4 circuitos de fonte de alimentação ininterrupta simples (UPS) explorados

Nesta postagem, investigamos 4 projetos simples de fonte de alimentação ininterrupta (UPS) de rede elétrica de 220 V usando bateria de 12 V, que podem ser compreendidos e construídos por qualquer novo entusiasta. Esses circuitos podem ser usados ​​para operar um aparelho ou carga apropriadamente selecionada, vamos explorar os circuitos.

Projeto # 1: UPS simples usando um único IC

Uma ideia simples apresentada aqui pode ser construído em casa usando a maioria dos componentes comuns para produzir resultados razoáveis. Ele pode ser usado para alimentar não apenas os aparelhos elétricos usuais, mas também dispositivos sofisticados como computadores. Seu circuito inversor utiliza um design de onda senoidal modificado.

Uma fonte de alimentação ininterrupta com recursos elaborados pode não ser criticamente necessária para a operação mesmo de aparelhos sofisticados. Um projeto comprometido de um sistema UPS apresentado aqui pode muito bem ser suficiente para as necessidades. Ele também inclui um carregador de bateria inteligente universal integrado.

Diferença entre UPS e um inversor

Qual é a diferença entre um fonte de alimentação ininterrupta (UPS) e um inversor? Bem, falando de maneira geral, ambos têm o objetivo de desempenhar a função fundamental de converter a tensão da bateria em CA, que pode ser usada para operar os vários aparelhos elétricos na ausência de nossa energia CA doméstica.

No entanto, na maioria dos casos, um inversor pode não ser equipado com muitas funções de mudança automática e medidas de segurança normalmente associadas a um UPS.

Além disso, a maioria dos inversores não carrega um carregador de bateria embutido, enquanto todos os UPSs têm um carregador de bateria automático embutido com eles para facilitar o carregamento instantâneo da bateria em questão quando a alimentação CA está presente e reverter o energia da bateria no modo inversor no momento em que a energia de entrada falha.

Além disso, os UPSs são todos projetados para produzir uma CA com uma forma de onda senoidal ou, pelo menos, uma onda quadrada modificada que se assemelha muito a sua contraparte de onda senoidal. Este talvez se torne o recurso mais importante com UPSs.

Com tantos recursos em mãos, não há dúvida de que esses dispositivos incríveis devem se tornar caros e, portanto, muitos de nós na categoria de classe média são incapazes de colocar as mãos neles.

Eu tentei fazer um Design UPS embora não seja comparável com os profissionais, mas uma vez construído, definitivamente será capaz de substituir falhas de rede de forma bastante confiável e também como a saída é uma onda quadrada modificada, é adequado para operar todos os dispositivos eletrônicos sofisticados, até mesmo computadores.

Todos os designs aqui são do tipo offline, você também pode tentar isso circuito UPS online simples

Compreendendo o projeto do circuito

A figura ao lado mostra um design de inversor quadrado modificado simples, que é facilmente compreensível, mas incorpora recursos cruciais.

O IC SN74LVC1G132 tem um porta NAND única (Schmitt Trigger) encapsulado em um pequeno pacote. Ele basicamente forma o coração do estágio do oscilador e requer apenas um único capacitor e um resistor para as oscilações necessárias. O valor desses dois componentes passivos determina a frequência do oscilador. Aqui está dimensionado para cerca de 250 Hz.

A frequência acima é aplicada ao próximo estágio que consiste em um único contador / divisor de década de Johnson IC 4017. O IC é configurado de modo que suas saídas produzam e repitam um conjunto de cinco saídas lógicas sequenciais altas. Como a entrada é uma onda quadrada, as saídas também são geradas como ondas quadradas.

Lista de peças para o Inversor UPS

R1 = 20K
R2, R3 = 1K
R4, R5 = 220 Ohms
C1 = 0,095Uf
C2, C3, C4 = 10UF / 25V
T0 = ​​BC557B
T1, T2 = 8050
T3, T4 = BDY29
IC1 = SN74LVC1G132 ou uma única porta de IC4093
IC2 = 4017
IC3 = 7805
TRANSFORMER = 12-0-12V / 10AMP / 230V

Seção do carregador de bateria

Os terminais de base de dois conjuntos de transistores Darlington de alto ganho e alta potência emparelhados são configurados para o IC de forma que ele receba e conduza para as saídas alternativas.

