Источник бесперебойного питания 12 В, 2 А: 6 ступеней

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

ЗАЯВКА НА КОНКУРС ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Пожалуйста, проголосуйте за меня, если вы найдете это руководство полезным

Что такое источник бесперебойного питания?

Выдержка из Википедии

«Источник бесперебойного питания, а также источник бесперебойного питания, ИБП или резервная батарея - это электрическое устройство, которое обеспечивает аварийное питание нагрузки при выходе из строя входного источника питания или электросети. ИБП отличается от вспомогательной или аварийной системы питания или резервного генератора. в том, что он будет обеспечивать практически мгновенную защиту от перебоев в подаче электроэнергии за счет подачи энергии, хранящейся в батареях ».

Обратите внимание, что ИБП - это только краткосрочное решение, и доступность питания будет зависеть от нагрузки, подключенной к ИБП.

Почему ИБП 12 В?

Большинство современного электронного оборудования в наших домах и вокруг них полагается исключительно на электроснабжение от электросети. Когда питание отключается, отключается все наше современное электронное оборудование. Есть некоторые случаи, когда это нежелательно, назвать только пару:

• Системы охранной сигнализации
• Системы контроля доступа
• Подключение к сети
• Телефонные системы
• Безопасность / аварийное освещение

Все эти системы обычно работают от 12 В и могут быть легко подключены к ИБП на 12 В.

Компоненты ИБП

ИБП состоит из 3 частей:

1. Трансформатор
2. Регулируемый источник питания
3. Зарядное устройство
4. Резервная батарея

Я рассмотрю каждый шаг, объясняя, как построить надежный ИБП на 12 В без каких-либо специальных компонентов.

Шаг 1: Трансформатор

В ИБП 12 В используется стандартный трансформатор, который можно приобрести у всех ведущих поставщиков оборудования для обеспечения безопасности. Выходной сигнал трансформатора должен быть от 16 до 17 В переменного тока и номиналом до 3 ампер. Я всегда предпочитаю дизайн, поэтому я спроектирую этот ИБП на 2А так, чтобы он был рассчитан максимум на 3А.

У некоторых поставщиков трансформаторы уже встроены в кожух с дополнительной защитой от перегрузки по току и перенапряжения.

Шаг 2: Регулируемый источник питания

ИБП должен иметь возможность непрерывно подавать номинальный ток при номинальном выходном напряжении, не полагаясь на вспомогательную батарею. Итак, первым шагом будет разработка источника питания 12 В.

Хорошим началом будет использование стабилизатора напряжения LM317. Прежде чем мы посмотрим на номинальный ток устройства, давайте начнем с регулируемого выходного напряжения. Хотя мы все привыкли относиться к системе с напряжением 12 В, на самом деле это обычно система с напряжением 13,8 В. Это напряжение является полностью заряженным напряжением стандартной батареи SLA. Поэтому для всех расчетов я буду использовать 13,8 В.

Чтобы рассчитать значения компонентов, обратитесь к таблице данных LM317. В нем говорится, что:

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

и что Iadj обычно ограничен 50 мкА.

Для начала я выбрал значение R1 равным 1 кОм, поэтому

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

13,8 = 1,25 (1 + R2 / 1K) + 50 мкА 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 = 9,653 кОм

Но значение 9,653 кОм не является стандартным значением резистора, поэтому нам придется использовать несколько резисторов, чтобы приблизиться к этому значению. Лучшим решением будет размещение двух резисторов параллельно. Любые два резистора, включенных параллельно, всегда будут иметь общее сопротивление НИЖЕ, чем резистор с наименьшим значением. Так что сделайте резистор R2a 10кОм.

1 / R2 = 1 / R2a + 1 / R2b

1 / 9,653 К = 1/10 К + 1 / R2b

1 / 9,653 К - 1/10 К = 1 / R2b

R2b = 278 кОм

R2b как 270K

R2 = 9,643 кОм, достаточно близко для того, что нам нужно.

Конденсатор 1000 мкФ не критичен, но это хорошее значение. Конденсатор 0,1 мкФ, снижающий колебания выходного напряжения

Теперь у нас есть блок питания на 13,8 В, рассчитанный на 1,5 А в соответствии с таблицей данных.

Шаг 3: зарядное устройство

Чтобы использовать наш блок питания в качестве зарядного устройства, нам нужно ограничить зарядный ток аккумулятора. Блок питания может обеспечить максимум 1,5 А, поэтому следующим шагом будет рассмотрение схемы с батареей, подключенной к выходу. По мере увеличения напряжения аккумулятора (зарядка) зарядный ток будет уменьшаться. При полностью заряженном аккумуляторе на 13,8 В ток зарядки упадет до нуля.

Резистор на выходе будет использоваться для ограничения тока до номинала LM317. Мы знаем, что выходное напряжение LM317 зафиксировано на уровне 13,8 В. Напряжение разряженной батареи SLA составляет около 12,0 В. Вычислить R теперь просто.

R = V / I

R = (13,8 В - 12 В) / 1,5 А

R = 1,2 Ом

Теперь мощность, рассеиваемая на резисторе, равна

P = I ^ 2 R

Р = 1,5 ^ 2 х 1,2

P = 2,7 Вт

Шаг 4: удвоение тока до максимума 3А

Вместо использования более дорогих регуляторов, рассчитанных на 3А, я решил по-прежнему использовать стандартный LM317. Чтобы увеличить номинальный ток ИБП, я просто сложил две цепи вместе, тем самым удвоив номинальный ток.

Но есть проблема при соединении двух блоков питания вместе. Хотя их выходные напряжения были рассчитаны как точно такие же, различия в компонентах, а также в компоновке печатной платы приведут к тому, что один источник питания всегда будет потреблять большую часть тока. Чтобы этого не произошло, комбинированные выходы были взяты после токоограничивающих резисторов, а не на выходе самого регулятора. Это гарантирует, что разница напряжений между двумя регуляторами будет поглощена выходными резисторами.

Шаг 5: Последний круг

Мне не удалось получить резисторы 1R2, 3 Вт, поэтому я решил использовать несколько резисторов, чтобы составить резистор 1R2. Я рассчитал различные номиналы последовательно / параллельно резисторов и обнаружил, что использование шести резисторов 1R8 дает 1R2. Именно то, что мне нужно. Резистор 1R2 3 Вт теперь заменен шестью резисторами 1R8 0,5 Вт.

Еще одно дополнение к схеме - выход сбоя питания. На этом выходе будет 5 В при наличии сетевого питания и 0 В при отключении сетевого питания. Это дополнение упрощает подключение ИБП к системам, которым также требуется сигнал состояния сети. Схема также включает встроенный светодиодный индикатор состояния.

Наконец, к выходу 12 В ИБП был добавлен предохранитель.

Шаг 6: печатная плата

Здесь особо нечего сказать.

Я разработал простую печатную плату, используя бесплатную версию Eagle. Плата ПК была спроектирована таким образом, что неизолированные быстроразъемные наконечники можно припаять к плате ПК. Это позволяет установить всю плату ИБП поверх батареи.

Обязательно добавьте радиаторы приличного размера к двум регуляторам LM317.