Gruppo di continuità 12V, 2A: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

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Che cos'è un gruppo di continuità?

Estratto da Wikipedia

"Un gruppo di continuità, anche un gruppo di continuità, UPS o batteria di backup, è un apparato elettrico che fornisce alimentazione di emergenza a un carico quando la fonte di alimentazione in ingresso o l'alimentazione di rete viene a mancare. Un UPS è diverso da un sistema di alimentazione ausiliario o di emergenza o da un generatore di standby in quanto fornirà una protezione quasi istantanea dalle interruzioni dell'alimentazione in ingresso, fornendo energia immagazzinata nelle batterie."

Si noti che un UPS è solo una soluzione a breve termine e la disponibilità di energia dipenderà dal carico collegato all'UPS.

Perché un UPS a 12V?

La maggior parte delle moderne apparecchiature elettroniche dentro e intorno alle nostre case si basano esclusivamente sull'alimentazione elettrica. Quando l'alimentazione si spegne, lo stesso accade a tutte le nostre moderne apparecchiature elettroniche. Ci sono alcuni casi in cui questo è indesiderabile, per citarne solo un paio:

• Sistemi di allarme
• Sistemi di controllo accessi
• Connettività di rete
• Sistemi telefonici
• Sicurezza / Luci di emergenza

Tutti questi sistemi funzionano solitamente a 12V e possono essere facilmente collegati a un UPS a 12V.

Componenti di un UPS

Un UPS è composto da 3 parti:

1. Trasformatore
2. Alimentazione regolata
3. Caricabatterie
4. Batteria di backup

Esaminerò ogni passaggio, spiegando come costruire un affidabile UPS a 12V senza componenti speciali.

Passaggio 1: il trasformatore

L'UPS da 12 V utilizza un trasformatore standard standard, disponibile presso tutti i principali fornitori di apparecchiature di sicurezza. L'uscita del trasformatore deve essere compresa tra 16 e 17 V CA e valutata fino a 3 ampere. Preferisco sempre più progettare, quindi progetterò questo UPS da 2 A in modo che sia valutato per un massimo di 3 A.

Alcuni fornitori hanno trasformatori già inseriti in un involucro, con protezione aggiuntiva da sovracorrente e sovratensione.

Passaggio 2: l'alimentatore regolato

Un UPS deve essere in grado di fornire continuamente la corrente nominale alla tensione di uscita nominale, senza fare affidamento sulla batteria di backup per l'assistenza. Quindi il primo passo sarà progettare un alimentatore a 12V.

Un buon inizio sarà utilizzare il regolatore di tensione LM317. Prima di esaminare la corrente nominale del dispositivo, iniziamo con la tensione di uscita regolata. Sebbene siamo tutti abituati a fare riferimento a un sistema a 12V, in realtà è normalmente un sistema a 13,8V. Questa tensione è la tensione completamente carica di una batteria SLA standard. Quindi, per tutti i calcoli, userò 13,8 V.

Per calcolare i valori dei componenti fare riferimento alla scheda tecnica LM317. Si afferma che:

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

e che Iadj è tipicamente limitato a 50uA.

Per iniziare, ho scelto il valore R1 di 1Kohm, quindi

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

Ma un valore di 9,653Kohm non è un valore di resistore standard, quindi dovremo usare più resistori per avvicinarci a questo valore. La soluzione migliore sarà quella di posizionare due resistori in parallelo. Qualsiasi due resistori in parallelo, avrà sempre una resistenza combinata INFERIORE al resistore di valore più basso. Quindi fai resistenza 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 come 270K

R2 = 9.643Kohm, abbastanza vicino per quello che ci serve.

Il condensatore da 1000 uf non è critico, ma questo è un buon valore. Il condensatore 0.1uf che riduce le oscillazioni della tensione di uscita

Ora abbiamo un alimentatore da 13,8 V, valutato a 1,5 amp secondo la scheda tecnica.

Passaggio 3: il caricabatteria

Per utilizzare il nostro alimentatore come caricabatteria, dobbiamo limitare la corrente di carica alla batteria. L'alimentatore può fornire solo 1,5 amp al massimo, quindi il prossimo passo sarà guardare il circuito con una batteria collegata all'uscita. All'aumentare della tensione della batteria (in carica), la corrente di carica si riduce. Con una batteria completamente carica di 13,8 V, la corrente di carica scenderà a zero.

Il resistore sull'uscita verrà utilizzato per limitare la corrente al valore nominale dell'LM317. Sappiamo che la tensione di uscita dell'LM317 è fissata a 13,8 V. Una tensione della batteria SLA scarica è di circa 12.0V. Calcolare R è ora semplice.

R = V / I

R = (13,8 V - 12 V) / 1,5 A

R = 1.2ohm

Ora, la potenza dissipata nel resistore è

P = I^2 R

P = 1,5^2 x 1,2

P = 2,7 W

Passaggio 4: raddoppiare la corrente a 3A massimo

Invece di utilizzare regolatori più costosi classificati per 3A, ho scelto di utilizzare ancora lo standard LM317. Per aumentare la corrente nominale dell'UPS, ho semplicemente aggiunto due circuiti insieme, raddoppiando così la corrente nominale.

Ma c'è un problema quando si collegano due alimentatori insieme. Sebbene le loro tensioni di uscita siano state calcolate per essere esattamente le stesse, le variazioni nei componenti, così come il layout della scheda PC, faranno sì che un alimentatore assorba sempre la maggior parte della corrente. Per eliminare ciò, le uscite combinate sono state prese dopo i resistori di limitazione della corrente e non sull'uscita del regolatore stesso. Ciò garantisce che la differenza di tensione tra i due regolatori venga assorbita dalle resistenze di uscita.

Passaggio 5: il circuito finale

Non ero in grado di fornire resistori 1R2, 3W, quindi ho deciso di utilizzare diversi resistori per creare il resistore 1R2. Ho calcolato diversi valori di resistori in serie/parallelo e ho scoperto che l'utilizzo di sei resistori 1R8 produce 1R2. Esattamente quello di cui avevo bisogno. Il resistore 1R2 3W è stato ora sostituito con sei resistori 1R8 0,5W.

Un'altra aggiunta al circuito è un'uscita di interruzione dell'alimentazione. Questa uscita sarà 5V quando è presente l'alimentazione di rete e 0V durante un'interruzione di rete. Questa aggiunta facilita il collegamento dell'UPS a sistemi che richiedono anche un segnale di stato rete. Il circuito include anche un LED di stato a bordo.

Infine è stato aggiunto un fusibile di protezione all'uscita a 12V dell'UPS.

Passaggio 6: scheda PC

Non c'è molto da dire qui.

Ho progettato una semplice scheda PC utilizzando la versione freeware di Eagle. La scheda PC è stata progettata in modo tale che i capicorda a sgancio rapido non isolati possano essere saldati alla scheda PC. Ciò consente di montare la scheda UPS completa sopra la batteria.

Assicurati di aggiungere dissipatori di calore di dimensioni adeguate ai due regolatori LM317.