分享一個(gè)50瓦正弦波UPS電路

本文中詳細(xì)介紹的 UPS 可以在 50 伏電壓下以 60 Hz 的頻率持續(xù)提供 60

瓦的功率輸出。輸出基本上是一個(gè)正弦波，其行為與負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)市電家用交流電源完全相同。

集成電源的工作方式類似于電池充電器。盡管UPS可以用于許多不同的應(yīng)用，但它主要用于為小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和重要的外圍設(shè)備（如磁盤驅(qū)動(dòng)器）供電，以確保斷電不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)刪除或可能正在運(yùn)行的程序中斷。

這意味著這種鉛酸供電的 50 瓦 UPS 電路不會(huì)處理更大的 PC，這些 PC 通常以超過 60 瓦的實(shí)際功率工作。

該UPS電路的一個(gè)重要特點(diǎn)是它輸出“干凈”的正弦波交流電源：電網(wǎng)交流線路中的噪聲，尖峰或低電壓等缺陷永遠(yuǎn)不會(huì)影響計(jì)算機(jī)（負(fù)載）的功能。

電源繼電器轉(zhuǎn)換階段

電源級(jí)非常獨(dú)特，因?yàn)樗ㄟ^遠(yuǎn)程 12 伏鉛酸或 SMF 電池以及交流電源線獲取電力，這里的電池成為 UPS 運(yùn)行的最關(guān)鍵元件。

如圖所示。1 下面，當(dāng)充電關(guān)閉操作開關(guān) S1 定位為充電或操作設(shè)置時(shí)，繼電器 RY2 被激活，其觸點(diǎn)為電力變壓器 T1 和 T2

的初級(jí)繞組提供交流電源。

通過次級(jí)繞組的電流通過二極管D1、D2、D3和D4進(jìn)行整流。

扼流圈 L1 和 L2 限制電池的充電電流，并阻止紋波電流通過。

二極管 D5 提供“撬棍”過載保護(hù);它的功能是通過觸發(fā)保險(xiǎn)絲 F1 燒壞來保護(hù)許多易受攻擊的組件，以防電池意外連接不正確的極性。

運(yùn)算放大器IC1以反相電壓比較器的形式連接，其基準(zhǔn)電壓可通過電位計(jì)R3在11至14 V的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

一旦電池電壓降至基準(zhǔn)電壓以下，光耦合器IC2就會(huì)被激活，為繼電器RY1供電。當(dāng)負(fù)載不太重時(shí)，通過RY1觸點(diǎn)的電流開始為電池充電。

另一方面，如果UPS以或接近其100%電位工作，則可能需要外部電池充電器來提供足夠的電流供應(yīng)，以防止電池放電。

建議使用 10 安培電池充電器。鑒于大多數(shù)電池充電器沒有過濾系統(tǒng)，必須在充電器輸出和電池之間包含一個(gè)高值濾波電容器，以最大限度地降低紋波電流。

為了防止電池過度充電，只有在UPS以100%容量加載時(shí)，才能打開充電器的電源。

保險(xiǎn)絲 F2 必須小于 10 安培，以便在 12 伏輸出意外短路時(shí)主保險(xiǎn)絲 F1 不會(huì)砸動(dòng)。

晶體管放大器級(jí)

如圖所示。2，UPS交流輸出由變壓器耦合的B類放大器電路產(chǎn)生。

4 組達(dá)林頓晶體管（Q4-Q8、Q5-Q9、Q6-Q10 和 Q7-Q11）的工作方式類似于發(fā)射極-跟隨器網(wǎng)絡(luò)，為電力變壓器 T5 和 T6

