Схемотехника источника бесперебойного питания N-Power SVP-625

В статье рассматривается принципиальная схема источника бесперебойного питания (ИБП) под российско-итальянским брэндом N-Power. Однако маломощные ИБП этой торговой марки производились на китайских заводах, и их качество, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Поэтому отказы этих устройств не являются редкостью. А что самое ценное при ремонте электронного устройства? Конечно же, наличие принципиальной схемы.

Принцип работы

Источник бесперебойного питания N-Power SVP625 (Smart-Vision Prime) мощностью 625 ВА относится к системам линейно-интерактивного типа. Этот тип систем предполагает, что ИБП переходит на питание от аккумуляторов только в случае пропадания сетевого питающего напряжения или при значительном отклонении напряжения от номинального диапазона значений. В состав любого линейно-интерактивного источника входит модуль автоматической регулировки выходного напряжения (англ. — AVR), который позволяет повышать или понижать входное сетевое напряжение на фиксированную величину, в результате выходное напряжение остается в заданном диапазоне значений. Наличие AVR приводит к тому, что ИБП значительно реже переходит на работу от аккумуляторов, что положительно сказывается на ресурсе батарей.

Рис. 1. Форма выходного тока ИБП

Рис. 2. Внутренняя компоновка ИБП

N-Power SVP-625 при работе от аккумуляторов формирует на своем выходе импульсное переменное напряжение (рис. 1), о чем в рекламных буклетах производитель умалчивает. UPS оснащен коммуникационным интерфейсом USB для мониторинга и управления. Внутренняя компоновка источника питания представлена на рис. 2, на котором видно, что в качестве силового трансформатора используется тороидальный трансформатор, к преимуществам использования которого можно отнести следующие:

— повышение КПД;

— снижение уровня шума;

— улучшение массогабаритных показателей;

— снижение токов холостого хода в 10…20 раз;

— уменьшение электромагнитных полей рассеяния в несколько раз. Назначение обмоток трансформатора и общая схема его подключения представлены на рис. 3. Конфигурация обмоток трансформатора является достаточно традиционной для линейно-интерактивных ИБП данного класса. Можно считать, что имеется три обмотки:

— Силовая низковольтная обмотка, ток в которой формируется инвертором в момент перехода на работу от аккумуляторов. В среднюю точку этой обмотки подается напряжение с аккумулятора. Поочередное переключение силовых ключей инвертора формирует ток то в одном, то в другом плече этой обмотки, в результате чего и создается выходной переменный ток. Провод этой обмотки имеет максимальное сечение. Средний вывод обмотки обозначается красным проводом, а крайние выводы — черным и белым проводами (достаточно часто встречаются трансформаторы, в которых вместо белого провода используется синий).

Рис. 3. Назначение обмоток трансформатора и общая схема его подключения

— Высоковольтная силовая обмотка, подключенная к входу-выходу ИБП. К этой обмотке прикладывается сетевое питающее переменное напряжение 220 В или наоборот, на этой обмотке формируется выходное напряжение ИБП при работе от аккумуляторов. Эта обмотка совмещена с обмоткой автоматического регулятора напряжения AVR, и вместе они представляют собой автотрансформатор. На обмотке AVR формируется напряжение, уровень которого составляет примерно 13% от уровня сетевого напряжения, и это напряжение добавляется к сетевому, или вычитается из него. Другими словами, модуль AVR представляет собой автотрансформатор, обмотка которого подключается синфазно или противофазно в зависимости от того, что требуется сделать — повысить или понизить выходное напряжение относительно входного.

— Дополнительная (вторичная) обмотка, к которой подключается зарядное устройство или схема фиксации (клампирования). Когда сетевое напряжение присутствует, ЭДС, наведенная на этой дополнительной обмотке, используется для заряда аккумулятора. Когда же сетевое напряжение пропадает, и ИБП переходит на работу от аккумулятора, эта обмотка используется для фиксации на нулевом уровне выходного напряжения ИБП в моменты между «отрицательными» и «положительными» полуволнами (рис. 4).

