Desarrollo de una fuente de alimentación de respaldo de baja potencia con una salida sinusoidal. Parte 1. Declaración del problema
Las fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) se utilizan ampliamente tanto en el hogar como en la industria. Están diseñados para proporcionar la energía necesaria a los equipos desde fuentes de respaldo en caso de una "pérdida" de la energía principal. Las fuentes de respaldo en tales UPS son principalmente baterías. Por lo tanto, estos UPS proporcionan energía al equipo por un tiempo limitado, desde unos minutos hasta un par de tres horas. A la venta hay una gran cantidad de tales equipos, como dicen, para todos los gustos y colores "de bolsillo", con diversas características y diversas funciones.Considere el alcance de la aplicación en la vida cotidiana.Cada casa tiene un refrigerador. Los modelos principales utilizan un compresor accionado por un motor eléctrico asíncrono monofásico bipolar. La potencia de los refrigeradores domésticos es de 100-200 vatios. La pérdida de la fuente de alimentación principal (a la 220 voltios) durante varias horas puede provocar la descongelación del refrigerador. Esto no es crítico, pero es inconveniente. Pero una UPS de computadora convencional no ayudará aquí: el motor del compresor no estará satisfecho con la forma de voltaje que proporciona dicha UPS. Para este tipo de consumidores necesitan un UPS de salida sinusoidal.
Un ejemplo, francamente, el más real, pero no el más necesario para el uso de UPS.Casa particular, sistema de calefacción, bomba de circulación. Los mismos problemas Las calderas de gas modernas básicamente lo tienen en su diseño. En el caso de una falla de energía del UPS de la computadora, tampoco quieren trabajar particularmente. Es cierto que puede sobrevivir un par de horas sin electricidad y una caldera en funcionamiento, ya que la casa no se enfría a temperaturas bajo cero en un par de horas.Continuamos buscando el uso de un UPS con un seno en la salida en la vida cotidiana.La misma casa privada, la bomba de circulación en el sistema de calefacción, pero el sistema de calefacción en sí no es de gas, sino de madera. Entonces, después de trabajar, ha derretido la estufa y calentado la casa, la bomba bombea el líquido a través de las tuberías del sistema de calefacción. Bam! Apagó la electricidad. La caldera comenzó a sobrecalentarse violentamente, debido a la falta de circulación, pero esta no es una válvula de gas para cerrar, tendrá que apagar la estufa, en sentido literal y figurado. Y si hubiera un UPS, con calma durante una hora y media sería posible derretir la estufa y continuar esperando hasta que la red eléctrica restableciera el suministro de gas natural a la electricidad. Ya más real. SiguienteEl pueblo, hay gas natural, hay una caldera al aire libre del tipo AOGV-11.6-3. Aquí está su descripción: está destinado a sistemas de calefacción autónomos eléctricamente independientes para casas, casas de campo de hasta 110 metros cuadrados.Entonces para su trabajo no se necesita electricidad. Pero para la circulación del refrigerante, se usa una bomba de circulación. La falta de electricidad no afecta el funcionamiento de la caldera, pero debido a la falta de circulación, el agua en la caldera comienza a hervir y se expulsa a través del tanque de expansión con todas las consecuencias resultantes. Entonces, en tal situación, debe apagar la caldera. Pero si los propietarios no están en casa, ¿o esto sucede de noche?Aquí, para un caso tan específico, se necesitaba un UPS con seno. No tiene sentido desarrollar un UPS completo para tal tarea. Si el tiempo de transición de la red a la fuente de respaldo es de 5-10 segundos, no ocurrirá nada crítico, tanto con el sistema de calefacción como con la bomba misma.De todo lo anterior, la tarea sigue: desarrollar una fuente de alimentación redundante de baja potencia de 220 V, 50 Hz con una salida sinusoidal.Prólogo
Nos dirigiremos al mercado y estudiaremos las ofertas disponibles. Para hacer esto, establezcamos algunos criterios para el equipo elegido. Las solicitudes serán modestas.- Potencia - 200 W
- Salida seno "pura",
- Bueno ... eso es suficiente.
Google a petición de "UPS 200 W con un seno" no estaba satisfecho con los resultados. Casi el primer enlace habla sobre el cálculo y la selección de UPS para una caldera de calefacción de gas. La verdad es que el precio de los UPS no es agradable a la vista, especialmente si observa las baterías que no están incluidas en el paquete del UPS; en general, es triste. Para los enlaces restantes, la misma historia que no agrada al representante mortal ordinario de la clase media.Introduccion
Hay muchos UPS diferentes en el mercado, ¿por qué desarrollar algo? Hay varias respuestas a esta pregunta:- El precio de los dispositivos propuestos, aunque no es demasiado alto, pero sigue siendo alto,
- La función del seno "puro" es más costosa y está lejos de ser universal,
- Comprender a los príncipes de la construcción de tales sistemas,
- Adquirir experiencia en el diseño, desarrollo de electrónica de potencia,
- Experiencia en programación MK
- Todos pueden continuar la lista de automotivación ...
Por el momento, guardemos silencio sobre el precio del dispositivo desarrollado, ya que hasta ahora no hay "números" específicos. Pero después de probar el dispositivo, calcularemos todos los costos de los consumibles.Fuente de datos
Comencemos con los cálculos necesarios. Permítanos estimar la potencia que el rasgón necesita dar a la carga, la duración de la batería, etc. EmpecemosLa carga será nuestra bomba de circulación. Veamos los modelos comunes en el mercado. Esto es lo que Google dio: un enlace a las características de las bombas de circulación.Para casas de área pequeña de hasta 100 metros cuadrados, se utilizan bombas con una capacidad de hasta 100 W. Además, rara vez alguien usa el tercer modo de potencia de las bombas. Entonces detengámonos en 60 vatios de consumo de energía. Es a partir de este poder que construiremos sobre los cálculos.Digresión lírica- , , , (, ..).
