной зарядкой батареи

. ,

Как спроектировать схему источника бесперебойного питания (ИБП)

В этом кратком руководстве мы узнаем, как спроектировать индивидуальную схему ИБП в домашних условиях с использованием обычных компонентов, таких как несколько микросхем NAND и несколько реле.

Что такое ИБП

ИБП, который представляет собой источник бесперебойного питания, представляют собой инверторы, предназначенные для бесперебойной подачи сетевого питания переменного тока на подключенную нагрузку без малейшего прерывания, независимо от внезапных сбоев в подаче электроэнергии, ее колебаний или даже отключения.

ИБП становится полезным для ПК и другого подобного оборудования, которое требует обработки критически важных данных и не может позволить себе отключение питания от сети во время важной операции обработки данных.

Для этого оборудования ИБП становится очень удобным благодаря его мгновенному резервному питанию нагрузки и предоставлению пользователю достаточно времени для сохранения важных данных компьютера, пока не будет восстановлено фактическое сетевое питание.

Это означает, что ИБП должен очень быстро переключаться с сети на инвертор (резервный режим) и наоборот во время возможного сбоя в электросети.

В этой статье мы узнаем, как сделать простой ИБП со всеми минимальными функциями, гарантирующими, что он соответствует вышеперечисленным принципам и обеспечивает пользователя бесперебойным питанием хорошего качества на протяжении всей работы.

Этапы ИБП

Базовая схема ИБП будет иметь следующие основные этапы:

1) Схема инвертора

2) Батарея

3) Схема зарядного устройства

4) Этап переключающей цепи с использованием реле или других такие устройства, как симисторы или SSR.

Теперь давайте узнаем, как вышеуказанные схемные каскады могут быть собраны и интегрированы вместе для реализации достаточно приличной системы ИБП.

Блок-схема

Упомянутые функциональные этапы источника бесперебойного питания можно подробно понять с помощью следующей блок-схемы:

Здесь мы видим, что основная функция переключения ИБП выполняется парой ступеней реле DPDT.

Оба реле DPDT питаются от источника питания 12 В переменного тока в постоянный или адаптера.

Можно увидеть реле DPDT с левой стороны, управляющее зарядным устройством. Зарядное устройство батареи получает питание, когда сеть переменного тока доступна через верхние контакты реле, и подает вход для зарядки в батарею через нижние контакты реле. При отключении сети переменного тока контакты реле переключаются на замыкающие. Верхние контакты реле отключают питание зарядного устройства, а нижние контакты теперь подключают аккумулятор к инвертору, чтобы начать работу в режиме инвертора.

Контакты реле с правой стороны используются для переключения с сети переменного тока на сеть переменного тока инвертора и наоборот.

Практическая конструкция ИБП

В следующем обсуждении мы попытаемся понять и разработать практическую схему ИБП.

1) Инвертор.

Поскольку ИБП должен иметь дело с критически важными и чувствительными электронными приборами, задействованный каскад инвертора должен иметь разумную форму волны, другими словами, обычный прямоугольный инвертор не может быть рекомендован для ИБП, и поэтому для нашей конструкции мы делаем уверен, что об этом условии правильно позаботятся.

Хотя я разместил на этом веб-сайте много схем инвертора, включая сложные типы синусоидальных сигналов ШИМ, здесь мы выбираем совершенно новую конструкцию, чтобы сделать статью более интересной, и добавляем новую схему инвертора в список

Конструкция ИБП использует только единственная микросхема IC 4093 и, тем не менее, способна выполнять на выходе хорошо модифицированные синусоидальные функции ШИМ.

Список деталей

  • N1 — N3 вентили NAND от IC 4093
  • Mosfets = IRF540
  • Трансформатор = 9-0-9V / 10 ампер / 220V или 120V
  • R3 / R4 = 220k pot
  • С1 / С2 = 0.1 мкФ / 50 В
  • Все резисторы имеют номинал 1 кОм 1/4 Вт

Работа схемы инвертора

IC 4093 состоит из 4 вентилей NAND типа Шмидта, эти вентили сконфигурированы соответствующим образом и расположены в показанной выше схеме инвертора для реализации необходимых технические характеристики.

