精品UPS电源打造全记录

时间:2022-03-06 02:35:10

精品UPS电源打造全记录

炎热的夏季,是停电的高峰期。一旦停电,调星只好停止;正在录制中的卫星电视节目,因突然停电而中断;急着上网查询卫星数据,也因停电而中止。而备用的小容量逆变器又无法带动接收机或电脑、电烙铁等用电器,寻星、摩机等活动都只好停止。但是,我们如果有一个称心如意的逆变器,上述的一切工作在停电时也可照常进行。

其实,笔者多年来曾用过几种高中低档次的500W UPS电源,号称500W的功率实际上只能托动200W电器,而且大部分都是采用笨重的变压器逆变升压方式,效率低,电路自耗电很大。同时电池都是采用免维护铅酸蓄电池,其寿命仅有1~2年,很不方便使用。因此笔者萌发了制作高效数字不间断UPS电源的设想,经业余的设计制作,终获成功,现将制作详情介绍如下。

1、UPS外壳的选择和整机布局

由于电池采用大号镍氢电池组合,其组合形状是随意的,故UPS外壳的形状就有很大的随意性,不必照搬市售UPS那个老掉牙的直立型外型,所有废弃的DVD、VCD、磁带录像机等机壳,只要外观好看,都可以用来作UPS电源外壳。笔者采用的是早期港产K926远程无绳电话座机外壳,外观十分漂亮,原外壳上所有的开关,指示灯孔、滑键电位器等全部用上,更绝的是原面板上有一插子机电池的充电窗口,竟刚好嵌进一块DM20302数字电压表头(见图1和图1A,从图中可以看到面板部件情况)。机后面有市电输入,12V直流输出和保险座以及220V输出座2个,见图2。这两个220V输出座是供台式电脑主机和显示屏电源插头用的。12V直流输出是供卫星接收机直流和小型液晶显示屏直接用电用的。机内布局见图3,它包括两组并联电池组、数字逆变组件、开关电源、散热风扇以及充电和继电控制五部分。机内合理的布局可使工作时产生的热量迅速散发出机外。

2、华田350W数字逆变器组件

这是一种全新概念的数字式逆变器组件,见图4,它具有体积小、重量轻、效率高达90%的优势。其工作原理为:12V电池直流电经31kHz高频开关电路后升压成240V高频交流电,交流电经整流滤波后得到约270V直流高压。该直流高压输入受控于50Hz的桥式功率输出电路时,被变换成220V 50Hz的交流电压。因此该数字逆变器省去了传统逆变器中重约2公斤的电源变压器,使整个组件仅有360克重。该组件有输入过流欠压保护,输出短路保护以及电池低压报警,电池9.5V自动停机、温度保护等多种功能,故组件在工作中损坏率极低。组件空载电流在200mA以下,比起传统逆变电路600mA以上的空载电流来,电池的负担减小了许多。

3、东明DM2302三位半数字电压表头

这是一款专为0~20V直流电压显示用的红色高亮LED电压表头(见图5),其精度可调,电路板见图6。其中有一精密多圈电位器,在表的测试端输入一标准10V直流电压(可用TL431稳压10V获得)信号,然后调整这个精密多圈电位器使表头显示10V即可。这样会在0~20V范围的显示中具有良好的线性特性。该表在自制的UPS电源中用来直接显示电池在充电和逆变放电过程中电压的变化情况,比起一般UPS设置的220V指示表头更有意义,因为电池才是直接影响逆变器输出的重要因素。

4、开关电源

该开关电源是原康派笔记本用的充电电源,体积小巧轻薄(见图7),输出为18V/2A。该开关电源在自制UPS中起着向电池充电和对控制电路供电的作用,但对12V镍氢电池充电时需将其输出电压改为14.55V,以同时适合控制电路的供电要求。

5、骐源MP-DX10-7Ah镍氢电池组

自制UPS电源不再使用传统的免维护铅酸蓄电池,而采用了耐用的镍氢电池组(见图3)。该电池组每组采用10节大号镍氢电池串连而成,为增加对电的储备量,本机采用了两组电池并联供电方式,实测总电量为12Ah,其电池内阻低于18毫欧以下,一点也不比铅酸电池差,适合大电流放电。很多人都以为UPS选用镍氢电池成本太高,这也是目前市场专搞低档产品的怪圈对人们造成的错误看法。其实通过所附表1的对照可以看出镍氢电池有比免维护铅酸蓄电池更高的性价比。

从附表中看出,镍氢电池市场价是同容量铅酸电池的2.5倍。但使用寿命是铅酸电池的3倍以上,而且镍氢电池在重量和体积方面也占有很大优势。铅酸电池同种容量的体型固定不变,这给使用电器的机壳制造UPS带来很多不便,而镍氢电池组是由多节单电池组合而成,它的组合型状可千变万化,可按不同机壳而改变组合形状,这是免维护铅酸蓄电池无法相比的。

6、继电和充电控制电路(见图8)

用一块万能电路板设计组装的继电和充电控制电路,它的作用是将充电器和电池、电池和逆变器、逆变器220V输出和市电220V输入有机的结合成一体,组成一个完整的UPS不间断电源,其整体结构见图9。图中K1是受继电控制的用作逆变220V和交流市电220V转换输出的电路,其动作原理为,当有市电输入时,K1吸合,并向输出座输出市电220V;当市电突然停电时,K1迅速释放,使逆变器输出的220V电压迅速连接到输出插座上。在以上两个转换动作中,要求K1释放和吸合时间要达到50毫秒以下,才能确保输出座上连接的各种电器(电脑、电视等)不掉电,能安全平稳的工作。要使K1转换时间达到50毫秒以下,就是继电控制器的功能。两个转换动作中,较难处理的是K1释放时间。关于充电控制电路:由于镍氢电池的充电特性与免维护铅酸蓄电池大不一样,不能象铅酸电池一样可以长期充电。镍氢电池必须用TL431来确定镍氢电池的满电电压14.25V,并在充满电后采用可控硅电路断开充电电路。

由于所采用的开关电源最大电流为2A,很适合用来对12Ah的镍氢电池进行充电,当电池用尽时,再次充满需约7小时。从图8中可看出,开关电源、允电控制和继电控制都是有市电时才工作,而当停电后自动转换为逆变组件工作时,以上电路皆不满耗电池能量,这是一种省电的设计方案。在有市电时,逆变器组件工作在空载状态,这是为了在突然停电时能一触即发。停电时,UPS整机无负载功耗为:逆变组件功耗150mA+风扇110mA+电压表40mA+音乐电路30mA=330mA,图9的输出电路中0.22μF和10mH两个器件是防止在电视屏上产生黑线干扰而加的,若未发现有干扰,可不用这两个器件。

7、自制350W数字式UPS使用情况

本机电池储量为12V×12Ah=144wh,按效率90%计算,在使用逆变220V电压时,输出端应有144Ah×90%≈130wh,实测时采用220V 40W灯作负载,共使用了3时15分。各种负载时使用时间见附表2。

8、自制数字式UPS与市售UPS对比

从附表3中看出,在两种UPS体积相差不大的情况下,市售机型却重2kg。两种UPS体积相差不大,但自制机实际输出电量要高出市售机一倍多。

上一篇:对等网络技术在IPTV中的应用 下一篇:数字机无伴音故障的检修