Рис. 4. Эпюра выходного напряжения ИБП с фиксированным нулевым уровнем

В целом, схемотехника рассматриваемого ИБП не отличается какими-либо интересными решениями, все реализовано традиционно, как и в подавляющем большинстве аналогичных устройств других производителей. Конструктивно вся схема ИБП выполнена на одной печатной плате типа PB-000SC-1КОМ-V80 (рис. 5). Принципиальная схема этой платы представлена на рис.6. На самом деле в этом UPS есть еще одна печатная плата (на рис. 5 она справа), которая запаивается в основную плату. На этой дополнительной плате находится контроллер USB, выполняющий функцию коммуникации с персональным компьютером.

Рис. 5. Внешний вид печатной платы PB-000SC-1КОМ-V80

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема ИБП (по щелчку крупно)

Далее мы проведем анализ схемотехники этого ИБП по принципиальной электрической схеме (рис. 6) и отметим его основные узлы.

Схемотехника и назначение основных узлов

Входные и выходные цепи

Эти цепи служат для фильтрации сетевых помех и защиты нагрузки, подключенной к ИБП, от бросков сетевого напряжения. Фильтрация осуществляется конденсаторами CX1, CX2, CY1, CY2 (рис. 6). Защита от повышенного напряжения обеспечивается варистором MOV1. Здесь же находятся коммутирующие реле RY1, RY2 и RY3. Реле RY1является входным, оно своими контактами замыкает или размыкает вход с выходом. Когда сетевое напряжение находится в допустимом диапазоне значений, контакты реле замкнуты и входное сетевое напряжение передается на выход ИБП. Когда же сетевое напряжение пропадает или выходит за допустимые границы, контакты RY1 размыкается, отключая выход ИБП от входа. Реле RY2 и RY3 относятся к модулю AVR и позволяют подключить обмотку автотрансформатора синфазно или противофазно сетевому напряжению.

Датчик выходной мощности

Он позволяет измерять величину выходного тока, протекающего через нагрузку, подключенную к ИБП. В качестве измерительного элемента в этой схеме используется низкоомный резистор R101 (0,2 Ом). Резистор установлен таким образом, что весь выходной ток ИБП протекает через него, в результате на резисторе создается падение напряжения, прямо пропорциональное силе тока в нагрузке. Таким образом, напряжение, полученное на резисторе, соответствует мощности нагрузки, подключенной к выходу ИБП. Выпрямление и сглаживание напряжения, снимаемого с резистора R101, осуществляется схемой на базе операционного усилителя (ОУ) LM324 (вход — выв. 5 и 6 ИМС U2). На выходе схемы датчика мощности формируется сигнал POWER, который подается на аналоговый вход (выв. 1) микропроцессора U1 типа MDT10P73.

Датчик входного напряжения

Этот датчик позволяет измерить величину сетевого напряжения, и, естественно, оценить его наличие. С входного разъема IN (CN2) берется сетевое напряжение (сигнал HOT), которое далее через ограничительные резисторы R7-R10 подается на вход операционного усилителя LM324 (выв. 9 и 10 U2). Схема на основе этого операционного усилителя выпрямляет и сглаживает входное напряжение, в результате чего формируется сигнал постоянного тока VIN, подаваемый на аналоговый вход микропроцессора AIC0 (выв. 2 U1). Уровень сигнала VIN прямо пропорционален напряжению питающей сети.

Датчик частоты и фазы питающей сети

Позволяет измерить частоту переменного тока питающей сети и его фазу. С входного разъема IN (CN2) берется сетевое напряжение (сигнал HOT), которое далее через ограничительные резисторы R17, R18, R19 подается на вход ОУ LM324 (выв. 12 и 13 U2). В результате на выходе операционного усилителя формируется импульсное напряжение (сигнал PHASE). Частота и фаза этих импульсов соответствует частоте и фазе переменного тока сети. Эти импульсы подаются на вход микропроцессора PB1 (выв. 21 U1).