Os transistores conduzem (em tandem) em resposta a esses chaveamentos e um potencial alternado de alta corrente correspondente é puxado pelas duas metades dos enrolamentos do transformador conectados.

Uma vez que as tensões de base para os transistores do IC são ignoradas alternadamente, o impulso quadrado resultante do transformador carrega apenas metade do valor médio em comparação com os outros inversores comuns. Este valor médio RMS dimensionado das ondas quadradas geradas se assemelha muito ao valor médio da CA da rede elétrica que está normalmente disponível em nossas tomadas de energia doméstica e, portanto, torna-se adequado e favorável aos aparelhos eletrônicos mais sofisticados.

O projeto atual da fonte de alimentação ininterrupta é totalmente automático e reverter para o modo inversor no momento em que a energia de entrada falha. Isso é feito por meio de um par de relés RL1 e RL2 RL2 tem um conjunto duplo de contatos para reverter ambas as linhas de saída.

Conforme explicado acima, um no-break também deve incorporar um carregador de bateria inteligente universal integrado, que também deve ter tensão e corrente controlada.

A próxima figura que é parte integrante do sistema mostra um pequeno carregador de bateria automático o circuito. O circuito não é apenas controlado por tensão, mas também inclui uma configuração de proteção contra sobrecarga de corrente.

O transistor T1 e T2 basicamente formam um sensor de tensão preciso e nunca permite que o limite superior da tensão de carga exceda o limite definido. Este limite é fixado definindo o pré-ajuste P1 apropriadamente.

Os transistores T3 e T4 juntos ficam de olho no aumento da entrada de corrente pela bateria e nunca permitem que ela atinja níveis que podem ser considerados perigosos para a vida da bateria. No caso de a corrente começar a flutuar além do nível definido, a tensão em R6 ultrapassa - 0,6 volts, o suficiente para acionar T3, que por sua vez sufoca a tensão de base de T4, restringindo assim qualquer aumento adicional na corrente extraída. O valor de R6 pode ser encontrado usando a fórmula:

R = 0,6 / I, onde I é a taxa de corrente de carga.

O transistor T5 desempenha a função de monitor de tensão e comuta (desativa) os relés para a ação, no momento em que a alimentação CA falha.

Lista de peças para o carregador

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

Projeto # 2: UPS de transformador único para inversor e carregamento de bateria

O próximo artigo detalha um circuito UPS baseado em transistor simples com um circuito carregador de bateria embutido, que pode ser usado para obter um saída de alimentação ininterrupta mais barato, em suas casas e escritórios, lojas, etc. O circuito pode ser atualizado para qualquer nível de potência superior desejado. A ideia foi desenvolvida pelo Sr. Syed Xaidi.

A principal vantagem deste circuito é que ele usa um único transformador para carregar a bateria, bem como para operar o inversor . O que significa que você não precisa incorporar um transformador separado para carregar a bateria neste circuito

Os seguintes dados foram fornecidos pelo Sr. Syed por e-mail:

Eu vi que as pessoas estão sendo educadas por sua postagem. Então, acho que você deve explicar às pessoas sobre esse esquema.

Este circuito tem mutivibrador astável baseado em transistores, como você fez. Os capacitores c1 e c2 são 0,47 para obter a frequência de saída de cerca de 51.xx Hz conforme medido, mas não é constante em todos os casos.

O MOSFET tem diodo reverso de alta potência que é usado para carregar a bateria, não há necessidade de adicionar um diodo especial ao circuito. Eu mostrei o princípio de comutação com relés no esquema. RL3 deve ser usado com um circuito de corte.

Este circuito é muito simples e já testei. Vou testar outro projeto meu que compartilharei com vocês assim que o teste for feito. Ele controla a tensão de saída e a estabiliza usando PWM. Também nesse projeto estou usando o enrolamento do transformador de 140 V para carregar e BTA16 para controlar os amperes de carga. Vamos esperar pelo bem.

Você está se saindo melhor. Nunca desista, tenha um dia maravilhoso.

Projeto # 3: Circuito UPS baseado em IC 555

O terceiro projeto explicado abaixo é um circuito UPS simples usando PWM, e o therfeore torna-se perfeitamente seguro para operar equipamentos eletrônicos sofisticados como computadores, sistema de música, etc. A unidade inteira custará cerca de $ 3. Um carregador integrado também está incluído no design para manter a bateria sempre carregada e em modo de espera. Vamos estudar todo o conceito e o circuito.

