12V, 2A avbrottsfri strömförsörjning: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

STRÖMFÖRSÖRJNINGSTÄVLING

Vänligen rösta på mig om du tycker att den här instruktionsboken är användbar

Vad är en avbrottsfri strömförsörjning?

Utdrag från Wikipedia

"En avbrottsfri strömförsörjning, även avbrottsfri strömkälla, UPS eller batteribackup, är en elektrisk apparat som tillhandahåller nödström till en last när ingångseffekten eller nätströmmen går sönder. En UPS skiljer sig från ett hjälp- eller nödkraftsystem eller standby -generator genom att det kommer att ge ett omedelbart skydd mot ingångseffektavbrott, genom att leverera energi lagrad i batterier."

Observera att en UPS bara är en kortsiktig lösning, och strömtillgänglighet beror på belastningen som är ansluten till UPS -enheten.

Varför en 12V UPS?

Den mest moderna elektroniska utrustningen i och runt våra hem är enbart beroende av elnätet. När strömmen går av så gör all vår moderna elektroniska utrustning det också. Det finns några fall där detta är oönskat, för att bara nämna ett par:

• Larmsystem
• Åtkomstkontrollsystem
• Nätverksanslutning
• Telefonsystem
• Säkerhets- / nödljus

Alla dessa system fungerar vanligtvis på 12V och kan enkelt anslutas till en 12V UPS.

Komponenter i en UPS

En UPS består av 3 delar:

1. Transformator
2. Reglerad strömförsörjning
3. Batteriladdare
4. Säkerhetskopierat batteri

Jag kommer att gå igenom varje steg och förklara hur man bygger en pålitlig 12V UPS utan några speciella komponenter.

Steg 1: Transformatorn

12V UPS använder en standardtransformator som är tillgänglig på alla ledande leverantörer av säkerhetsutrustning. Transformatorns utgång bör vara mellan 16 till 17 V AC och märkt upp till 3 ampere. Jag föredrar alltid att över design, så jag kommer att designa denna 2A UPS så att den är högst 3A.

Vissa leverantörer har transformatorer redan monterade i ett hölje, med extra överström och överspänningsskydd.

Steg 2: Den reglerade strömförsörjningen

En UPS måste kunna leverera märkströmmen kontinuerligt vid den nominella utspänningen, utan att förlita sig på reservbatteriet för att få hjälp. Så det första steget blir att designa en 12V strömförsörjning.

En bra start blir att använda spänningsregulatorn LM317. Innan vi tittar på enhetens nuvarande klassificering, låt oss börja med den reglerade utspänningen. Även om vi alla är vana att hänvisa till ett 12V -system, är det i själva verket normalt ett 13,8V -system. Denna spänning är den fulladdade spänningen för ett vanligt SLA -batteri. Så för alla beräkningar kommer jag att använda 13,8V.

För att beräkna komponentvärdena, se databladet LM317. Det står att:

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

och att Iadj är typisk begränsad till 50uA.

Till att börja med valde jag R1 -värdet till 1Kohm, så

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

13,8 = 1,25 (1 + R2/1K) + 50uA x R2

13,8 = 1,25 + 1,25/10E3 x R2) + 50E-6 x R2

12,55 = 0,00125 R2 + 0,00005 R2

12,55 = 0,0013 R2

R2 = 9,653Kohm

Men ett värde på 9,653Kohm är inte ett standardmotståndsvärde, så vi måste använda flera motstånd för att komma nära detta värde. Den bästa lösningen blir att placera två motstånd parallellt. Alla två motstånd parallellt kommer alltid att ha ett kombinerat motstånd LÄGRE än motståndet med det lägsta värdet. Så gör motstånd R2a 10Kohm.

1/R2 = 1/R2a + 1/R2b

1/9.653K = 1/10K + 1/R2b

1/9.653K - 1/10K = 1/R2b

R2b = 278Kohm

R2b som 270K

R2 = 9.643Kohm, tillräckligt nära för det vi behöver.

1000uf kondensatorn är inte kritisk, men detta är ett bra värde. 0.1uf kondensatorn reducerar utgångsspänningsoscillationer

Vi har nu en 13,8 V strömförsörjning, klassad till 1,5 ampere enligt databladet.

Steg 3: Batteriladdaren

För att använda vår strömförsörjning som batteriladdare måste vi begränsa laddningsströmmen till batteriet. Strömförsörjningen kan bara ge max 1,5 ampere, så nästa steg blir att titta på kretsen med ett batteri anslutet till utgången. När batterispänningen stiger (laddas) kommer laddningsströmmen att minska. Med ett fulladdat batteri på 13,8V kommer laddningsströmmen att sjunka till noll.

Motståndet på utgången kommer att användas för att begränsa strömmen till klassificeringen av LM317. Vi vet att utspänningen för LM317 är fixerad till 13,8V. En tom SLA -batterispänning är cirka 12,0V. Att beräkna R är nu enkelt.

R = V / I

R = (13,8V - 12V) / 1,5A

R = 1,2 ohm

Nu är effekten som försvinner i motståndet

P = I^2 R

P = 1,5^2 x 1,2

P = 2,7W

Steg 4: Fördubbling av ström till 3A Max

Istället för att använda dyrare regulatorer som är klassade för 3A, valde jag att fortfarande använda standard LM317. För att öka UPS: s nuvarande klassificering lade jag helt enkelt ihop två kretsar och därmed fördubblade det nuvarande betyget.

Men det finns ett problem när du ansluter två strömförsörjningar tillsammans. Även om deras utspänningar beräknades vara exakt desamma, kommer variationer i komponenter, såväl som PC -kortets layout att resultera i att en strömförsörjning alltid tar större delen av strömmen. För att eliminera detta togs de kombinerade utgångarna efter de nuvarande begränsningsmotstånden, och inte på själva regulatorns utgång. Detta säkerställer att spänningsskillnaden mellan de två regulatorerna absorberas av utgångsmotstånden.

Steg 5: Den sista kretsen

Jag kunde inte källa 1R2, 3W motstånd, så jag bestämde mig för att använda flera motstånd för att bilda 1R2 motståndet. Jag beräknade olika serier/parallella motståndsvärden och fann att det att använda sex 1R8 -motstånd ger 1R2. Precis vad jag behövde. 1R2 3W motståndet har nu ersatts med sex 1R8 0,5W motstånd.

Ett annat tillägg till kretsen är en strömavbrott. Denna utgång kommer att vara 5V när nätspänningen är närvarande, och 0V vid ett strömavbrott. Detta tillägg gör det enklare att ansluta UPS: en till system som också kräver en nätstatussignal. Kretsen innehåller också en inbyggd status-LED.

Slutligen lades en skyddssäkring till UPS -enhetens 12V -utgång.

Steg 6: PC -kort

Inte mycket att säga här.

Jag designade ett enkelt PC -kort med freeware -versionen av Eagle. PC-kortet är konstruerat så att oisolerade snabbkopplingsöglor kan lödas till PC-kortet. Detta gör att hela UPS -kortet kan monteras ovanpå batteriet.

Var noga med att lägga till anläggningsstorlekar till de två LM317 -regulatorerna.