Зарядное устройство

Этот узел представляет собой линейный стабилизатор. В качестве источника энергии зарядное устройство использует ЭДС, наводимую в дополнительной обмотке силового трансформатора (контакты 4 и 3 разъема CN1) в периоды, когда сетевое напряжение номинальное. Снимаемое с этой обмотки переменное напряжение выпрямляется диодным мостом (D5-D8), после чего дополнительно выпрямляется диодом D9 и сглаживается конденсатором С15. Для получения необходимого зарядного напряжения величиной около 14,5 В используется интегральный стабилизатор LM317 (U5). Величина его выходного напряжения, а соответственно, и величина зарядного напряжения, определяется резистивным делителем R28 R29. Зарядное устройство управляется сигналом CHRG, который формируется микропроцессором на выв. 22 PB1. Этот сигнал разрешает (высоким уровнем) или запрещает (когда установлен в низкий уровень) работу зарядного устройства. Напряжение, прикладываемое к аккумулятору, на схеме обозначено как BAT+.

Датчик выходного напряжения

Он контролирует величину напряжения на выходе ИБП во время резервной работы от аккумулятора. Для оценки выходного напряжения используется ЭДС, наведенная на дополнительной обмотке силового трансформатора PT (контакты 4 и 3 разъема CN1). Снимаемое с этой обмотки переменное напряжение выпрямляется диодным мостом D5-D8, и через делитель R26 R27 подается на аналоговый вход микропроцессора AIC4 (выв. 7 U2). Сигнал VOUT прямо пропорционален выходному напряжению ИБП.

Датчик заряда аккумулятора

Этот датчик позволяет оценить величину напряжения на аккумуляторе. Он представляет собой обычный резистивный делитель напряжения R2x R2xx. Делитель подключается к контакту аккумуляторной батареи (BAT+). С этого делителя напряжение, пропорциональное напряжению на аккумуляторе, подается на аналоговый вход AIC2 микропроцессора U1 (выв. 4).

Пусковая цепь

Эта цепь обеспечивает запуск ИБП при нажатии кнопки на панели управления. Пусковой кнопке соответствует контакт 4 соединительного разъема CN4. В момент нажатия на кнопку открываются транзисторы Q1 и Q2, в результате чего напряжение аккумулятора VBAT прикладывается к стабилизатору напряжения +5 В, выполненному на микросхеме типа 7805 (U4). От этого стабилизатора питается микропроцессор U1. После запуска микропроцессора открытое состояние транзисторов Q1, Q2 и управление ими обеспечивается выходным сигналом микропроцессора PC5 (выв. 16 U1). Этим сигналом, например, микропроцессор выключает ИБП при получении команды через коммуникационный интерфейс или при значительном разряде аккумуляторной батареи во время резервного режима работы. В момент запуска (при открытых транзисторах Q1, Q2) также начинает вырабатываться напряжение +V1, необходимое для управления силовыми транзисторами инвертора.

Инвертор

Инвертор обеспечивает формирование переменного тока на выходе ИБП в резервном режиме. Он построен по схеме двухтактного преобразователя, часто называемого Push-Pull. Преобразователь создает ток в низковольтной силовой обмотке трансформатора PT. В среднюю точку этой обмотки подается напряжение аккумулятора. Для создания переменного тока транзисторы инвертора должны переключаться поочередно с частотой 50 Гц. Одно «плечо» двухтактного преобразователя образовано парой параллельно включенных транзисторов Q4, Q5, а второе плечо — транзисторами Q6, Q7. Такое параллельное включение транзисторов позволяет увеличить мощность схемы. Поочередное включение транзисторов обеспечивается сигналами PSHPL1 и PSHPL2, которые микропроцессор формирует в резервном режиме на своих выходах — выв. 23 и 24.

Схема клампирования

Схема предназначена для формирования нулевого уровня в выходном напряжении ИБП во время работы инвертора. Такая фиксация осуществляется шунтированием дополнительной обмотки силового трансформатора в соответствующие моменты времени. Шунтирование обеспечивается транзистором Q8, который управляется сигналом CLAMP, формируемым на выходе микропроцессора PB4 (выв. 25 U1). Алгоритм формирования переменного тока с «паузой на нуле» демонстрирует рис. 7.