O conceito de circuito é bastante básico, trata-se de fazer com que os dispositivos de saída comutem de acordo com os pulsos PWM bem otimizados aplicados, que por sua vez comuta o transformador para gerar uma tensão de alimentação CA induzida equivalente com parâmetros idênticos a uma forma de onda senoidal CA padrão.

Operação do circuito:

O diagrama de circuito pode ser entendido com a ajuda dos seguintes pontos:

O circuito PWM utiliza o muito popular IC 555 para a geração necessária dos pulsos PWM.

Os pré-ajustes P1 e P2 podem ser ajustados precisamente conforme necessário para alimentar os dispositivos de saída.

Os dispositivos de saída responderão exatamente aos pulsos PWM aplicados do circuito 555, portanto, uma otimização cuidadosa dos presets deve resultar em uma relação PWM quase ideal que pode ser considerada bastante equivalente a uma forma de onda CA padrão.

No entanto, uma vez que os pulsos pWM discutidos acima são aplicados às bases de ambos, os transistores posicionados para chavear dois chennels separados significariam uma bagunça total, já que nunca quereremos trocar os dois enrolamentos do transformador juntos.

Usando portas NOT para induzir a comutação de 50 Hz

Portanto, outro estágio que consiste em algumas portas NOT do IC 4049 foi introduzido, o que garante que os dispositivos conduzam ou comutem alternadamente e nunca todos de uma vez.

O oscilador feito de N1 e N2 executa pulsos de onda quadrada perfeitos, que são mais tamponado por N3 --- N6 . Os diodos D3 e D4 também desempenham um papel importante, fazendo com que os dispositivos respondam apenas aos pulsos negativos das portas NOT.

Esses pulsos desligam os dispositivos alternadamente, permitindo que apenas um canal conduza em um determinado instante.

A predefinição associada a N1 e N2 é usada para definir a frequência CA de saída do UPS. Para 220 volts, deve ser definido para 50 Hz e para 120 volts, deve ser definido para 60 Hz.

Lista de peças para UPS

R1, R2, R3 R4, R5 = 1K,
P1, P2 = de acordo com a fórmula,
P3 = 100K predefinido
D1, D2 = 1N4148,
D3, D4 = 1N4007,
D5, D6 = 1N5402,
D7, D8 = diodo zener 3v
C1 = 1uF / 25V
C2 = 10n,
C3 = 2200uF / 25V
T1, T2 = TIP31C,
T3, T4 = BDY29
IC1 = 555,
N1… N6 = IC 4049, consulte a folha de dados para os números de pinagem.
Transformador = 12-0-12V, 15 Amps

O circuito do carregador de bateria:

Se for um UPS, a inclusão de um circuito carregador de bateria torna-se imperativa.

Mantendo o baixo custo e a simplicidade do design em mente, um design de carregador de bateria muito simples, mas razoavelmente preciso, foi incorporado a este circuito de fonte de alimentação ininterrupta.

Olhando para a figura podemos testemunhar o quão fácil é a configuração.

Você pode obter a explicação completa neste circuito carregador de bateria artigo Os dois relés RL1 e RL2 são posicionados para tornar o circuito completamente automático. Quando a alimentação da rede está disponível, os relés energizam e comutam a rede CA diretamente para a carga por meio de seus contatos N / O. Nesse ínterim, a bateria também é carregada através do circuito do carregador. No momento em que a alimentação CA falha, os relés revertem e desconectam a linha da rede e a substituem pelo transformador do inversor, de modo que agora o inversor se encarrega de fornecer a tensão da rede à carga , dentro de milissegundos.

Outro relé RL4 é introduzido para inverter seus contatos durante uma queda de energia, de forma que a bateria que foi mantida no modo de carga seja trocada para o modo inversor para a geração necessária da energia CA de reserva.

Lista de peças para o carregador

R1 = 1K,
P1 = 10K
T1 = BC547B,
C1 = 100uF / 25V
D1 --- D4 = 1N5402
D5, 6, 7 = 1N4007,
Todos os relés = 12 volts, 400 Ohm, SPDT

Transformador = 0-12V, 3 Amps

Design # 4: Design UPS 1kva

O último projeto, mas de longe o mais poderoso, discute um circuito UPS de 1000 watts alimentado com uma entrada de +/- 220 V, usando 40 baterias de 12 V / 4 AH em série. A operação de alta tensão torna o sistema relativamente menos complexo e sem transformador. A ideia foi pedida por Aquarius.

