50ワットの正弦波UPS回路

この記事で詳しく説明するUPSは、周波数60Hzで110ボルトで一貫して50ワットの電力出力を提供できます。出力は基本的に正弦波であり、負荷の標準的な主電源の家庭用AC電源とまったく同じように動作します。

統合電源は、バッテリー充電器のように機能します。 UPSはさまざまなアプリケーションに実装できますが、主に次のように設計されています。 小さなコンピュータシステムに電力を供給する また、ディスクドライブなどの重要な周辺機器は、停電によってデータの削除や、その時点で実行されている可能性のあるプログラムの中断が発生しないようにします。

これは、この鉛蓄電池で駆動される50ワットのUPS回路は、通常60ワットを超える実際の電力で動作する大型のPCを処理できないことを意味します。

これの1つの重要な機能 UPS回路 つまり、「クリーンな」正弦波AC電力を出力します。また、グリッドACライン内のノイズ、スパイク、低電圧などの欠陥が、コンピューター（負荷）の機能に影響を与えることはありません。

電源リレー切り替えステージ

電源ステージは、リモートから電力を取り込むため、非常に特徴的です。 12ボルトの鉛蓄電池またはSMFバッテリー また、AC電源ラインからも、ここのバッテリーはUPSが機能するための最も重要な要素になります。

下の図1に示すように、CHARGE-OFF-OPERATEスイッチS1がCHARGEまたはOPERATE設定のいずれかに配置されると、リレーRY2がアクティブになり、その接点が電力変圧器T1およびT2の一次巻線にAC電力を供給します。

二次巻線を流れる電流は、ダイオードD1、D2、D3、およびD4を介して整流されます。

チョークL1とL2は、バッテリーの充電電流を制限するだけでなく、リップル電流の通過を禁止します。

ダイオードD5は 「クローバー」 過負荷保護その機能は、バッテリーが誤って誤った極性で接続された場合にヒューズF1をトリガーして、多くの脆弱なコンポーネントを保護することです。

オペアンプIC1は、ポテンショメータR3を介して11〜14ボルトの範囲で基準電圧を調整できる反転電圧コンパレータの形で接続されています。

バッテリ電圧がリファレンスを下回ると、オプトカプラIC2がアクティブになり、リレーRY1に電力が供給されます。 RY1の接点を流れる電流は、負荷がそれほど重くないときにバッテリーの充電を開始します。

一方、UPSが100％の電位またはその近くで動作している場合は、バッテリーが放電するのを防ぐために、適切な電流を供給するために外部バッテリー充電器が必要になる場合があります。

に 10アンペアのバッテリー充電器 をお勧めします。バッテリー充電器の大部分にはろ過システムがないため、リップル電流を最小限に抑えるために、充電器の出力とバッテリーの間に高値のフィルターコンデンサを含める必要があります。

防止するために バッテリーの過充電 、UPSが100％の容量でロードされている場合にのみ、充電器からの電源をオンにする必要があります。

12ボルトの出力が意図せずに短絡したときに一次ヒューズF1が切れないようにするには、ヒューズF2を10アンペア未満にする必要があります。

トランジスタアンプ段

下の図2に示すように、UPS AC出力は、トランス結合されたクラスB増幅器回路から生成されます。

4セットの ダーリントントランジスタ （Q4-Q8、Q5-Q9、Q6-Q10、およびQ7-Q11）は、エミッタフォロワネットワークと同様に機能して、電源トランスT5およびT6の一次巻線に電圧を供給します。

コンデンサC8は、高電圧のクロスオーバー歪みまたはクリッピングによって発生する高周波成分をキャンセルし、さらに高周波の自励発振を抑制します。

ダーリントンセットのうちの2つは、変圧器T3を介して並列に電力が供給され、別のカップルはT4を介して並列にプッシュされます。

ダイオードD11、D12、D13、およびD14は、一定のDCベース電圧を生成し、カットオフ領域付近で出力トランジスタにバイアスをかけます。

ザ・ クラスAドライバー トランジスタQ2とQ3によって形成されるネットワークは、同様に完全にエミッタフォロワで構成されています。本質的な電圧ステップアップは、変圧器T3およびT4によって実装されます。これらは、逆の順序で構成された一般的な電源変圧器でもあります。

トランジスタQ1はトランジスタQ2とQ3を並列に駆動します。 Q1ベースは、4.5ボルトDCのIC5-d出力（図3を参照）に直接接続されています。

出力段のプッシュプル駆動の位相反転は、トランスT3およびT4トランスの2次側を適切に配線することによって実現されます。

正弦波ジェネレータ

下の図3に示されているように、 オシレーターステージ IC4を使用して構成されています。 567トーン検出器 。

ICの周波数は、抵抗R26とR27、およびコンデンサC14によって設定され、正確な60Hzに固定されています。 IC4の方形波出力は、IC5-bによって三角波に変換されます。 正弦波に変換 IC5-cによる。