初級(jí)繞組提供電壓。

電容器C8可消除由于高壓交越失真或削波而產(chǎn)生的任何高頻成分，此外還可以抑制高頻自振蕩。

其中兩個(gè)達(dá)林頓裝置通過變壓器 T3 并聯(lián)供電;另一對(duì)夫婦通過T4并聯(lián)推動(dòng)。

二極管 D11、D12、D13 和 D14 產(chǎn)生恒定的直流基極電壓，使輸出晶體管偏置在截止區(qū)域附近。

由晶體管Q2和Q3形成的A類驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)同樣完全由發(fā)射極跟隨器組成?；倦妷荷龎河勺儔浩鱐5和T6實(shí)現(xiàn)，它們也是典型的電力變壓器，配置順序相反。

晶體管Q1并聯(lián)驅(qū)動(dòng)晶體管Q2和Q3。Q1 基極直接連接到 IC5-d 輸出（參見圖 3），該輸出為 4.5 V DC。

輸出級(jí)推挽驅(qū)動(dòng)的相位反轉(zhuǎn)是通過適當(dāng)?shù)剡B接變壓器T3和T4變壓器的次級(jí)來實(shí)現(xiàn)的。

正弦波發(fā)生器

如圖所示。下面3，振蕩器級(jí)使用IC4配置，IC4是567音調(diào)檢測(cè)器。

IC的頻率由電阻R26和R27以及電容C14設(shè)置，并固定為精確的60 Hz。

IC4的方波輸出由IC5-b轉(zhuǎn)換為三角波，再通過IC5-c轉(zhuǎn)換為正弦波。

運(yùn)算放大器IC5-d的增益由電位計(jì)R35設(shè)置，電位計(jì)R35固定在交流輸出電壓。

運(yùn)算放大器IC5-a將T2輸出的正弦波轉(zhuǎn)換為60 Hz頻率。

D15可防止運(yùn)算放大器反相輸入相對(duì)于地變?yōu)樨?fù)值時(shí)可能發(fā)生的損壞;二極管通常反向偏置。

通過C12和D16連接到IC4的60 Hz脈沖觸發(fā)振蕩器鎖定到電網(wǎng)交流頻率。通過微調(diào)電位計(jì)R20，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精確相位同步的一定程度的控制。

一旦正確調(diào)整，交流輸出將與輸入交流電網(wǎng)線同相鎖定，并且在輸入電源故障和恢復(fù)期間的鎖定/解鎖過程將是柔和和有利的，幾乎不會(huì)產(chǎn)生干擾。

正弦波發(fā)生器通過 IC3、7805 IC、5 V 穩(wěn)壓器提供平滑、無紋波的 9 V 電源。在電阻分壓器 R16 和 R17 的幫助下，穩(wěn)壓器的引腳 3

保持在離地線 4 伏，以獲得精確的 9 伏輸出。

儀表電路

如圖所示，可以通過儀表電路監(jiān)控電池電壓或交流輸出電壓。下文4段。

由四個(gè)整流二極管組成的橋式整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而電容器C19平滑地轉(zhuǎn)換為純直流電。

DPDT 開關(guān)將 15 V 直流電壓表與 12 V 電源或使用 R36 和 R37 電阻分壓器構(gòu)建的分壓器連接。

如何測(cè)試電源轉(zhuǎn)換

在連接放大器之前測(cè)試電源部分可能很重要。這甚至可以在放大器級(jí)組裝之前進(jìn)行。

為此，您可以將 R3 的滑塊向與 R4 鏈接的末端調(diào)整。

請(qǐng)勿將電源線連接到電源插座。將 12 V 鉛酸電池連接到電源，并將 S1 定位為充電或操作。

現(xiàn)在，可以看到繼電器 RY2 被激活并且 LED1 亮起。此時(shí)，您可能會(huì)在IC1的引腳2和7處找到大約12 V。

引腳 6 應(yīng)顯示邏輯低電平。接下來，將電源線連接到交流電源插座。燈 LMP1 現(xiàn)在將亮起。繼電器 RY1 應(yīng)繼續(xù)關(guān)閉，您將在其常開觸點(diǎn)處測(cè)試大約 14