Один из вентилей N1 настроен как генератор для генерации 200 Гц, в то время как другой вентиль N2 подключен как второй генератор для генерации импульсов 50 Гц.

Выход N1 используется для управления подключенными МОП-транзисторами с частотой 200 Гц, в то время как затвор N2 вместе с дополнительными затворами N3 / N4 переключает МОП-транзисторы поочередно с частотой 50 Гц.

Это необходимо для того, чтобы МОП-транзисторы никогда не могли проводить одновременно от выхода N1.

Выходы от N3, N4 разбивают 200 Гц от N1 на чередующиеся блоки импульсов, которые обрабатываются трансформатором для создания переменного тока с ШИМ при заданном напряжении 220 В.

На этом этап инвертора в нашем руководстве по изготовлению ИБП завершается.

На следующем этапе объясняется схема переключающего реле и то, как вышеупомянутый инвертор должен быть соединен с переключающими реле для облегчения операций автоматического резервного копирования инвертора и зарядки аккумулятора во время сбоя в электросети и наоборот.

Релейный каскад переключения и схема зарядного устройства

На изображении ниже показано, как трансформаторная часть схемы инвертора может быть сконфигурирована с несколькими реле для реализации автоматического переключения для предлагаемой конструкции ИБП.

На рисунке также показана простая схема автоматического зарядного устройства с использованием IC 741 в левой части схемы.

Сначала давайте узнаем, как подключены переключающие реле, а затем мы можем перейти к объяснению зарядного устройства.

Всего на этом этапе используются 3 набора реле:

1) 2 реле SPDT в форме RL1 и RL2

2) Одно реле DPDT как RL3a и RL3b.

RL1 соединен со схемой зарядного устройства батареи и контролирует отсечку высокого / низкого уровня заряда для батареи и определяет, когда батарея должна быть готова к использованию для инвертора, а когда ее нужно удалить.

SPDT RL2 и DPDT (RL3a и RL3b) используются для мгновенных действий переключения во время сбоя питания и восстановления.Контакты RL2 используются для подключения или отключения центрального отвода трансформатора с аккумулятором в зависимости от наличия или отсутствия сети.

RL3a и RLb, которые представляют собой два набора контактов реле DPDT, становятся ответственными за переключение нагрузки через сеть инвертора или сеть во время перебоев в подаче электроэнергии или периодов восстановления.

Катушки RL2 и DPDT RL3a / RL3b соединены с источником питания 14 В, так что эти реле быстро активируются и деактивируются в зависимости от состояния входной сети и выполняют необходимые действия по переключению.Этот источник питания 14 В также используется в качестве источника для зарядки аккумуляторной батареи инвертора при наличии сетевого питания.

Катушка RL1 может быть замечена подключенной к схеме операционного усилителя, которая контролирует зарядку батареи и обеспечивает отключение питания батареи от источника 14 В, как только оно достигает того же значения.

Он также гарантирует, что пока аккумулятор находится в режиме инвертора и потребляется нагрузкой, его нижний уровень разряда никогда не опускается ниже 11 В, и он отключает аккумулятор от инвертора, когда он достигает этого уровня.Обе эти операции выполняются реле RL1 в ответ на команды операционного усилителя.

Процедура настройки вышеупомянутой схемы зарядного устройства батареи ИБП может быть изучена из этой статьи, в которой обсуждается, как сделать зарядное устройство с отсечкой по нижнему и верхнему пределам с использованием микросхемы IC 741

. Теперь для выполнения прилично выглядящий небольшой ИБП, который можно использовать для обеспечения бесперебойного питания вашего ПК или любого другого подобного устройства.

