Unterbrechungsfreie Stromversorgung 12V, 2A - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

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Was ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung?

Auszug aus Wikipedia

„Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, auch unterbrechungsfreie Stromquelle, USV oder Batterie-Backup, ist ein elektrisches Gerät, das eine Last mit Notstrom versorgt, wenn die Eingangsstromquelle oder der Netzstrom ausfällt. Eine USV unterscheidet sich von einem Hilfs- oder Notstromsystem oder einem Standby-Generator, dass es einen nahezu sofortigen Schutz vor Unterbrechungen der Eingangsleistung bietet, indem es die in Batterien gespeicherte Energie liefert."

Beachten Sie, dass eine USV nur eine kurzfristige Lösung ist und die Stromverfügbarkeit von der an die USV angeschlossenen Last abhängt.

Warum eine 12V USV?

Die meisten modernen elektronischen Geräte in und um unser Zuhause sind ausschließlich auf die Stromversorgung des öffentlichen Netzes angewiesen. Wenn der Strom ausfällt, fallen auch alle unsere modernen elektronischen Geräte aus. Es gibt einige Fälle, in denen dies unerwünscht ist, um nur einige zu nennen:

• Alarmanlagen
• Zutrittskontrollsysteme
• Netzwerkkonnektivität
• Telefonanlagen
• Sicherheit / Notbeleuchtung

Alle diese Systeme arbeiten normalerweise mit 12V und können problemlos an eine 12V-USV angeschlossen werden.

Komponenten einer USV

Eine USV besteht aus 3 Teilen:

1. Transformator
2. Geregelte Stromversorgung
3. Akkuladegerät
4. Notfall-batterie

Ich werde jeden Schritt durchgehen und erklären, wie man eine zuverlässige 12-V-USV ohne spezielle Komponenten baut.

Schritt 1: Der Transformator

Die 12-V-USV verwendet einen handelsüblichen Standardtransformator, der bei allen führenden Anbietern von Sicherheitsausrüstung erhältlich ist. Der Transformatorausgang sollte zwischen 16 und 17 V AC liegen und bis zu 3 Ampere bemessen sein. Ich ziehe es immer vor, über zu entwerfen, also werde ich diese 2A-USV so entwerfen, dass sie für maximal 3A ausgelegt ist.

Einige Anbieter haben Transformatoren bereits in ein Gehäuse eingebaut, mit zusätzlichem Überstrom- und Überspannungsschutz.

Schritt 2: Die geregelte Stromversorgung

Eine USV muss in der Lage sein, den Nennstrom bei Nennausgangsspannung kontinuierlich zu liefern, ohne auf die Unterstützung durch die Pufferbatterie angewiesen zu sein. Der erste Schritt besteht also darin, ein 12-V-Netzteil zu entwerfen.

Ein guter Anfang ist die Verwendung des Spannungsreglers LM317. Bevor wir uns die Strombelastbarkeit des Geräts ansehen, beginnen wir mit der geregelten Ausgangsspannung. Obwohl wir alle es gewohnt sind, von einem 12-V-System zu sprechen, handelt es sich normalerweise um ein 13,8-V-System. Diese Spannung ist die vollständig geladene Spannung einer Standard-SLA-Batterie. Für alle Berechnungen verwende ich also 13,8 V.

Um die Komponentenwerte zu berechnen, beziehen Sie sich auf das Datenblatt des LM317. Es sagt, dass:

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

und dass Iadj typischerweise auf 50uA begrenzt ist.

Zu Beginn habe ich den R1-Wert als 1Kohm gewählt, also

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

13,8 = 1,25 (1 + R2/1K) + 50uA x R2

13,8 = 1,25 + 1,25/10E3 x R2) + 50E-6 x R2

12,55 = 0,00125 R2 + 0,00005 R2

12,55 = 0,0013 R2

R2 = 9,653 kOhm

Ein Wert von 9,653 kOhm ist jedoch kein Standardwiderstandswert, daher müssen wir mehrere Widerstände verwenden, um diesem Wert nahe zu kommen. Die beste Lösung besteht darin, zwei Widerstände parallel zu schalten. Alle zwei parallel geschalteten Widerstände haben immer einen kombinierten Widerstand, der NIEDRIGER als der Widerstand mit dem niedrigsten Wert ist. Machen Sie also den Widerstand R2a 10Kohm.

