Zasilacz bezprzerwowy 12 V, 2 A: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

ZGŁOSZENIE DO KONKURSU ZASILANIA

Zagłosuj na mnie, jeśli uznasz tę instrukcję za przydatną

Co to jest zasilacz awaryjny?

Wyciąg z Wikipedii

„Zasilacz bezprzerwowy, również bezprzerwowe źródło zasilania, UPS lub zasilanie bateryjne, to urządzenie elektryczne, które dostarcza zasilanie awaryjne do obciążenia w przypadku awarii źródła zasilania lub zasilania sieciowego. UPS różni się od pomocniczego lub awaryjnego systemu zasilania lub generatora rezerwowego dzięki temu, że zapewni niemal natychmiastową ochronę przed przerwami w zasilaniu wejściowym, dostarczając energię zmagazynowaną w akumulatorach”.

Należy pamiętać, że UPS jest rozwiązaniem krótkoterminowym, a dostępność zasilania będzie zależeć od obciążenia podłączonego do UPS.

Dlaczego UPS 12V?

Większość nowoczesnych urządzeń elektronicznych w naszych domach i wokół nich opiera się wyłącznie na zasilaniu z sieci. Kiedy gaśnie prąd, to samo dzieje się z całym naszym nowoczesnym sprzętem elektronicznym. W niektórych przypadkach jest to niepożądane, by wymienić tylko kilka:

• Systemy alarmowe
• Systemy kontroli dostępu
• Łączność sieciowa
• Systemy telefoniczne
• Światła bezpieczeństwa/awaryjne

Wszystkie te systemy zwykle działają na 12V i można je łatwo podłączyć do 12V UPS.

Komponenty UPS

UPS składa się z 3 części:

1. Transformator
2. Regulowany zasilacz
3. Ładowarka
4. Bateria zapasowa

Przejdę przez każdy krok, wyjaśniając, jak zbudować niezawodny zasilacz 12 V bez specjalnych komponentów.

Krok 1: Transformator

Zasilacz UPS 12V korzysta z gotowego, standardowego transformatora, który jest dostępny u wszystkich wiodących dostawców sprzętu zabezpieczającego. Wyjście transformatora powinno mieścić się w zakresie od 16 do 17 V AC i obciążać prądem do 3 amperów. Zawsze wolę przesadnie projektować, więc zaprojektuję ten zasilacz 2A tak, aby był oceniany na maksymalnie 3A.

Niektórzy dostawcy mają transformatory już zamontowane w obudowie, z dodatkowym zabezpieczeniem nadprądowym i przeciwprzepięciowym.

Krok 2: Regulowany zasilacz

UPS musi być w stanie nieprzerwanie dostarczać prąd znamionowy przy znamionowym napięciu wyjściowym, bez konieczności korzystania z akumulatora zapasowego. Zatem pierwszym krokiem będzie zaprojektowanie zasilacza 12V.

Dobrym początkiem będzie zastosowanie regulatora napięcia LM317. Zanim przyjrzymy się prądowi znamionowemu urządzenia, zacznijmy od regulowanego napięcia wyjściowego. Chociaż wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do odnoszenia się do systemu 12 V, w rzeczywistości jest to zwykle system 13,8 V. To napięcie jest w pełni naładowanym napięciem standardowej baterii SLA. Więc do wszystkich obliczeń będę używał 13,8V.

Aby obliczyć wartości składników, zapoznaj się z arkuszem danych LM317. Twierdzi, że:

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

i że Iadj jest typowo ograniczony do 50uA.

Na początek wybrałem wartość R1 na 1Kohm, więc

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

Ale wartość 9,653Kohm nie jest standardową wartością rezystora, więc będziemy musieli użyć wielu rezystorów, aby zbliżyć się do tej wartości. Najlepszym rozwiązaniem będzie umieszczenie dwóch rezystorów równolegle. Dowolne dwa oporniki połączone równolegle zawsze będą miały NIŻSZĄ łączną rezystancję niż opornik o najniższej wartości. Więc zrób rezystor 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 jako 270K

R2 = 9,643Kohm, wystarczająco blisko dla tego, czego potrzebujemy.

