เครื่องสำรองไฟ 12V, 2A: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

การแข่งขันพาวเวอร์ซัพพลาย

โปรดลงคะแนนให้ฉันหากคุณพบว่าคำแนะนำนี้มีประโยชน์

เครื่องสำรองไฟคืออะไร?

สารสกัดจาก Wikipedia

"เครื่องสำรองไฟ แหล่งพลังงานสำรอง UPS หรือแบตเตอรี่สำรอง เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ให้พลังงานฉุกเฉินแก่โหลดเมื่อแหล่งพลังงานอินพุตหรือไฟหลักล้มเหลว UPS แตกต่างจากระบบไฟฟ้าสำรองหรือไฟฉุกเฉินหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง โดยจะให้การป้องกันที่เกือบจะทันทีจากการหยุดชะงักของกำลังไฟฟ้าเข้า โดยการจ่ายพลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่"

โปรดทราบว่า UPS เป็นเพียงวิธีแก้ปัญหาระยะสั้น และความพร้อมใช้งานของพลังงานจะขึ้นอยู่กับโหลดที่เชื่อมต่อกับ UPS

ทำไมต้องเป็น 12V UPS?

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ในบ้านและรอบๆ บ้านของเราพึ่งพาแหล่งจ่ายไฟจากสาธารณูปโภคเพียงอย่างเดียว เมื่อไฟฟ้าดับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยทั้งหมดของเราก็เช่นกัน มีบางกรณีที่สิ่งนี้ไม่พึงปรารถนา มีเพียงสองสาม:

• ระบบเตือนภัย
• ระบบควบคุมการเข้าออก
• การเชื่อมต่อเครือข่าย
• ระบบโทรศัพท์
• ระบบรักษาความปลอดภัย / ไฟฉุกเฉิน

ระบบทั้งหมดเหล่านี้มักจะทำงานด้วยไฟ 12V และสามารถเชื่อมต่อกับ UPS ขนาด 12V ได้อย่างง่ายดาย

ส่วนประกอบของ UPS

UPS ประกอบด้วย 3 ส่วน:

1. หม้อแปลงไฟฟ้า
2. แหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม
3. เครื่องชาร์จแบตเตอรี่
4. แบตเตอรี่สำรอง

ฉันจะอธิบายแต่ละขั้นตอนโดยอธิบายวิธีสร้าง UPS 12V ที่เชื่อถือได้โดยไม่ต้องใช้ส่วนประกอบพิเศษใดๆ

ขั้นตอนที่ 1: หม้อแปลง

UPS 12V ใช้หม้อแปลงไฟฟ้ามาตรฐานที่มีจำหน่ายที่ซัพพลายเออร์อุปกรณ์รักษาความปลอดภัยชั้นนำทุกราย เอาต์พุตของหม้อแปลงควรอยู่ระหว่าง 16 ถึง 17 V AC และพิกัดสูงสุด 3 แอมป์ ฉันมักจะชอบการออกแบบมากกว่า ดังนั้นฉันจะออกแบบ UPS 2A นี้เพื่อให้ได้รับการจัดอันดับสูงสุด 3A

ซัพพลายเออร์บางรายมีหม้อแปลงติดตั้งอยู่ในตัวเครื่องแล้ว โดยมีการป้องกันกระแสเกินและไฟกระชากเพิ่มเติม

ขั้นตอนที่ 2: พาวเวอร์ซัพพลายที่มีการควบคุม

UPS ต้องสามารถจ่ายกระแสไฟที่กำหนดได้อย่างต่อเนื่องที่แรงดันไฟขาออกที่กำหนด โดยไม่ต้องพึ่งแบตเตอรี่สำรองเพื่อขอความช่วยเหลือ ดังนั้นขั้นตอนแรกคือการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ 12V

การเริ่มต้นที่ดีคือการใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM317 ก่อนที่เราจะดูอันดับปัจจุบันของอุปกรณ์ เรามาเริ่มกันที่แรงดันไฟขาออกที่ได้รับการควบคุมก่อน แม้ว่าเราทุกคนจะคุ้นเคยกับระบบ 12V แต่ในความเป็นจริงแล้วระบบ 13.8V นั้นปกติ แรงดันไฟฟ้านี้เป็นแรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จจนเต็มของแบตเตอรี่ SLA มาตรฐาน ดังนั้นสำหรับการคำนวณทั้งหมด ฉันจะใช้ 13.8V

ในการคำนวณค่าส่วนประกอบ โปรดดูแผ่นข้อมูล LM317 มันระบุว่า:

Vout = 1.25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

และ Iadj นั้นโดยทั่วไปจะ จำกัด ที่ 50uA

ในการเริ่มต้น ฉันเลือกค่า R1 เป็น 1Kohm ดังนั้น

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

แต่ค่า 9.653Kohm ไม่ใช่ค่าตัวต้านทานมาตรฐาน ดังนั้นเราจะต้องใช้ตัวต้านทานหลายตัวเพื่อเข้าใกล้ค่านี้ ทางออกที่ดีที่สุดคือการวางตัวต้านทานสองตัวขนานกัน ตัวต้านทานสองตัวใดขนานกัน จะมีความต้านทานรวม ต่ำกว่าตัวต้านทานค่าต่ำสุดเสมอ ทำตัวต้านทาน 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 เป็น 270K