V。

IC1 的引腳 7 應(yīng)指示約 14 V，引腳 3 應(yīng)指示約 11 V。引腳 6 應(yīng)指示邏輯低電平。

將R3轉(zhuǎn)到其反端，在引腳3處獲得14 V;此時(shí)，RY1 必須在 LED1 關(guān)閉的情況下激活。

電池點(diǎn)兩端的電壓現(xiàn)在應(yīng)為13 V.將R3調(diào)整到繼電器RY1停用的水平附近。

隨著電池電壓的升高和降低，充電器級(jí)必須保持關(guān)閉和打開。R3的準(zhǔn)確設(shè)置可能位于充電器輸出切換非?？斓狞c(diǎn)，并在打開時(shí)幾乎關(guān)閉。

在沒有充電電源的情況下，電池電壓應(yīng)在 12.5 V

標(biāo)記處左右。當(dāng)電池電壓下降時(shí)，充電器輸出必須開始反復(fù)切換，除非電池放電嚴(yán)重，以至于充電器的全部電流無法將電壓恢復(fù)到12.5。

測(cè)試正弦波發(fā)生器

正弦波發(fā)生器級(jí)的測(cè)試可以單獨(dú)執(zhí)行。如果您在沒有 9 V 穩(wěn)壓器 IC 的情況下將其組裝在所示的 PCB 上，則可以使用 9 V PP3

電池或外部等效電源進(jìn)行測(cè)試程序。

首先將預(yù)設(shè) R20 的滑塊定位到其地面?zhèn)?。使?a target="_blank">示波器示波器應(yīng)在IC4的引腳5處顯示方波信號(hào)。

通過為示波器的水平掃描提供60 Hz正弦波頻率，調(diào)整電阻R27以獲得60 Hz的頻率，從而產(chǎn)生矩形李薩如波形。

頻率不必精確。逐漸改變的波形模式可能相當(dāng)令人滿意。將示波器設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)60

Hz掃描，確保示波器在IC5-b輸出端指示三角波，在IC5-c輸出端指示正弦波。

IC5-d輸出端也必須提供正弦波。并且其振幅應(yīng)響應(yīng)R35的調(diào)整而變化。如果這些檢查中的任何一個(gè)往往不正確，請(qǐng)檢查所有輸入和輸出引腳上是否存在 4.5

伏直流電。

接下來，將12.6 V

AC電源連接到R21，并調(diào)整R20，直到找到顯示IC5-a輸出脈沖的示波器：振蕩器頻率必須鎖定到輸入線路頻率?，F(xiàn)在設(shè)置示波器以像以前一樣顯示李薩如曲線并監(jiān)視IC5-d輸出。

你必須看到一個(gè)幾乎閉合的橢圓形圖案。您必須能夠微調(diào)R20，使示波器顯示幾乎是一條傾斜的直線，表明輸出信號(hào)與網(wǎng)格線同相。

現(xiàn)在，如果通過拔下電源線斷開輸入交流信號(hào)，示波器模式必須開始逐漸變?yōu)榇蜷_和關(guān)閉的橢圓形顯示器。

重新連接電位計(jì)R27以降低上述變化率。一旦輸入交流頻率重新連接回來，示波器顯示器必須立即恢復(fù)到傾斜的線型。

測(cè)試儀表電路

電表電路的測(cè)試和校準(zhǔn)可以通過將整流器連接到電網(wǎng)交流線路來實(shí)現(xiàn)。

將S2推入交流位置，微調(diào)R37以獲得可能為通過標(biāo)準(zhǔn)電表讀數(shù)單獨(dú)測(cè)量的交流輸入電壓的1/10的儀表讀數(shù)。

如果您發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)測(cè)量值，請(qǐng)?jiān)?C19 周圍查找大約 130