El voltaje a la salida del rip 230 V. Potencia 60 vatios. Por lo tanto, la corriente será I = P / U = 60/230 = 260 mA.Ahora configuremos la eficiencia del convertidor 12 V CC -> 230 V CA en la región del 90%, luego, cuando el voltaje de alimentación de la batería sea de 12.4 voltios, el consumo de corriente con la batería será:
Aquí confiaremos en estas cifras, tanto al elegir componentes electrónicos como cuando Fabricación de PCB.El diagrama estructural de la rasgadura
Para el convertidor 12-> 220, se utiliza básicamente el esquema de aumento de IIP. Es decir, utilizando un transformador elevador pulsado, se obtienen 310 voltios de voltaje directo, y luego se obtiene un seno puro de 220 voltios en la salida mediante un circuito puente controlado por una onda sinusoidal y un filtro LC. Este enfoque utiliza muchos componentes, desde circuitos integrados hasta diodos de alta velocidad, etc. Después de todo, circuito de impulsos.Para esta rasgadura con su insignificante baja potencia, puede ir de otra manera.Desde el llamado enlace de CC, que en nuestro caso será el bus de batería, es decir, 12 voltios, a través de un circuito puente controlado por una cuña sinusoidal, se aplican al devanado primario de un transformador elevador de red lineal convencional. Elimine los 220 voltios de voltaje sinusoidal ya requeridos del secundario. Afortunadamente para tal potencia y las dimensiones del transformador no serán grandes. El transformador mismo servirá como filtro y suavizará la forma del voltaje casi hasta un seno reconocible. Y si coloca un filtro LC de baja impedancia entre el puente y el devanado primario del transformador, puede obtener la forma del voltaje en la salida del transformador muy cerca del seno.Resulta aproximadamente tal esquema. Se puede hacer clic en la imagen.
En este circuito de ejemplo, los componentes se toman para mostrar la idea principal de los circuitos RIP, y sus valores no corresponden a los cálculos que realizaremos a continuación. El circuito en sí se volverá más complicado a medida que el dispositivo esté diseñado.Durante el tiempo en que la bomba funciona desde el RIP, la batería se descarga, y después de cambiar del RIP a la red, tiene sentido cargar la batería a la capacidad nominal. Cuando "hay electricidad en la salida", la bomba funciona desde la red y el circuito de salida del RIP se puede utilizar para cargar la batería. Es decir, aplique voltaje al devanado secundario del transformador (también es alto voltaje) y elimine el voltaje alterno del devanado primario (también es bajo voltaje), alíselo en el puente de diodos, alíselo con un capacitor y cargue la batería con él. Considere los cambios que deben realizarse en el circuito para este enfoque. Se puede hacer clic en la imagen.
Es decir, siempre que haya tensión en la red, los relés se activan y la tensión de red a través de los contactos del relé entra en la carga, así como el devanado de alta tensión del transformador. Además, el voltaje se elimina del devanado de bajo voltaje. El voltaje es rectificado por diodos parásitos de los transistores (por razones de corrección, vale la pena señalar que no los usaremos, instalaremos diodos externos de alta velocidad en paralelo con los transistores para la corriente requerida), el condensador lo alisa y, a través del transistor del canal P controlado por el circuito de control en el MC, bombea la carga necesaria corriente en la batería a través de un inductor de suavizado.Cuando la electricidad "termina" en la red, el relé se abre y el circuito funcionará en el orden inverso. De una batería de 12 voltios a través de un puente de transistores, filtros y un transformador, el voltaje se suministrará a la carga.Para no esculpir la sincronización con la red, etc. para una transición casi instantánea de la batería a la red y viceversa, si la red se pierde, la carga se desactivará, el relé se abrirá, el circuito preparará todo y a todos para la operación desde la batería y comenzará a generar voltaje a la carga. Al restaurar la red, el circuito detendrá la generación de voltaje, se asegurará de que todo esté bien y cerrará el relé para ir a la red y cargar la batería. Las funciones del circuito de control se describen durante el proceso de desarrollo.El diagrama estructural y el principio básico del RIP se desarmaron y, en este estado de ánimo positivo, procedemos a los cálculos de los componentes necesarios del circuito y la elección de la plataforma de hardware, tanto para los "cerebros" del dispositivo como para los elementos de potencia. La verdad está en el próximo artículo.Conclusión
En las siguientes partes, consideraremos los cálculos del RIP desarrollado, prepararemos el circuito eléctrico del dispositivo, seleccionaremos la plataforma de hardware y desarrollaremos la topología de la placa de circuito impreso para el RIP. Analizaremos las funciones del dispositivo, escribiremos programas para el MK, llevaremos a cabo un ciclo completo de configuración y prueba del dispositivo en el equipo, y también entregaremos todo esto al cliente real.PD: Cierto, el desarrollo llevará algún tiempo y se publicarán más publicaciones a medida que avance el proyecto. Me concentro en tres artículos más, con un intervalo de aproximadamente 2-3 semanas.Continúa aquí:Parte número 2.Número de parte 3. Source: https://habr.com/ru/post/es390151/
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