Рис. 7. Эпюры для пояснения принципа работы схемы фиксации нулевого уровня

Микропроцессор

Он управляет источником бесперебойного питания в соответствии с микропрограммой, «прошитой» в его внутренней энергонезависимой памяти EEPROM. Микропроцессор типа MDT10P73 установлен в контактную панель. Наличие внутренней прошивки делает микропроцессор уникальным, что приводит к значительным сложностям при его неисправности и необходимости замены. Процессор также имеет встроенную оперативную память, АЦП, стек, таймеры, тактовый генератор и другие узлы. Он работает на тактовой частоте 20 МГц, которая задается кварцевым резонатором X1.

Датчик температуры

Он позволяет измерить температуру внутри корпуса ИБП. Это необходимо для предотвращения аварийных режимов работы ИБП и аварийных режимов заряда-разряда аккумулятора. В качестве датчика температуры используется термистор Th2. Сигнал с этого датчика подается на аналоговый вход микропроцессора AIC1 (выв. 3 U1).

Коммуникационный интерфейс

Обеспечивает связь с печатной платой, на которой находится контроллер USB. Эта небольшая печатная плата впаивается в четырехконтактный разъем USB.

Панель управления

Лицевая панель управления подключается к разъему CN4. Ее светодиоды-индикаторы управляются микропроцессором (выв. 27, 28,15 U1). Кнопка панели управления выведена на контакт 4 разъема CN4.

Буферный каскад

Позволяет усиливать сигналы, формируемые микропроцессором для управления некоторыми цепями. Буферный каскад реализован на микросхеме U3 типа ULN2003A, которая представляет собой сборку из семи усилителей Дарлингтона. Эта микросхема выполняет очень важную функцию, обеспечмвая «развязку» между микропроцессором и силовыми каскадами. Так, например, при выходе из строя транзисторов инвертора сборка U3 не должна «пропустить» импульсы повышенного напряжения и тока на микропроцессор, предотвращая, тем самым, его отказ.

«Пищалка»

Этот узел (на схеме обозначен BZ1) формирует предупреждающие звуковые сигналы при аварийных режимах и во время работы от аккумулятора. Управление «пищалкой» осуществляет микропроцессор с выв. 13 (PC2).

Неисправности ИБП

В заключение необходимо сказать несколько слов о неисправностях этой модели ИБП. Так как UPS N-Power имеют не такое распространение, как, например, источники бесперебойного питания APC или IPPON, большого разнообразия отказов автору статьи наблюдать не пришлось. Все встретившиеся неисправности были связаны с инвертором, а именно, с пробоем силовых транзисторов Q4-Q7. При этом в обязательном порядке перегорают предохранители FUSE1 и FUSE2 (оба по 25 А). В некоторых случаях пробой транзисторов инвертора приводил к выходу из строя микросхемы U3, что было очень хорошо заметно по ее корпусу. Справедливости ради следует отметить, что наличие буфера U3 защитило микропроцессор U1 от такой же участи.

Автор: Алексей Конягин (г. Пенза)

Источник:  Ремонт и сервис

Принцип работы источника бесперебойного питания | Voltmarket

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-10-2022

Рейтинг статьи: (411)

Содержание

Выбирать электрооборудование всегда было нелегко из-за разнообразия доступных на рынке моделей. А вот выбирать устройство для защиты этого оборудования — еще труднее. Источники бесперебойного питания очень разнообразны и подбирать их следует исходя из требований, предъявляемых самим потребителем.

Чтобы найти наиболее подходящую модель, следует рассмотреть принцип работы источника бесперебойного питания. Поняв основные отличия и особенности различных типов бесперебойников, Вы легко сможете выбрать то, что Вам нужно.

Зачем нужен ИБП

Как часто у Вас случаются ситуации, когда обесточивание центральной сети застает врасплох? Например, отключается компьютер с важными несохраненными данными, или какой-либо процесс останавливается задолго до его завершения. Учитывая, что многие жители Украины используют в домах и квартирах газовые котлы, запросто можно остаться без отопления и горячего водоснабжения. Для кого-то отсутствие электричества делает невозможной работу.