オペアンプIC5-dのゲインは ポテンショメータ R35、AC出力電圧に固定されています。

オペアンプIC5-aは、正弦波をT2出力から60Hzの周波数に変換します。

D15は、次の場合に発生する可能性のある損傷から保護します。 アンプで 反転入力は、グランドを基準にして負になります。ダイオードは一般に逆バイアスされています。

C12およびD16を介してIC4に接続されている60Hzパルスは、発振器をトリガーしてグリッドAC周波数にロックします。正確な制御のある程度 位相同期 ポテンショメータR20を微調整することで達成できます。

正しく調整されると、AC出力は入力ACグリッドラインと同相でロックされ、入力電源の障害および復元中のこのロック/ロック解除プロセスはソフトで有利であり、干渉はほとんど発生しません。

ザ・ 正弦波発生器 IC3、7805 IC、5Vレギュレーターを介してスムーズでリップルのない9ボルトの電力が付属しています。レギュレータのピン3は、抵抗性分圧器R16およびR17を使用して、グランドラインより4ボルト上に維持され、正確な9ボルトの出力を取得します。

メーター回路

それが可能かもしれません いずれかのバッテリー電圧を監視します または、下の図4に示すように、メーター回路を介したAC出力電圧。

に ブリッジ整流器 4つの整流ダイオードで構成され、ACをDCに変換し、コンデンサC19は平滑化して純粋なDCにします。

DPDTスイッチは、15 VDC電圧計を12V電源またはを使用して構築された分圧器に接続します 抵抗分割器 R36とR37の。

電源の切り替えをテストする方法

それは重要かもしれません 電源をテストします アンプを配線する前のセクション。これは、アンプ段を組み立てる前でも実行できます。

このために、R4にリンクされている端に向かってR3のスライダーアームを調整できます。

まだ電源コードをコンセントに接続しないでください。 12Vを取り付けます 鉛蓄電池 供給に接続し、S1をCHARGEまたはOPERATEのいずれかに配置します。

これで、リレーRY2がアクティブになり、LED1が点灯していることがわかります。この時点で、IC1のピン2と7に約12Vが見られる場合があります。

ピン6はロジックローを示しているはずです。次に、電源コードをACコンセントに接続します。ランプLMP1が点灯します。リレーRY1は引き続きオフに切り替えられる必要があり、通常開いている接点で約14Vをテストします。

IC1のピン7は約14Vを示し、ピン3は約11ボルトを示す必要があります。ピン6はロジックローを示しているはずです。

R3を逆端に回して、ピン3で14 Vを取得します。この時点でRY1は、LED1をオフにしてアクティブにする必要があります。

バッテリーポイント間の電圧は13Vになるはずです。リレーRY1が非アクティブになるレベルのすぐ近くでR3を調整します。

充電器ステージは バッテリー電圧が上昇および低下する間、スイッチをオフにしてからオンにし続けます 。 R3の正確な設定は、充電器の出力が非常に急速に切り替わり、スイッチがオンになった瞬間に実際にオフになるポイントである可能性があります。

充電電源がない場合、バッテリー電圧は約12.5Vマークになるはずです。バッテリー電圧が低下すると、もちろんバッテリーがひどく放電されて充電器の全電流が電圧を12.5に戻すことができない場合を除いて、充電器出力は繰り返し切り替えを開始する必要があります。

正弦波ジェネレーターのテスト

のテスト 正弦波発生器段 個別に実行できます。表示されているPCB上で組み立てる場合 9VレギュレータIC の場合、テスト手順には9 VPP3バッテリーまたは外部の同等の電源を使用できます。

プリセットR20のスライダーアームを地面側に配置することから始めます。オシロスコープスコープを使用すると、IC4のピン5に方形波信号が表示されます。

60Hzの正弦波周波数をに供給することによって スコープの水平スイープ 、抵抗R27を調整して、長方形のリサージュ波形を生成する60Hzの周波数を取得します。

周波数は正確である必要はありません。徐々に変化する波形パターンは非常に満足のいくものです。スコープを標準の60Hz掃引に設定して、スコープがIC5-bの出力に三角波を示し、IC5-cの出力に正弦波を示していることを確認します。

IC5-d出力でも正弦波が利用可能である必要があります。そして、その振幅はR35の調整に応じて変化するはずです。これらのチェックのいずれかが正しくない傾向がある場合は、すべての入力ピンと出力ピンの間に4.5ボルトのDCが存在するかどうかを調べてください。