Вот и все, на этом завершается наше руководство по проектированию персональной схемы ИБП, которое может легко сделать любой новичок, следуя приведенному выше подробному руководству.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Источник бесперебойного питания (ИБП): обзор и руководство по покупке

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------>

ЧТО ТАКОЕ ИБП?

Источник бесперебойного питания (ИБП) — это электронное устройство с батарейным питанием, которое продолжает подавать электроэнергию на нагрузку в течение определенного периода времени во время сбоя в электросети или когда напряжение в сети выходит за допустимые пределы.Его типичное применение — резервное питание ПК. Более крупные устройства с постоянной проводкой можно использовать для питания серверов и другого оборудования или даже всего дома. Помимо резервирования, большинство моделей также обеспечивают защиту от перенапряжения и стабилизацию питания. Общий стандарт для систем резервного питания ИБП — серия IEC 62040.

Излишне говорить, что даже кратковременное отключение электроэнергии может привести к потере несохраненных данных на работающем настольном компьютере или к сбросу модема. Вот почему ИБП необходим как дома, так и в офисе.С технической точки зрения, чтобы обеспечить бесперебойное питание, вам понадобится резервная аккумуляторная батарея, зарядное устройство AC-DC и инвертор DC-AC.

ВИДЫ ИБП

. Существует три основных типа ИБП: Standby (автономный), Line Interactive и Online. Каждый из этих типов поставляет энергию от батареи при отказе сети, но в нормальных условиях они обрабатывают энергию по-разному. Обратите внимание, что, в отличие от домашних генераторов, ни один из них не требует движущихся частей.

A Резервный ИБП (SPS) включает реле переключения.Он переключает нагрузку на инвертор с батарейным питанием, когда первичный переменный ток выходит за пределы допустимого диапазона. Типичное время переключения составляет от 2 мс до 10 мс, в зависимости от количества времени, необходимого для обнаружения потери напряжения в электросети и включения инвертора. В это время ток нагрузки на мгновение прерывается. Поэтому перечисление таких устройств как «бесперебойные» несколько вводит в заблуждение. Сегодняшние ПК включают в себя внутренний импульсный блок питания, который по своей сути обеспечивает определенное время задержки («прохождения»).Для справки, блок питания SMPS для персональных компьютеров должен обеспечивать время удержания не менее 16 мс при номинальной нагрузке (это число соответствует одному циклу входной частоты 60 Гц). Поскольку это время превышает нормальное время переключения ИБП, на большинство ПК переключение с сети на ИБП не влияет.
С положительной стороны, поскольку инвертор SPS работает в режиме ожидания и запускается только при выходе из строя входного источника, он имеет самый высокий КПД (95-98%) и надежность. Поскольку это также самый дешевый источник питания для ИБП (менее $ 0.10 на номинальный вольт-ампер), это стало наиболее распространенным продуктом резервного копирования, используемым для настольных ПК. Обратите внимание, что в некоторых старых системах инвертор генерировал выходной сигнал прямоугольной формы, а не синусоидальный, что могло вызвать проблемы для некоторого чувствительного оборудования. Примером популярной резервной модели с хорошими отзывами является CyberPower CP750LCD.

Феррорезонансный тип резервного ИБП имеет дополнительный феррорезонансный трансформатор, который формирует выходное напряжение и накапливает энергию для более плавной передачи. Его главный недостаток — нестабильность при загрузке от SMPS с входным каскадом PFC.По этой причине такие системы больше не используются.

Линейно-интерактивный ИБП при нормальных условиях сглаживает и до некоторой степени регулирует входное переменное напряжение с помощью фильтра и переключающего трансформатора.

Двунаправленный инвертор / зарядное устройство всегда подключается к выходу и использует часть переменного тока для поддержания заряда аккумулятора. Когда входной источник выходит из строя, передаточный переключатель отключает вход переменного тока, и аккумулятор / инвертор затем питает нагрузку. Типичный КПД этого типа составляет 90-96%.В настоящее время это наиболее распространенная конструкция в диапазоне мощностей 0,5–5 кВА. Примером линейно-интерактивного типа является Tripp Lite AVR550U.