Как бы там ни было, отключение электроэнергии не несет ничего хорошего. ИБП в той или иной мере решает эту проблему, позволяя оборудованию работать без отключений или, как минимум давая возможность закончить работу и корректно выключить оборудование. Помимо автономной работы, любой ИБП обеспечивает защиту от перепадов напряжения, так как переход на питание от АКБ осуществляется не только когда сеть обесточена, но и когда напряжение в ней имеет опасное для электрооборудования значение.

Разумеется, постоянный ток АКБ не подходит для питания бытовой техники и электроники, нуждаясь в преобразовании. Это преобразование осуществляет инвертор.

Таким образом, ИБП является полезным устройством, обеспечивающим многоуровневую защиту электрооборудования от любых неисправностей в питающей сети. Очень важно правильно выбрать модель. Если Вы возьмете модель с недостаточными характеристиками, она не будет корректно работать, а топовый бесперебойник потребует значительную переплату за ненужные характеристики. Поэтому перейдем к принципу работы различных видов ИБП, чтобы Вы могли подобрать наиболее подходящий из них.

Разновидности ИБП

Источники бесперебойного питания, если абстрагироваться от таких параметров, как мощность, автономность и т.д., делятся на три большие группы: линейно-интерактивные, off-line и on-line. Стоит понимать, что для каждого из типа есть как более дорогие, так и более доступные модели, однако этот вопрос мы затронем позже.

Line-interactive

Источники бесперебойного питания данного типа пользуются, возможно, наибольшим спросом в быту благодаря доступности большинства моделей. Схема таких ИБП очень проста: есть основная и резервная цепь. Основная цепь обычно включает в себя простенький ступенчатый стабилизатор напряжения, а резервная — блок аккумуляторов и инвертор. Таким образом, принцип работы выглядит примерно следующим образом: до тех пор, пока колебания сетевого напряжения не превышают определенные рамки, активна основная цепь со стабилизатором, выдающая на выход 220В с некоторым допустимым отклонением. Как только амплитуда колебаний приобретает опасное значение (или напряжение в сети вовсе пропадает), бесперебойник максимально быстро переключает нагрузку на резервную цепь, питаемую аккумуляторными батареями. Обратная коммутация на основную цепь произойдет только когда параметры сети будут соответствовать норме.

Off-line

Нет смысла много рассказывать о данном типе ИБП, если ранее уже был рассмотрен принцип работы линейно-интерактивных бесперебойников. Дело в том, что технология off-line идентична за одним исключением: в схеме источника бесперебойного питания нет стабилизатора. То есть в максимально упрощенном варианте это “мозги”, которые переключают потребителя на резервную цепь и обратно, в зависимости от параметров сетевого напряжения.

On-line

Самым интересным, разумеется, является принцип работы ИБП с двойным преобразованием. Бесперебойники on-line отличаются тем, что на выходе выдают идеальный по качеству электрический сигнал вне зависимости от состояния питающей сети. Именно для такого результата и применяется двойное преобразование.

У нас есть три основных функциональных элемента, собранные в одну схему: выпрямитель, блок аккумуляторов и инвертор. Сперва выпрямитель преобразует нестабильный входной сигнал в постоянный ток и фильтрует его, чтобы получить эталонный сигнал. Далее этот постоянный ток, добираясь до инвертора, параллельно подзаряжает АКБ. После этого сигнал постоянного тока преобразуется в идеальный по своему качеству сигнал переменного тока 220В. Если напряжение в сети пропадет, для инвертора ничего не изменится: он будет получать постоянный ток не от выпрямителя, а от АКБ.

Достичь идеально стабильного выхода путем регулировки нестабильного сетевого напряжения никак не получится. Двойное преобразование запросто решает эту проблему.

Какой ИБП выбрать

Мы рассмотрели принцип работы различных типов источников бесперебойного питания, но вряд ли стали ближе к ответу на вопрос, какой же выбрать. Для ответа надо кое что уточнить.

Одним из важнейших ценообразующих факторов является качество инвертора, а если конкретно — форма выдаваемой синусоиды. Инвертор может выдавать как ступенчатую аппроксимацию, так и чистый сигнал. Второй вариант, разумеется, значительно дороже. Но, как оказывается, не всегда лучше то, что дороже.

