Neste post, aprendemos sobre a criação de uma fonte de alimentação ininterrupta on-line simples (UPS) que garante uma transferência perfeita da fonte de alimentação CA para a fonte de alimentação do inversor para a carga, devido à ausência de interruptores ou relés de transferência complicados.
O que é um UPS Online
Como o nome sugere, um sistema UPS online permanece continuamente online e nunca fica offline nem por uma fração de segundo, uma vez que a alimentação da bateria para o inversor UPS é mantida continuamente conectada, independentemente da situação da rede elétrica.
Durante o período em que a entrada CA da rede está disponível, ela é primeiro convertida para CC e reduzida para o nível da bateria.
Este DC carrega a bateria e também tem precedência sobre a bateria para alimentar simultaneamente o inversor devido à sua maior potência nominal do que a bateria. O inversor converte esta CC de volta para a rede CA para alimentar a carga conectada.
Em caso de falha da rede CA, o fornecimento reduzido de CA para CC é cortado e a bateria sendo continuamente conectada em linha, agora começa a alimentar o inversor sem interrupções, sem qualquer interrupção de energia para a carga.
UPS online vs UPS offline
A principal diferença entre um UPS online e um UPS offline é que, ao contrário do UPS offline, o UPS online não depende de relés de comutação mecânicos ou interruptores de transferência para transitar da rede CA para a rede elétrica do inversor durante uma falha da rede CA (como mostrado abaixo) .
Por outro lado, os sistemas UPS offline, conforme mostrado no diagrama de blocos abaixo, dependem de relés mecânicos para transferir o UPS para o modo inversor, durante a ausência de alimentação CA principal.
Nesses sistemas, quando a rede elétrica está disponível, a alimentação é fornecida diretamente à carga por meio de um conjunto de contatos de relé, e a bateria é mantida no modo de carregamento por meio de outro conjunto de contatos de relé.
Assim que a rede CA falhar, os contatos do relé relevantes desativam e comutam a bateria do modo de carregamento para o modo inversor e a carga da rede CA para o inversor CA.
Isso implica que o processo de transferência tende a envolver um pequeno atraso, embora em milissegundos, durante a mudança da rede para a rede do inversor.
Esse atraso, embora pequeno, pode ser crítico para equipamentos eletrônicos sensíveis, como computadores ou sistemas baseados em microcontroladores.
Portanto, o sistema UPS online parece ser mais eficiente do que um UPS offline em termos de velocidade e suavidade, durante o processo de mudança da rede AC para inversor AC para todos os tipos de aparelhos.
Projetando um circuito UPS/inversor online simples
Conforme discutido nas seções acima, fazer um UPS online simples parece muito fácil.
Ignoraremos o filtro EMI por simplicidade e também porque o inversor em nosso projeto será um inversor baseado em transformador de núcleo de ferro de baixa frequência (50 Hz), e o SMPS já incluiria filtros EMI para as retificações necessárias.
Precisaremos dos seguintes materiais para o design básico do UPS online:
- Um módulo SMPS de rede CA para CC de 14 V 5 A pronto pronto para uso.
- Um sistema de corte de sobrecarga da bateria com circuito de carregador de corrente constante.
- Um estágio do circuito de corte de descarga da bateria.
- Uma bateria 12 V / 7Ah
- Qualquer circuito inversor simples deste site.
Diagramas de Circuito e Estágios
Os vários estágios de circuito para o circuito UPS online proposto podem ser aprendidos a partir dos seguintes detalhes:
1) Circuitos de corte de bateria: O circuito abaixo mostra o muito importante circuito de corte de sobrecarga da bateria, construído em torno de alguns estágios de amplificadores operacionais.
O estágio do amplificador operacional do lado esquerdo é configurado para controlar o carregamento excessivo da bateria. O pino 3 do amplificador operacional está conectado com o positivo da bateria para detectar seu nível de tensão. Quando esta tensão da bateria no pino 3 excede o valor zener do pino 2 correspondente, o pino 6 de saída do amplificador operacional fica alto.
Isso ativa o relé através do transistor do driver BC547, fazendo com que os contatos do relé mudem de N/C para N/O, o que corta o fornecimento de carregamento para a bateria, evitando o carregamento excessivo da bateria.
O resistor de histerese de feedback nos pinos 6 e 3 do amplificador operacional esquerdo faz com que o relé trave por um determinado período de tempo, até que a tensão da bateria caia para um nível abaixo do limite de retenção da histerese, o que faz com que o pino 3 para baixo, e correspondentemente o pino 6 também vai para baixo, desligando o relé. Os contatos do relé agora voltam para o N/C, restaurando o fornecimento de carga para a bateria.
Circuito de corte de descarga excessiva
O amplificador operacional do lado direito controla o limite de descarga excessiva da bateria ou a situação de bateria fraca. Enquanto a tensão do pino 3 deste amplificador operacional permanecer acima do nível de referência do pino 2 (conforme definido pela predefinição do pino 3), a saída do amplificador operacional continuará alta.
Esta alta saída no pino 6 permite que o MOSFET conectado permaneça no modo de condução, o que permite que o inversor seja ligado através da linha negativa.
Mesmo que a bateria esteja sobrecarregada pela carga do inversor, o nível do pino 3 do amplificador operacional cai abaixo da tensão de referência do pino 2, fazendo com que o pino 6 do IC fique baixo, o que corta o MOSFET e o inversor .
Estágio de Controle Atual
O BJT associado ao MOSFET forma um circuito de controle de corrente para o UPS online, que permite que a bateria seja carregada através de um nível de corrente constante.
R2 deve ser calculado para definir o nível máximo de controle de corrente para a bateria e o inversor. Pode ser implementado usando a seguinte fórmula:
R2 = 0,7 / Corrente Máxima
2) Circuito Inversor: O circuito do inversor para o sistema UPS on-line, que precisa ser conectado ao circuito do controlador de bateria acima, é mostrado abaixo.
Selecionamos um circuito baseado em IC 555 por simplicidade e também para garantir uma faixa de saída de potência adequada.
Este inversor permanecerá on-line enquanto o circuito do carregador e a bateria permanecerem funcionais e a rede elétrica CA for alimentada adequadamente ao sistema por meio de um circuito SMPS CA para CC classificado em 14 V, 5 amp ou conforme a classificação de potência específica de o sistema, que é totalmente personalizável.
O feedback BJT através das portas dos MOSFETs do inversor garante que a tensão de saída do inversor nunca ultrapasse o nível seguro e seja alimentada de maneira controlada.
Isso conclui nosso projeto de circuito UPS on-line simples, que garante uma alimentação on-line contínua e ininterrupta para qualquer carga CA, que precisa ser funcional sem qualquer interrupção, independentemente da disponibilidade de entrada CA.
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