Онлайн-ИБП всегда передает всю или, по крайней мере, часть выходной мощности через свой инвертор даже при нормальных условиях сети, и, следовательно, обеспечивает истинное бесперебойное питание с временем переключения 0 мс. Примером сетевого типа является CyberPower OL1000RTXL2U. Этот вид дороже. Его основные приложения — небольшие серверы и сети, но в настоящее время он используется также и дома.Существует два основных типа ИБП с подключением к сети: двойное преобразование и дельта-преобразование.

Онлайн-ИБП с двойным преобразованием непрерывно обрабатывает всю мощность через последовательно подключенные выпрямитель / зарядное устройство переменного тока в постоянный и инвертор постоянного тока. Дополнительный переключатель байпаса позволяет поддерживать нагрузки непосредственно от источника переменного тока при некоторых неисправностях (например, при отказе инвертора). Хотя такой тип обеспечивает PFC и лучшее качество выходного напряжения, чем другие конструкции, двойная обработка энергии приводит к снижению эффективности (обычно 80-90%).Этот тип распространен для критически важных приложений.

Онлайн-ИБП с дельта-преобразованием включает дополнительный «дельта-преобразователь», который подает часть энергии непосредственно на нагрузку и обеспечивает коррекцию коэффициента мощности. Такое частичное шунтирование ступеней выпрямителя / инвертора во время нормальной работы приводит к более высокому КПД (до 97%).

Для большинства настольных приложений достаточно SPS-типа. Однако, если вы хотите избежать даже кратковременных перебоев в подаче электроэнергии, ищите линейный интерактивный тип.Среди основных отечественных поставщиков Tripp Lite, пожалуй, единственный, кто четко указывает типы своих моделей. Различные требования к характеристикам и испытаниям, такие как пределы амплитуды и длительности отклонения выходного напряжения, допустимого для нагрузок блока питания с импульсным режимом (SMPS), определены стандартом IEC 62040-3. Обратите внимание, что производители небольших серийных источников питания ИБП для ПК обычно рекламируют свои системы по номиналу вольт-ампер (ВА). Типичная максимальная активная мощность ватт такого резервного источника питания составляет всего 60% от номинальной мощности, указанной на паспортной табличке.Такое соотношение по умолчанию между ваттами и ВА основано на старом компьютерном блоке питания без PFC, который раньше имел коэффициент мощности от 0,6 до 0,7. Поэтому, когда вы покупаете блок питания ИБП, убедитесь, что полезная мощность ваших нагрузок не превышает 60% от его номинальной мощности. Чтобы найти требуемую мощность, добавьте токи на паспортных табличках всех устройств, которые вы хотите зарезервировать, и умножьте результат на 120. Обратите внимание, что технически это даст вам вольт-ампер, а не ватт. Однако сегодняшняя электроника имеет коэффициент мощности, близкий к единице.Итак, ваши ватты будут почти такими же. Например, если ваша система потребляет 2,5 А, то она потребляет до 2,5×120 = 300 Вт. В этом случае необходимо выбрать резервное устройство мощностью не менее 300 / 0,6 = 500 ВА.

Хотя источники ИБП обычно дешевы, компактны и удобны, они подходят не для всех приложений. Их общий недостаток — относительно короткое время работы. Вот почему в большинстве технических паспортов указано с половинной нагрузкой . Для небольших потребительских устройств время работы при половинной нагрузке обычно составляет 13-20 минут.Обратите внимание, что эта характеристика не линейна. При полной нагрузке вы можете получить только 1/3 срока службы при половинной нагрузке. Если вы ищете более длительную резервную копию, рассмотрите возможность использования электрических генераторов.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о