Возьмем, к примеру, компьютер. На его входе установлен импульсный блок питания, преобразующий поступающий переменный ток в постоянный для подачи на комплектующие. Подача на блок питания аппроксимированной синусоиды абсолютно безвредна, посему платить за дорогой ИБП с правильной синусоидой на выходе нет никакого смысла. Именно поэтому понятие “компьютерный ИБП” ассоциируется с самыми бюджетными моделями. Здесь наиболее популярны простейшие линейно-интерактивные бесперебойники.

Если же речь идет о более чувствительной бытовой технике (газовый котел), требуется ИБП с правильной синусоидой на выходе. В таком случае можно отдать предпочтение бесперебойникам класса off-line. В большинстве случаев они дороже линейно-интерактивных аналогов, несмотря на, казалось бы, упрощение в виде отсутствия стабилизатора. Это связано как раз с инвертором, который в off-line ИБП обычно имеет очень высокое качество и выдает правильную синусоиду.

А вот ИБП on-line — это исключительно профессиональная техника, оборудованная множеством сетевых интерфейсов и функциональных возможностей. Их сфера — это серверы, контроллеры и прочее оборудование.

Введение в источник бесперебойного питания (ИБП) и его конструкцию (часть

Источник бесперебойного питания (ИБП) представляет собой электронное устройство, которое подает питание на нагрузку при отказе основного источника питания или входного источника питания. Он действует не только как аварийный источник питания. источник для приборов, он также служит для решения распространенных проблем с питанием Любой ИБП имеет элемент накопления энергии, который хранит энергию в виде химической энергии, как энергия хранится в батареях

Это похоже на то, как энергия хранится в виде движение в маховике.Вот почему эти устройства также называют резервным аккумулятором или резервным маховиком.ИБП не только обеспечивает аварийное питание, они также помогают решить общие проблемы, связанные с питанием, такие как защита от перебоев в подаче питания, защита от перенапряжения, выход регулирование и стабилизация напряжения

Различные модели ИБП имеют разные возможности подачи питания на нагрузку. Степень способности полностью зависит от того, сколько заряда хранится внутри ИБП. Например, ИБП, предназначенный для компьютеров, может обеспечивать питание только в течение небольшого промежутка времени, когда питание отключается, но этого времени достаточно для сохранения файлов, с которыми может работать пользователь. Таким образом, по понятным причинам способность любого ИБП накапливать заряд определяется при его проектировании с учетом области применения.

Рис. 1: Типичное изображение ИБП

Различие между ИБП и обычным источником аварийного питания

Традиционные источники аварийного питания используют генераторы с переключателем для питания устройства в случае сбоя основного питания. Он может обеспечивать электроэнергию в течение нескольких часов, пока топливо не будет доступно в генераторе. Однако у этого есть недостаток. Прибор при подключении к генератору прерывается из-за отказа основного источника питания. Это прерывание происходит потому, что генератор должен включиться для возобновления питания. В зависимости от типа коммутационного механизма происходит прерывание подачи питания на нагрузку.

В отличие от источников аварийного питания, источник бесперебойного питания (ИБП) обеспечивает непрерывную подачу питания на устройство без каких-либо перерывов с помощью батареи или маховика. Но продолжительность времени, в течение которого ИБП подает питание на устройство, ограничено в зависимости от размера и количества используемых батарей или маховиков.

Использование ИБП весьма популярно в приложениях, где устройства не могут допустить каких-либо прерываний. Например, в медицинских учреждениях, медицинском оборудовании, ИТ-офисах, телекоммуникациях, центрах обработки данных, банках и во многих других местах, где необходимо бесперебойное электроснабжение.

В этой серии будет разработан ИБП, который будет иметь батарею в качестве элемента хранения и может подавать питание на устройство в случае сбоя питания. Конструкцию ИБП можно разбить на несколько частей, играющих различную роль в функционировании ИБП (как показано на рисунке ниже).