Kondensator 1000uf nie jest krytyczny, ale jest to dobra wartość. Kondensator 0.1 uf redukujący oscylacje napięcia wyjściowego

Mamy teraz zasilacz 13,8 V, o wartości 1,5 A zgodnie z arkuszem danych.

Krok 3: Ładowarka baterii

Aby wykorzystać nasz zasilacz jako ładowarkę, musimy ograniczyć prąd ładowania do akumulatora. Zasilacz może dostarczyć maksymalnie tylko 1,5 A, więc następnym krokiem będzie przyjrzenie się układowi z baterią podłączoną do wyjścia. Wraz ze wzrostem napięcia akumulatora (ładowanie) prąd ładowania będzie się zmniejszał. Przy w pełni naładowanym akumulatorze 13,8 V prąd ładowania spadnie do zera.

Rezystor na wyjściu zostanie użyty do ograniczenia prądu do wartości znamionowej LM317. Wiemy, że napięcie wyjściowe LM317 jest ustalone na 13,8V. Napięcie pustej baterii SLA wynosi około 12,0 V. Obliczanie R jest teraz proste.

R = V / I

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

R = 1.2ohm

Teraz moc rozpraszana w rezystorze jest

P = I^2 R

P = 1,5^2 x 1,2

P = 2,7W

Krok 4: podwojenie prądu do maksimum 3A

Zamiast używać droższych regulatorów, które są oceniane na 3A, zdecydowałem się nadal korzystać ze standardowego LM317. Aby zwiększyć prąd znamionowy UPS, po prostu dodałem dwa obwody razem, podwajając w ten sposób prąd znamionowy.

Ale jest problem podczas łączenia dwóch zasilaczy razem. Chociaż ich napięcia wyjściowe zostały obliczone jako dokładnie takie same, różnice w komponentach, a także układ płytki drukowanej powodują, że jeden zasilacz zawsze pobiera większość prądu. Aby to wyeliminować, połączone wyjścia zostały pobrane po rezystorach ograniczających prąd, a nie na wyjściu samego regulatora. Zapewnia to, że różnica napięć między dwoma regulatorami zostanie pochłonięta przez rezystory wyjściowe.

Krok 5: Obieg końcowy

Nie byłem w stanie zaopatrzyć się w rezystory 1R2, 3W, dlatego zdecydowałem się wykorzystać kilka rezystorów do stworzenia rezystora 1R2. Obliczyłem różne wartości rezystorów szeregowych/równoległych i stwierdziłem, że użycie sześciu rezystorów 1R8 daje 1R2. Dokładnie to, czego potrzebowałem. Rezystor 1R2 3W został zastąpiony sześcioma rezystorami 1R8 0,5W.

Kolejnym dodatkiem do obwodu jest wyjście awarii zasilania. To wyjście będzie wynosić 5 V, gdy obecne jest zasilanie sieciowe, i 0 V podczas awarii sieci. Ten dodatek ułatwia podłączenie UPS do systemów, które również wymagają sygnału stanu sieci. Obwód zawiera również wbudowaną diodę LED stanu.

Na koniec dodano bezpiecznik ochronny na wyjściu 12V UPS.

Krok 6: Płyta PC

Nie ma tu wiele do powiedzenia.

Zaprojektowałem prostą płytkę PC używając darmowej wersji Eagle. Płytka PC została zaprojektowana w taki sposób, aby nieizolowane szybkozłączki można było przylutować do płyty PC. Pozwala to na zamontowanie całej płyty UPS na górze baterii.

Upewnij się, że do dwóch regulatorów LM317 dodałeś przyzwoite radiatory.