Especificações técnicas

Eu sou seu fã e construí muitos projetos para meu uso pessoal com sucesso e tive muito prazer. Deus te abençoê. Agora pretendo construir um UPS de 1000 watts com um conceito diferente (inversor com entrada de alta tensão CC).

Usarei um banco de baterias de 18 a 20 baterias seladas em série, cada uma com 12 volts / 7 Ah, para fornecer um armazenamento de mais de 220 volts como entrada para um inversor sem transformador.

Você pode sugerir um circuito mais simples possível para este conceito, que deve incluir um carregador de bateria + proteção e comutação automática por falha de rede. Mais tarde, também incluirei uma entrada de energia solar.

O design

O circuito UPS proposto de 1000 watts pode ser construído usando os dois circuitos a seguir, onde o primeiro é a seção do inversor com os relés de comutação automática necessários. O segundo projeto fornece o estágio de carregador automático de bateria.

O primeiro circuito que representa o inversor de 1000 watts consiste em três estágios básicos.

T1, T2 juntamente com os componentes associados formam o estágio de amplificador diferencial de entrada que amplifica os sinais de entrada PWM de um gerador PWM que pode ser um gerador de seno.

R5 se torna a fonte de corrente para fornecer corrente ideal para o estágio diferencial e para o estágio de driver subsequente.

A seção após o estágio diferencial é o estágio do driver que efetivamente aumenta o PWM amplificado do estágio diferencial para níveis suficientes para acionar o estágio de mosfet de potência subsequente.

Os mosfets são alinhados push pull nos dois bancos de bateria de 220V e, portanto, trocam as tensões em seus terminais de dreno / fonte para produzir a saída AC 220V necessária sem incorporar um transformador.

A saída acima é terminada na carga por meio de um estágio de mudança de relé que consiste em um relé DPDT de 12 V 10 amperes, cuja entrada de disparo é derivada da rede elétrica por meio de um adaptador CA de 12 V CA / CC. Esta tensão de disparo é aplicada às bobinas de todos os relés de 12 V que são usados ​​no circuito para a rede pretendida para as ações de mudança do inversor.

Lista de peças para o circuito UPS de 1000 watts acima

Todos os resistores CFR têm 2 watts de potência nominal, exceto quando especificado.

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

relé = DPDT, contatos de 12 V / 10 amperes, bobina de 400 ohm

Circuito carregador de bateria para carregar bancos de bateria 220V DC.

Embora o ideal seja que as baterias de 12 V envolvidas devam ser carregadas individualmente por meio de uma fonte de 14 V, considerando a simplicidade, um único carregador universal de 220 V foi finalmente considerado mais desejável e fácil de construir.

Conforme mostrado no diagrama abaixo, uma vez que a tensão de carga necessária está na vizinhança de 260 V, a saída de 220 V da rede elétrica pode ser vista diretamente usada para esse propósito.

No entanto, aplicar a rede diretamente pode ser perigoso para as baterias devido à enorme quantidade de corrente que envolve, uma solução simples usando uma lâmpada da série de 200 watts está incluída no design.

A entrada da rede é aplicada por meio de um único diodo 1N4007 e por meio de uma lâmpada incandescente de 200 watts que passa por um relé de comutação de contatos.

Inicialmente, a tensão retificada de meia onda é incapaz de alcançar as baterias devido ao relé estar no modo desligado.

Ao pressionar o PB1, o suprimento é momentaneamente permitido para alcançar as baterias.

Isso avisa um nível correspondente de voltagem a ser gerado na lâmpada de 200 watts e é detectado pelo opto LED.

O opto responde e dispara instantaneamente o relé acompanhado, que instantaneamente ativa e liga e o mantém mesmo após o PB1 ser liberado.

A lâmpada de 200 watts podia ser vista brilhando levemente, cuja intensidade dependeria da condição de carga do banco de baterias.

À medida que as baterias começam a carregar, a tensão na lâmpada de 200 watts começa a cair até que o relé seja desligado, assim que o nível de carga total da bateria for atingido. Isso pode ser ajustado configurando a predefinição 4k7.

A saída do carregador acima é fornecida ao banco de baterias por meio de alguns relés SPDT, conforme mostrado no diagrama a seguir.

Os relés certificam-se de que as baterias são colocadas no modo de carregamento, desde que a entrada de rede esteja disponível e é revertido para o modo de inversor quando a entrada de rede falha.