Рис. 2. Изображение, показывающее составные части цепи ИБП

ИБП, разработанный в этой серии, будет иметь четыре секции цепи, как показано ниже –

Прежде всего, зарядное устройство будет предназначено для зарядки элемента накопления энергии, которым в данном случае является батарея. Поскольку обычно используются два типа аккумуляторов — литий-ионные аккумуляторы и свинцово-кислотные аккумуляторы, для каждого из них будут разработаны две разные схемы зарядного устройства. Эти зарядные устройства будут иметь следующую конструкцию –

В данной схеме зарядного устройства будет разработано зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов с постоянным напряжением, т.е. зарядное устройство будет обеспечивать постоянное напряжение, равное максимальному номинальное напряжение батареи при ограниченном зарядном токе. Таким образом, в этом зарядном устройстве аккумулятор никогда не превысит установленный ток зарядки.

Ниже приведен алгоритм зарядки аккумулятора, который показывает ток и напряжение аккумулятора.

Рис. 3: График, показывающий зарядку свинцово-кислотных аккумуляторов постоянным напряжением

ii) Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов

В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литий-ионные аккумуляторы требуют зарядки методом постоянного тока и постоянного напряжения . Для разработки зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов потребуется интеллектуальная схема, которая будет измерять ток и напряжение аккумулятора. Первоначально схема зарядки будет находиться в режиме постоянного тока и будет обеспечивать постоянный ток для аккумулятора. Когда напряжение батареи достигнет предварительно установленного напряжения или максимального номинального напряжения, зарядное устройство переключится в режим постоянного напряжения. Ток в этом режиме начнет медленно падать, поддерживая постоянное напряжение.

На приведенном ниже графике показан алгоритм зарядки литий-ионной батареи, который дает четкое представление о различных этапах зарядки.

Рис. 4: График, показывающий зарядку литий-ионных аккумуляторов постоянным напряжением и постоянным током

Хорошо известно, что бытовая техника работает от переменного напряжения. Но батарея, используемая в качестве элемента накопления заряда, обеспечивает питание постоянного тока. Таким образом, чтобы преобразовать этот сигнал постоянного тока в сигнал переменного тока, необходимо использовать инвертор.

Инвертор — это электронное устройство, которое может преобразовывать постоянный ток в переменный. Для проектирования ИБП может быть два типа инверторов, которые классифицируются на основе формы волны переменного тока –

Этот инвертор выдает прямоугольную волну на выходе после преобразования сигнала постоянного тока. Прямоугольный инвертор дешев в конструкции, но его можно использовать только для низкочувствительных устройств, в противном случае они будут издавать гудение или шум.

Рис. 5: График, показывающий форму выходного сигнала прямоугольного инвертора

ii) Модифицированный синусоидальный инвертор

В этом типе инвертора две прямоугольные волны имеют разность фаз 90 градусов генерируются и накладываются, чтобы получить почти синусоидальную форму сигнала. Результирующий сигнал не совсем синусоидальный, но представляет собой трехуровневый сигнал, включающий уровень нулевого напряжения, пиковое положительное напряжение и пиковое отрицательное напряжение. Модифицированная синусоида делает паузу (установленную на ноль вольт) перед изменением полярности (как показано на рисунке ниже).

Рис. 6: График, показывающий форму выходного сигнала модифицированного синусоидального инвертора

3) Управление переключением подача основного питания на инвертор при сбое питания. Для ИБП может быть два типа управления переключением:

i) Переключение/режим ожидания ИБП

В этом типе системы ИБП нагрузка напрямую подключена к сети переменного тока. Всякий раз, когда напряжение сети переменного тока падает или отключается питание, через механизм переключения нагрузка и батарея переключаются на инвертор. Затем этот инвертор подает переменный ток на нагрузку, и когда питание возобновляется, нагрузка снова переключается на питание от сети. Этот механизм переключения можно понять графически из рисунка ниже –

Рис. 7: Блок-схема автономного ИБП

ii) Онлайн-переключение/ИБП с двойным преобразованием

В этой конструкции нагрузка всегда подключена к инвертору. Инвертор получает питание постоянного тока от батареи, которая постоянно заряжается через зарядное устройство. Таким образом, при сбое сетевого питания заряд, накопленный в аккумуляторе, непрерывно обеспечивает питание прибора без каких-либо перерывов.

Рис. 8: Блок-схема онлайн-ИБП