伏直流電，以確保整流器正確連接。由于C19電容的uF值較低，示波器應(yīng)顯示較大的紋波元件。

測(cè)試放大器

首先將功率晶體管放大器級(jí)與12 V電源和輸入正弦波波形發(fā)生器集成在一起。

將R35中心臂調(diào)整到與IC5-d輸出側(cè)相關(guān)的末端，這決定了零輸出信號(hào)的設(shè)置。

現(xiàn)在將 S1 移至“操作”位置。您應(yīng)該看到Q2、Q3、Q8、Q9、Q10和Q11發(fā)射極的儀表讀數(shù)為12.5 V。

您可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)這些晶體管變暖了一點(diǎn)，盡管不熱。

您應(yīng)該能夠在Q4、Q5、Q6和Q7的基極看到約11 V的儀表讀數(shù)，在Q1發(fā)射極處看到約4 V的儀表讀數(shù)。

在執(zhí)行以下測(cè)試程序時(shí)，在使用輸出時(shí)要小心，因?yàn)檫@將處于致命的電源 117 V 電平。

將變壓器 T5 和 T6 的 120 V 繞組各一根導(dǎo)線相互連接，其他導(dǎo)線保持未連接狀態(tài)。

將交流電壓表與其中一個(gè)變壓器繞組連接，并將電壓表設(shè)置為大于 110 伏的范圍。

在此之后，一點(diǎn)一點(diǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)R35預(yù)設(shè)中心臂，直到看到可測(cè)量的輸出電壓。如果您沒有發(fā)現(xiàn)這種情況發(fā)生，請(qǐng)確保進(jìn)入輸出級(jí)的相位驅(qū)動(dòng)是反向的。

從Q4或Q6基極到Q5或Q7基極的交流電壓必須是地讀數(shù)的兩倍。如果您沒有看到此信息，請(qǐng)嘗試交換變壓器 T3 或 T4

的繞組連接，但不要同時(shí)交換兩者。

接下來，確保變壓器T5和T6的120 V繞組完全同相，從而以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接。將電壓表連接到未連接的引線上。

如果您發(fā)現(xiàn)電壓是先前讀數(shù)的兩倍，則繞組肯定是串聯(lián)的?？焖俜崔D(zhuǎn)其中一個(gè)繞組的連接。

如果在儀表上看不到任何電壓讀數(shù)，請(qǐng)將其他兩根引線相互連接。在輸出端連接一個(gè) 15 W 燈，并設(shè)置預(yù)設(shè) R35

以獲得完整輸出。燈必須以最佳亮度點(diǎn)亮，儀表應(yīng)指示大約 125 伏交流電。

如何使用不間斷電源

在實(shí)施建議的 50 瓦 UPS 電路時(shí)，請(qǐng)確保在打開負(fù)載之前將 S1 設(shè)置為“操作”。

驗(yàn)證 UPS 的交流輸出，確保其產(chǎn)生的電壓至少為 120 伏。一旦加載輸出，此120 V電壓可能會(huì)降低一點(diǎn)。

如果您發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)定，則意味著振蕩器尚未鎖定并與主電網(wǎng)電源線同步。要糾正此問題，請(qǐng)嘗試在一段時(shí)間后重新調(diào)整預(yù)設(shè)R27和R20，一旦電路稍微預(yù)熱。

當(dāng)您適當(dāng)調(diào)整 R27/R20 預(yù)設(shè)時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)振蕩器在每個(gè)開關(guān)開啟期間都與交流電源頻率鎖定。

現(xiàn)在，打開系統(tǒng)并重新確認(rèn)輸出電壓條件。當(dāng)在不連續(xù)負(fù)載（例如磁盤驅(qū)動(dòng)器或打印機(jī)）下運(yùn)行時(shí)，輸出電壓可能會(huì)降至 110 伏，這可能是可以接受的。

電源中斷期間UPS的備份時(shí)間取決于電池的Ah額定值。使用摩托車電池時(shí)，它應(yīng)提供大約 15 分鐘的備用操作時(shí)間。

帕爾斯列表

下圖顯示了上述50瓦正弦波UPS電路的完整部件列表：

如何構(gòu)建L1、L2濾波器扼流圈

如果您無法從零件經(jīng)銷商處獲得建議的 L1、L2 扼流圈，您可以使用以下配置構(gòu)建相同的扼流圈

線圈使用 1 mm 超漆包線