家用UPS電源電路及製作

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述
近二十年以來,PC從古老的8086/8088到最新的Pentium4、Athlon64。其間經歷了若干次大大小小的架構升級,就連電腦開關電源也從最初的100~200WAT開關電源升級到目前的400WA……

近二十年以來,PC從古老的8086/8088到最新的Pentium4、Athlon64。其間經歷了若干次大大小小的架構升級,就連電腦開關電源也從最初的100~200WAT開關電源升級到目前的400W ATX開關電源。這些淘汰下來的舊電腦配件棄之未免可惜。本文介紹的家用在線式UPS本著廢物利用的原則,將製作成本降至最低,同時性能也有保證。有興趣的朋友不妨一試。
家用在線式UPS的原理結構框圖如圖1所示。220V、50Hz的市電經過開關電源轉換為幾十伏的低壓直流電.經二極體D1對鉛酸蓄電池組充電的同時,還為逆變器供電。然後由升壓變壓器B1將逆變器輸出的低壓交流電升為220V。當外界停電時,開關電源無輸出電壓,D1截止,鉛酸蓄電池組由充電狀態迅速轉為放電狀態。在轉換過程中沒有後備式UPS那種繼電器的切換,杜絕了供電瞬間中斷的現象,保證了電能的持續不間斷供應。

普通家用電腦主機和顯示器加在一起功耗為400-500W,因此UPS功率應該為600W以上。要達到這個要求,就必須使用2個300W以上的開關電源或者3個200W左右的開關電源。當然讀者也可以製作更大功率的UPS以滿足自己的需要。考慮到AT開關電源目前已完全被淘汰,舊貨市場里多的是,本文就以200W通用AT開關電源為例來進行說明:
選擇鉛酸蓄電池組的電壓為36V,容量為20Ah,可滿負載維持1個小時左右的放電時間。蓄電池組與開關電源並聯在一起,工作干長期浮充狀態。選擇正確的浮充電壓是保證UPS正常工作的關鍵;浮充電壓過高容易形成過充電;浮充電壓過低又導致蓄電池充不滿。按照鉛酸蓄電池維護手冊選擇浮充電壓為每單體2.25V,共40.5V。3個開關電源串聯在一起,則每個開關電源輸出電壓應為13.5V。由於AT開關電源輸出電壓為±12V、±5V四組,其中+5V輸出功率最大,佔總輸出功率的50%以上。這些輸出電壓及電流與上述要求不符,因此需要將AT開關電源進行局部改造。
原高頻變壓器次級電路如圖2所示。圖中+5V輸出分為兩路:一路經R1、VR1分壓后給PWM IC TL494第①腳提供2.5V左右的輸出取樣電壓;另一路提供給四比較器LM339以產生POWER GOOD信號。電源散熱風扇直接並接在+12V輸出電壓上。具體改造步驟為:將高頻變壓器B1的次級繞組全部拆下來重新繞制,在拆除過程中應記下各輸出電壓所對應繞組的匝數。換算出13.5v電壓所需的匝數后,按照14.8A(200W)的規格選擇合適線徑的漆包線進行多線並繞。整流濾波電路可利用原+12V通道,但整流二極體D3、D4容量偏小,需要把+5V整流二極體D1、D2拆下來以替換原+12V整流部分。電壓取樣分壓電阻R1從+5V改接到+13.5V上,並且把阻值增大2~3倍。原-12V/-5V整流濾波電路及LM339已無任何作用,因此將-12V/-5V通道中的元器件全部拆除,TL494第8、4、14腳通往LM339周邊電路的銅箔也需要切斷。改造完成後的電路如圖3所示。3台開關電源依次改造完畢后,就可以進行調試了:接上幾十瓦的假負載(12V汽車用燈泡,大功率線繞電阻,電爐絲均可,總消耗
功率接近200W最好),開機微調VR1,使輸出電壓為13.5V即可。

 

ATX開關電源與AT開關電源大同小異。主要區別為:一是取消了傳統的市電開關。增設了軟體開關機的輔助電路,通過+5VSB、PS-ON控制信號的組合來實現電源的開關;二是增加了一組供CPU、內存、顯卡的+3.3V大電流輸出。關於其改造方法讀者可參照AT開關電源自行完成。
逆變器電路原則上應該輸出正弦交流電,專業領實屬不易。其實還有一種方法可以輸出正弦交流電:利用50Hz正弦波振蕩器輸出的正弦波信號經過D類功率放大器放大后即可得到足夠功率的正弦交流電。從原理上來講,正弦波振蕩器配合D類功放與SPWM電路並沒有實質上的區別:兩者都是通過PWM方式控制末級開關管的工作狀態,效率都在90%以上,只不過兩者的應用範圍不同而已。在實際製作過程中應當注意:市場上出售的D類功放IC主要是為音響領域而開發的,輸出功率不可能做得很大,一般在200w以下,對UPS來說並不適合。故應選擇D類功率控制器(如LM4651)外接功率MOSFET的形式來製作逆變器。此外如果對輸出波形要求不高的話也可以採用方波逆變器,實際上1kVA以下的家用商品UPS大多為方波輸出。方波逆變器電路原理如圖4所示。電路比較簡單.這裡不再贅述。

最後,UPS外殼可採用廢舊電腦機箱進行改制。




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