次に、12.6 V AC電源をR21に接続し、IC5-aからの出力パルスを示すスコープが見つかるまでR20を調整します。発振器周波数は入力ライン周波数にロックする必要があります。今 スコープを設定する 以前に行ったようにリサージュ曲線を表示し、IC5-d出力を監視します。

ほぼ閉じた楕円形のパターンが表示されます。スコープ表示がほぼ傾斜した直線になるようにR20を微調整できる必要があります。これは、出力信号がグリッド線と同相であることを示しています。

ここで、電源コードを抜いて入力AC信号を切断すると、スコープパターンは、開閉する楕円形のディスプレイに徐々に変化し始める必要があります。

ポテンショメータR27を再調整して、上記の変化率を減らします。入力AC周波数が再接続されるとすぐに、 スコープ表示 すぐに傾斜したラインパターンに戻る必要があります。

メーター回路のテスト

のテストとキャリブレーション メーター回路 整流器をグリッドACラインに接続することで実装できます。

S2をAC位置に押し、R37を微調整して、標準の検針で個別に測定したAC入力電圧の1/10の検針を取得します。

測定値が表示されない場合は、C19の周囲で約130ボルトのDCを探して、整流器が正しく結合されていることを確認します。ここのスコープは、C19コンデンサのuF値が低いため、大きなリップル要素を表示するはずです。

アンプのテスト

パワートランジスタアンプ段を12V電源および入力正弦波波形発生器と統合することからテストを開始します。

ゼロ出力信号の設定を決定するIC5-dの出力側に関連する端に向かってR35センターアームを調整します。

次に、S1を「OPERATE」の位置に移動します。 Q2、Q3、Q8、Q9、Q10、およびQ11のエミッターで12.5Vのメーター読み取り値が表示されます。

また、これらのトランジスタは、熱くはありませんが、少し暖かくなることがあります。

Q4、Q5、Q6、およびQ7のベースで約11 V、Q1エミッターで約4Vのメーター読み取り値を確認できるはずです。

以下のテスト手順を実行するときは、出力を操作するときに注意してください。これは、致命的なメインの117Vレベルになるためです。

変圧器T5とT6の120V巻線のそれぞれの1本のワイヤーを互いに接続し、他のワイヤーは未接続のままにします。

接続します AC電圧計 変圧器の巻線の1つを使用して、メーターを110ボルトを超える範囲に設定します。

この後、測定可能な出力電圧が表示されるまで、R35プリセットセンターアームを少しずつ回します。これが発生していない場合は、出力段への位相駆動が逆になっていることを確認してください。

Q4またはQ6ベースからQ5またはQ7ベースへのAC電圧は、グランドへの読み取り値の2倍である必要があります。これが表示されない場合は、トランスT3またはT4のいずれか（両方ではない）の巻線接続を交換してみてください。

次に、トランスT5とT6の120 V巻線が完全に同相であり、適切な方法で接続されていることを確認します。接続されていないリード線の両端に電圧計を取り付けます。

電圧が以前の読み取り値の2倍であることがわかった場合、巻線は確実に直列に接続されています。巻線の1つの接続をすばやく逆にします。

メーターに電圧の読み取り値が表示されない場合は、他の2本のリード線を相互に接続します。出力で15Wランプをリンクし、フル出力を取得するようにプリセットR35を設定します。ランプは最適な明るさで点灯する必要があり、メーターは約125ボルトのACを示す必要があります。

UPSの使用方法

提案されている50ワットのUPS回路を実装するときは、負荷をオンにする前に、必ずS1を「OPERATE」に設定してください。

UPSからのAC出力を確認して、最低120ボルトを生成していることを確認します。この120Vの電圧は、出力がロードされるとすぐに少し低下する可能性があります。

電圧が不安定な場合は、発振器がロックされておらず、メイングリッドの電力線と同期していないことを意味します。これを修正するには、回路が少しウォームアップしたら、しばらくしてからプリセットR27とR20を再調整してみてください。

R27 / R20プリセットを適切に微調整すると、各スイッチのオン期間中にAC主電源周波数で発振器がロックされることがわかります。

ここで、システムの電源を入れ、出力電圧の状態を再確認します。出力電圧が 110ボルト たとえばディスクドライブやプリンタなどの不連続な負荷で動作している間は、これで問題ない場合があります。

主電源停止時のUPSからのバックアップ時間は、バッテリーのAh定格によって異なります。自動二輪車のバッテリーを使用する場合、バックアップ操作時間は約15分です。

パーリスト

上記で説明した50ワットの正弦波UPS回路の完全な部品リストを次の画像に示します。

L1、L2フィルターチョークの作り方

パーツディーラーから提案されたL1、L2チョークを入手できない場合は、次の構成を使用して同じものを作成できます。

コイルには1mmのスーパーエナメル線を使用してください