如何制作一个简单的在线UPS

在这篇文章中，我们了解了一个简单的在线不间断电源（UPS）的制作，由于没有繁琐的转换开关或继电器，它保证交流电源无缝传输到负载的逆变器电源。

什么是在线不间断电源

顾名思义，在线UPS系统保持连续在线，甚至一瞬间都不会离线，因为无论市电交流情况如何，UPS逆变器的电池电源都是连续连接的。

在市电交流输入可用期间，它首先转换为直流并降压到电池电平。

该直流电为电池充电，并且由于其额定功率高于电池，因此也优先于电池同时为逆变器供电。逆变器将此直流电转换回市电交流电，为连接的负载供电。

如果交流电源发生故障，降压的交流到直流电源将被切断，并且电池连续在线连接，现在开始无缝地为逆变器供电，而不会中断负载的电源。

在线不间断电源与离线不间断电源

在线 UPS 和离线 UPS 之间的主要区别在于，与离线 UPS 不同，在线 UPS 不依赖于机械转换继电器或转换开关，用于在交流电源故障期间从交流电源转换为逆变器电源交流（如下所示）。

另一方面，离线式UPS系统如下面的框图所示，在没有市电交流电源的情况下，依靠机械继电器将UPS传输到逆变器模式。

在这些系统中，当市电交流电可用时，电源通过一组继电器触点直接提供给负载，电池通过另一组继电器触点保持在充电模式。

一旦交流电源发生故障，相关的继电器触点就会停用并将电池从充电模式切换到逆变器模式，并将负载从电网交流切换到逆变器交流电。

这意味着在从电网主电源切换到逆变器电源时，传输过程往往涉及轻微的延迟，尽管以毫秒为单位。

这种延迟虽然很小，但对于敏感的电子设备（如计算机或基于微控制器的系统）可能至关重要。

因此，在所有类型的电器从电网交流到逆变器交流的转换过程中，在线UPS系统在速度和平稳性方面似乎比离线UPS更有效。

设计简单的在线UPS/逆变器电路

如上一节所述，制作一个简单的在线UPS实际上看起来很容易。

为了简单起见，我们将忽略EMI滤波器，也因为我们设计中的逆变器将是基于低频（50 Hz）铁芯变压器的逆变器，并且SMPS已经包括内置EMI滤波器以进行必要的整流。

我们将需要以下材料进行基本的在线UPS设计：

现成的电源交流转直流 14 V 5 安培 SMPS 模块。

具有恒流充电器电路的电池过充电切断系统。

电池过放电截止电路级。

电池 12 V / 7Ah

本网站的任何简单逆变器电路。

电路图和平台

建议的在线UPS电路的各个电路级可以从以下详细信息中了解：

1） 电池截止电路：下面的电路显示了围绕几个运算放大器级构建的非常重要的电池过充电切断电路。

左侧运算放大器级配置为控制电池的过充电。运算放大器的引脚#3与电池正极连接，用于检测其电压电平。当引脚#3处的电池电压超过相应的引脚#2齐纳值时，运算放大器输出引脚#6变为高电平。

零件清单

电阻为 1/4 瓦 5%

1K = 3

10K = 2

10K 预设 = 2

限流电阻 = 0.6 / 最大逆变器电流

迟滞电阻 = 47K 或根据实验值

半导体

齐纳二极管 4.7 V 1/2 W = 2

红色 LED = 2

整流二极管 10 A = 1

整流二极管 1N4007 = 1

BC547 晶体管 = 2

场效应管 IRF540 或 IRF3205 = 1

IC 741 = 2

继电器 12V，10 A = 1

开关电源 14V 10 安培 = 1

这通过 BC547 驱动晶体管激活继电器，导致继电器触点从常开变为常闭，从而切断电池的充电电源，防止电池过度充电。

左侧运算放大器引脚#6和引脚#3两端的反馈迟滞电阻导致继电器锁存一段时间，直到电池电压降至低于迟滞保持阈值的水平，这导致引脚#3变低，相应地引脚#6也变低，关闭继电器。继电器触点现在切换回常闭，恢复电池的充电电源。

过放电切断电路

右侧运算放大器控制电池的过放电限值或低电量情况。只要该运算放大器的引脚#3电压保持在引脚#2基准电平以上（由引脚#3预设设置），运算放大器输出就会继续保持高电平。

引脚 #6 处的这种高输出使连接的 MOSFET 能够保持导通模式，从而允许逆变器通过负线导通。

即使电池被逆变器负载过度耗尽，运算放大器引脚#3电平降至引脚#2基准电压以下，导致IC的引脚#6变低，从而切断MOSFET和逆变器。

电流控制级

与MOSFET相关的BJT构成在线UPS的电流控制电路，允许电池通过恒定电流水平充电。

必须计算R2以设置电池和逆变器的最大电流控制电平。可以使用以下公式实现：

R2 = 0.7 / 最大电流

2）逆变电路：在线UPS系统的逆变电路，需要与上述电池控制器电路连接如下所示。

零件清单

电阻为 1/4 瓦 5%

47K = 1

10K = 1

1K = 3

100K = 1

100K 预设 = 2

电容器

330nF 陶瓷 = 1

10nF 陶瓷 = 1

220pF 陶瓷 = 2

半导体

1N4148 = 3

1N4007 或 1N4004 = 2

27V 1 瓦齐纳二极管 = 2

IC 555 = 1

BC547 晶体管 = 1

场效应管 IRF540 = 2

使用 1N4007 二极管的桥式整流器 = 1

变压器 9-0-9 V 10 A / 220V

为了简单起见，我们选择了基于IC 555的电路，并确保足够的功率输出范围。

只要充电器电路和电池保持功能，该逆变器将保持在线状态，并且电网交流电源通过额定值为 14V、5 A 的交流到直流 SMPS 电路或根据系统的特定额定功率（完全可定制）适当地馈送到系统。

逆变器 MOSFET 栅极上的 BJT 反馈确保逆变器的输出电压永远不会超过安全水平，并以受控方式馈电。

我们简单的在线UPS电路设计到此结束，该电路设计可确保为任何交流负载提供连续不间断的在线电源，无论输入交流电可用性如何，该负载都需要不间断地运行。