1/R2 = 1/R2a + 1/R2b

1/9.653K = 1/10K + 1/R2b

1/9.653K - 1/10K = 1/R2b

R2b = 278Kohm

R2b als 270K

R2 = 9,643 kOhm, nahe genug für das, was wir brauchen.

Der 1000uf-Kondensator ist nicht kritisch, aber das ist ein guter Wert. Der 0.1uf Kondensator reduziert die Ausgangsspannungsoszillationen

Wir haben jetzt ein 13,8-V-Netzteil mit einer Nennleistung von 1,5 Ampere gemäß Datenblatt.

Schritt 3: Das Batterieladegerät

Um unser Netzteil als Batterieladegerät zu verwenden, müssen wir den Ladestrom zur Batterie begrenzen. Das Netzteil kann nur maximal 1,5 Ampere liefern, daher besteht der nächste Schritt darin, die Schaltung mit einer an den Ausgang angeschlossenen Batterie zu betrachten. Mit steigender Batteriespannung (Laden) nimmt der Ladestrom ab. Bei einer voll aufgeladenen Batterie von 13,8 V sinkt der Ladestrom auf Null.

Der Widerstand am Ausgang wird verwendet, um den Strom auf die Nennleistung des LM317 zu begrenzen. Wir wissen, dass die Ausgangsspannung des LM317 auf 13,8 V festgelegt ist. Die Spannung einer leeren SLA-Batterie beträgt etwa 12,0 V. Die Berechnung von R ist jetzt einfach.

R = V / I

R = (13,8V - 12V) / 1,5A

R = 1,2 Ohm

Nun ist die Verlustleistung im Widerstand

P = I^2 R

P = 1,5^2 x 1,2

P = 2,7 W

Schritt 4: Verdoppelung des Stroms auf maximal 3A

Anstatt teurere Regler zu verwenden, die für 3A ausgelegt sind, habe ich mich dafür entschieden, weiterhin den Standard LM317 zu verwenden. Um die Strombelastbarkeit der USV zu erhöhen, habe ich einfach zwei Stromkreise zusammengefügt und dadurch die Strombelastbarkeit verdoppelt.

Es gibt jedoch ein Problem, wenn zwei Netzteile miteinander verbunden werden. Obwohl ihre Ausgangsspannungen exakt gleich berechnet wurden, führen Abweichungen in den Komponenten sowie im Layout der Leiterplatte dazu, dass ein Netzteil immer den größten Teil des Stroms verbraucht. Um dies zu beseitigen, wurden die kombinierten Ausgänge nach den Strombegrenzungswiderständen und nicht am Ausgang des Reglers selbst genommen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Reglern von den Ausgangswiderständen aufgenommen wird.

Schritt 5: Der letzte Stromkreis

Ich konnte keine 1R2-, 3W-Widerstände beziehen, daher beschloss ich, mehrere Widerstände zu verwenden, um den 1R2-Widerstand zu bilden. Ich habe verschiedene Reihen- / Parallelwiderstandswerte berechnet und festgestellt, dass die Verwendung von sechs 1R8-Widerständen 1R2 ergibt. Genau das, was ich brauchte. Der 1R2 3W Widerstand wurde jetzt durch sechs 1R8 0,5W Widerstände ersetzt.

Eine weitere Ergänzung der Schaltung ist ein Stromausfallausgang. Dieser Ausgang beträgt 5 V, wenn die Netzspannung vorhanden ist, und 0 V bei einem Netzausfall. Diese Ergänzung erleichtert den Anschluss der USV an Systeme, die ebenfalls ein Netzstatussignal benötigen. Die Schaltung enthält auch eine On-Board-Status-LED.

Schließlich wurde dem 12-V-Ausgang der USV eine Schutzsicherung hinzugefügt.

Schritt 6: PC-Platine

Hier gibt es nicht viel zu sagen.

Ich habe ein einfaches PC-Board mit der Freeware-Version von Eagle entworfen. Die Leiterplatte wurde so konzipiert, dass nicht isolierte Schnelltrennlaschen an die Leiterplatte gelötet werden können. Dadurch kann die komplette USV-Platine oben auf der Batterie montiert werden.

Stellen Sie sicher, dass Sie den beiden LM317-Reglern Kühlkörper in angemessener Größe hinzufügen.