Neste breve tutorial, aprendemos como projetar um circuito UPS personalizado em casa usando componentes comuns, como alguns CIs NAND e alguns relés.
O que é um UPS
UPS, que significa fonte de alimentação ininterrupta, são inversores projetados para fornecer uma alimentação CA contínua para uma carga conectada sem a menor interrupção, independentemente de falhas ou flutuações repentinas de energia ou mesmo uma queda de energia.
Um UPS torna-se útil para PCs e outros equipamentos que envolvem manipulação de dados críticos e não podem permitir a interrupção da energia da rede durante uma operação de processamento de dados vitais.
Para estes equipamentos, o UPS torna-se muito útil devido ao seu backup instantâneo de energia para a carga e por fornecer ao usuário tempo suficiente para salvar os dados cruciais do computador, até que a energia real seja restaurada.
Isso significa que um UPS deve ser extremamente rápido com sua mudança de rede para inversor (modo de backup) e vice-versa durante uma possível falha de energia da rede.
Neste artigo, aprendemos como fazer um UPS simples com todos os recursos mínimos, garantindo que ele esteja em conformidade com os fundamentos acima e forneça ao usuário uma energia ininterrupta de boa qualidade ao longo de suas operações.
Estágios do UPS
Um circuito básico de UPS terá os seguintes estágios fundamentais:
1) Um circuito inversor
2) Uma bateria
3) Um circuito de carregador de bateria
4) Um estágio do circuito de comutação usando relés ou outros dispositivos, como triacs ou SSRs.
Agora vamos aprender como os estágios do circuito acima podem ser construídos e integrados para implementar um sistema UPS razoavelmente decente.
Diagrama de bloco
As etapas funcionais mencionadas de uma fonte de alimentação ininterrupta podem ser compreendidas em detalhes através do seguinte diagrama de blocos:
Aqui podemos ver que a principal função de comutação do UPS é realizada por alguns estágios de relé DPDT.
Ambos os relés DPDT são alimentados por uma fonte de alimentação ou adaptador de 12 V CA para CC.
O relé DPDT do lado esquerdo pode ser visto controlando o carregador de bateria. O carregador de bateria é alimentado quando a rede elétrica CA está disponível através dos contatos do relé superior e fornece a entrada de carregamento para a bateria através dos contatos do relé inferior. Quando a rede CA falha, os contatos do relé mudam para os contatos N/C. Os contatos do relé superior desligam a energia do carregador de bateria, enquanto os contatos inferiores agora conectam a bateria ao inversor para iniciar a operação no modo inversor.
Os contatos de relé do lado direito são usados para mudar da rede CA da rede para a rede CA do inversor e vice-versa.
Um projeto prático de UPS
Na discussão a seguir, tentaremos entender e projetar um circuito UPS prático.
1) O Inversor.
Como um UPS precisa lidar com aparelhos eletrônicos cruciais e sensíveis, o estágio do inversor envolvido deve estar razoavelmente avançado com sua forma de onda, em outras palavras, um inversor de onda quadrada comum pode não ser recomendado para um UPS e, portanto, para nosso projeto, garantimos que esta condição é devidamente cuidada.
Embora eu tenha postado muitos circuitos inversores neste site, incluindo tipos sofisticados de onda senoidal PWM, aqui selecionamos um design completamente novo apenas para tornar o artigo mais interessante e adicionamos um novo circuito inversor na lista
O projeto do UPS utiliza apenas um único IC 4093 e ainda é capaz de executar uma boa função de onda senoidal modificada por PWM na saída.
Lista de peças
- N1 — N3 portas NAND do IC 4093
- Mosfets = IRF540
- Transformador = 9-0-9V / 10 amperes / 220V ou 120V
- R3/R4 = pote de 220k
- C1/C2 = 0,1uF/50V
- Todos os resistores são 1K 1/4 watt
Operação do Circuito Inversor
O IC 4093 consiste em 4 portas NAND do tipo Schmidt, estas portas são configuradas adequadamente e dispostas no circuito inversor mostrado acima, para implementar as especificações necessárias.