R2 = 9.643Kohm ใกล้เพียงพอสำหรับสิ่งที่เราต้องการ

ตัวเก็บประจุ 1000uf ไม่สำคัญ แต่คุ้มค่า ตัวเก็บประจุ 0.1uf ลดการสั่นของแรงดันเอาต์พุต

ขณะนี้เรามีแหล่งจ่ายไฟ 13.8V ซึ่งได้รับการจัดอันดับที่ 1.5 แอมป์ตามเอกสารข้อมูล

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องชาร์จแบตเตอรี่

ในการใช้แหล่งจ่ายไฟของเราเป็นเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ เราต้องจำกัดกระแสไฟชาร์จไว้ที่แบตเตอรี่ ตัวจ่ายไฟสามารถจ่ายไฟได้สูงสุดเพียง 1.5 แอมป์ ดังนั้นขั้นตอนต่อไปคือการดูวงจรที่มีแบตเตอรี่ต่ออยู่กับเอาท์พุต เมื่อแรงดันแบตเตอรี่สูงขึ้น (กำลังชาร์จ) กระแสไฟชาร์จจะลดลง ด้วยแบตเตอรี่ที่ชาร์จจนเต็ม 13.8V กระแสไฟชาร์จจะลดลงเหลือศูนย์

ตัวต้านทานที่เอาต์พุตจะถูกใช้เพื่อจำกัดกระแสให้อยู่ที่พิกัดของ LM317 เรารู้ว่าแรงดันเอาต์พุตของ LM317 คงที่ที่ 13.8V แรงดันแบตเตอรี่ SLA ที่ว่างเปล่าอยู่ที่ประมาณ 12.0V การคำนวณ R เป็นเรื่องง่าย

R = V / ฉัน

R = (13.8V - 12V) / 1.5A

R = 1.2ohm

ตอนนี้พลังงานที่กระจายไปในตัวต้านทานคือ

P = ฉัน^2 R

P = 1.5^2 x 1.2

P = 2.7W

ขั้นตอนที่ 4: เพิ่มกระแสเป็น 3A สูงสุด

แทนที่จะใช้ตัวควบคุมที่มีราคาแพงกว่าซึ่งจัดอยู่ในประเภท 3A ฉันยังคงเลือกใช้ LM317 มาตรฐาน เพื่อเพิ่มอัตราปัจจุบันของ UPS ฉันเพียงแค่เพิ่มสองวงจรเข้าด้วยกัน ซึ่งจะทำให้คะแนนปัจจุบันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

แต่มีปัญหาเมื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์จ่ายไฟสองตัวเข้าด้วยกัน แม้ว่าแรงดันไฟขาออกจะถูกคำนวณให้เท่ากันทุกประการ แต่ความผันแปรของส่วนประกอบต่างๆ และเลย์เอาต์ของบอร์ด PC จะส่งผลให้แหล่งจ่ายไฟหนึ่งตัวใช้กระแสส่วนใหญ่เสมอ เพื่อกำจัดสิ่งนี้ เอาท์พุตที่รวมกันได้ถูกนำมาใช้หลังจากตัวต้านทานจำกัดกระแส และไม่ใช่บนเอาต์พุตของเรกูเลเตอร์เอง เพื่อให้แน่ใจว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวควบคุมทั้งสองถูกดูดซับโดยตัวต้านทานเอาต์พุต

ขั้นตอนที่ 5: วงจรสุดท้าย

ฉันไม่สามารถหาตัวต้านทาน 1R2, 3W ได้ ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้ตัวต้านทานหลายตัวเพื่อสร้างตัวต้านทาน 1R2 ฉันคำนวณค่าตัวต้านทานแบบอนุกรม/ขนานที่แตกต่างกัน และพบว่าการใช้ตัวต้านทาน 1R8 หกตัวให้ผลลัพธ์ 1R2 สิ่งที่ฉันต้องการ ตอนนี้ตัวต้านทาน 1R2 3W ถูกแทนที่ด้วยตัวต้านทาน 1R8 0.5W หกตัว

การเพิ่มวงจรอีกประการหนึ่งคือการเอาท์พุตไฟฟ้าขัดข้อง เอาต์พุตนี้จะเป็น 5V เมื่อมีไฟหลัก และ 0V ระหว่างที่ไฟดับ การเพิ่มนี้ทำให้ง่ายต่อการเชื่อมต่อ UPS กับระบบที่ต้องการสัญญาณสถานะไฟหลักด้วย วงจรยังมีไฟ LED แสดงสถานะออนบอร์ด

สุดท้าย เพิ่มฟิวส์ป้องกันเข้ากับเอาต์พุต 12V ของ UPS

ขั้นตอนที่ 6: บอร์ดพีซี

ไม่มีอะไรจะพูดมากที่นี่

ฉันออกแบบบอร์ดพีซีแบบง่ายโดยใช้ Eagle เวอร์ชันฟรีแวร์ บอร์ด PC ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถบัดกรีตัวเชื่อมการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็วที่ไม่หุ้มฉนวนเข้ากับบอร์ด PC ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งบอร์ด UPS ทั้งหมดบนแบตเตอรี่ได้

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เพิ่มฮีตซิงก์ขนาดพอเหมาะให้กับเรกูเลเตอร์ LM317 สองตัว