Uma das portas N1 é manipulada como um oscilador para produzir 200 Hz, enquanto outra porta N2 é conectada como o segundo oscilador para gerar pulsos de 50 Hz.
A saída de N1 é usada para acionar os mosfets conectados na taxa de 200Hz, enquanto a porta N2, juntamente com as portas adicionais N3/N4, alterna os mosfets alternadamente na taxa de 50Hz.
Isso é para garantir que os mosfets nunca possam conduzir simultaneamente a partir da saída de N1.
As saídas de N3, N4 quebram os 200Hz de N1 em blocos alternados de pulsos que são processados pelo transformador para produzir um PWM AC nos 220V pretendidos.
Isso conclui o estágio do inversor para nosso tutorial de fabricação de UPS.
A próxima etapa explica o circuito do relé de comutação e como o inversor acima precisa ser conectado aos relés de comutação para facilitar o backup automático do inversor e as operações de carregamento da bateria durante uma falha de rede e vice-versa.
Estágio de comutação do relé e circuito do carregador de bateria
A imagem abaixo mostra como a seção do transformador do circuito do inversor pode ser configurada com alguns relés para implementar a comutação automática para o projeto de UPS proposto.
A figura também mostra um circuito simples de carregador de bateria automático usando o IC 741 no lado esquerdo do diagrama.
Primeiro vamos aprender como os relés de comutação são conectados e depois podemos prosseguir com a explicação do carregador de bateria.
Ao todo são 3 conjuntos de relés que são usados nesta etapa:
1) 2 nos de relés SPDT na forma de RL1 e RL2
2) Um relé DPDT como RL3a e RL3b.
O RL1 é conectado com o circuito do carregador de bateria e controla o corte do nível de carga de corte alto/baixo para a bateria e determina quando a bateria precisa estar pronta para ser usada pelo inversor e quando ela precisa ser removida.
O SPDT RL2 e o DPDT (RL3a e RL3b) são usados para as ações de comutação instantânea durante uma falha de energia e restauração. Os contatos RL2 são usados para conectar ou desconectar a derivação central do transformador com a bateria, dependendo da disponibilidade ou ausência da rede.
RL3a e RLb, que são os dois conjuntos de contatos do relé DPDT, tornam-se responsáveis por comutar a carga através da rede do inversor ou da rede elétrica durante faltas de energia ou períodos de restauração.
As bobinas de RL2 e DPDT RL3a/RL3b são conectadas com uma fonte de alimentação de 14V de forma que esses relés ativam e desativam rapidamente dependendo do estado da rede de entrada e realizam as ações de comutação necessárias. Esta fonte de 14V também é usada como fonte para carregar a bateria do inversor enquanto a energia da rede estiver disponível.
A bobina do RL1 pode ser vista conectada ao circuito opamp que controla o carregamento da bateria da bateria e garante que a alimentação da bateria da fonte de 14V seja cortada assim que atingir o mesmo valor.
Ele também garante que, enquanto a bateria estiver no modo inversor e for consumida pela carga, seu nível de descarga mais baixo nunca fique abaixo de 11V e corte a bateria do inversor quando atingir esse nível. Ambas as operações são executadas pelo relé RL1 em resposta aos comandos opamp.
O procedimento de configuração para o circuito do carregador de bateria UPS acima pode ser aprendido neste artigo, que discute como fazer um carregador de bateria com corte baixo e alto usando o IC 741
Agora, ele simplesmente precisa integrar todos os estágios acima para executar um pequeno UPS de aparência decente, que pode ser usado para fornecer energia ininterrupta ao seu PC ou qualquer outro dispositivo semelhante.
É isso, isso conclui nosso tutorial para projetar um circuito UPS pessoal que pode ser feito facilmente por qualquer novo amador seguindo o guia detalhado acima.
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FONTE
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