Простой источник бесперебойного питания
М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
Предлагаемый источник предназначен для питания персональных компьютеров и других устройств, для которых внезапное отключение напряжения сети приводит к потере информации. Источник отличается простотой и использованием широко доступных деталей.
Источник бесперебойного питания разработан для предотвращения необратимых процессов, таких как потеря текущей информации при создании и редактировании файлов на персональном компьютере, а также обеспечения сохранения информации в оперативной памяти других аналогичных устройств в условиях пропадания напряжения сети электропитания. Схема предлагаемого устройства показана на рис. 1.
Рис. 1
Источник содержит реле К1 (его контакты показаны в состоянии, соответствующем отсутствию напряжения сети), коммутирующее цепь питания нагрузки, сетевой блок питания Т1, VD2—VD4, С2, СЗ, резервную аккумуляторную батарею GB1, блок ее подзарядки VT3, VT4, VD5, R6—R9, стабилизатор напряжения DA1, генератор импульсов возбуждения DD1, С1, R2—R5, преобразователь напряжения батареи — коммутирующие транзисторы VT1, VT2 и выходной трансформатор Т2.
При наличии напряжения сети включен светодиод HL1, реле К1 переключает контакты. Нагрузка получает питание от сети через контакты К1.2. Замкнутые контакты К1.1 (6 и 7) подают напряжение высокого уровня на вход R (вывод 5) счетчика микросхемы DD1, вследствие чего генерация импульсов возбуждения невозможна. Транзисторы VT1 и VT2 закрыты.
Движок подстроечного резистора R8 установлен так, чтобы транзистор VT4 открывался, когда напряжение батареи достигнет 14 В. Пока напряжение батареи меньше этого значения, транзистор VT4 закрыт, а транзистор VT3 открыт, ток его эмиттера через диод VD5 и предохранитель FU2 заряжает батарею. По мере приближения напряжения батареи к 14 В транзистор VT4 открывается, снижая напряжение на базе транзистора VT3 и уменьшая ток зарядки батареи. Ограничение напряжения зарядки на уровне 14 В предотвращает перезарядку батареи, увеличивая срок ее службы.
При пропадании напряжения сети или уменьшении его амплитуды более чем вдвое реле К1 переключает контакты в состояние, показанное на рис. 1. Контакты К1.2 подключают нагрузку к выходной обмотке трансформатора Т2. Через контакты К1.1 на вход R (вывод 5) микросхемы DD1 поступает низкий уровень напряжения, в результате чего происходит запуск генератора импульсов возбуждения. Элементы R4R5C1 задают частоту генерации 12800 Гц. На выходах Т1 и ТЗ микросхемы DD1 сформированы прямоугольные импульсы с частотой в 256 раз меньше — 50 Гц. Длительность импульсов — 5 мс (четверть их периода). Ток обмотки I трансформатора Т2 коммутируют мощные полевые транзисторы VT1 и VT2. Они способны без теплоотводов коммутировать ток до 10... 15 А при напряжении 12 В.
Рассмотрим цикл работы генератора. В первую четверть периода (5 мс) на затворе транзистора VT1 присутствует высокий уровень напряжения, этот транзистор открыт. В следующие 5 мс на затворах транзисторов VT1 и VT2 низкий уровень напряжения, они оба закрыты. Далее на 5 мс открывается транзистор VT2. В последнюю четверть периода оба транзистора снова закрыты. Конденсатор С4 подавляет импульсные помехи на выходе преобразователя, приближая форму выходного напряжения к синусоидальной. Светодиод HL2 — индикатор напряжения преобразователя. Диоды VD1 и VD6 защищают светодиоды от обратного напряжения.
Стабилизатор напряжения, генератор импульсов возбуждения и коммутирующие транзисторы смонтированы на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Коммутирующие транзисторы VT1 и VT2 привинчивают (или припаивают, в зависимости от конструкции корпуса) к широким печатным проводникам платы, обеспечивающим не только электрический контакт, но и отвод тепла. Корпусы этих транзисторов соединены с их стоками, поэтому выводы стоков не использованы. Остальные детали смонтированы навесным монтажом. Все сильноточные соединения выполнены проводом, сечение которого выбрано из расчета плотности тока 2...3А/мм2.
Рис. 2
Т1 и Т2 — переделанные сетевые трансформаторы ТС-180 от ламповых телевизоров. Все обмотки, кроме сетевых, удалены. В трансформаторе Т1 сетевая обмотка входная (I), а в трансформаторе Т2 — выходная (II).
Каждая половина обмотки II трансформатора Т1 содержит 38 витков вдвое сложенного провода ПЭЛ 1,5 (по 19 витков на каждой катушке). После намотки начало одной половины обмотки соединяют с концом другой, в результате чего получается отвод от середины обмотки. Аналогично каждая половина обмотки I трансформатора Т2 содержит 70 витков вдвое сложенного провода ПЭЛ 1,5 (по 35 витков на каждой катушке).
Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми из серий IRL2505, IRL3705N, IRLZ44 (перечислены в порядке ухудшения). Транзистор VT3 — любой из серии КТ827. Он должен быть установлен на теплоотводе площадью 400...600 см2. Транзистор VT4 — любой из серии КП501. Реле К1 — магнитный пускатель KR11S с номинальным напряжением обмотки 220 В и частотой 50 Гц.
Аккумуляторная батарея GB1 — герметичная свинцово-кислотная с гелевым электролитом, номинальным напряжением 12 В и емкостью не менее 50 А-ч. В крайнем случае в нежилых помещениях допустимо применение обычной автомобильной стартерной батареи.
Налаживание источника питания начинают с регулировки блока подзарядки батареи. При первом включении в сеть вместо батареи GB1 через амперметр подключают реостат или эквивалент нагрузки, сопротивление которого можно плавно регулировать, например, описанный в статье И. Нечаева "Универсальный эквивалент нагрузки" в "Радио" № 1 за 2005 г. на с. 35. Напряжение на реостате контролируют цифровым вольтметром. Регулируют сопротивление реостата так, чтобы ток через него компенсировал саморазрядку батареи (0,2...0,3 А), после чего под-строечным резистором R8 устанавливают напряжение на реостате не более 14 В. Далее уменьшают сопротивление реостата, чтобы напряжение на нем уменьшилось до 12,6 В, контролируя ток через него. В случае необходимости в цепь коллектора транзистора VT3 включают токоограничительный резистор из нихромовой проволоки диаметром не менее 1,5 мм, сопротивление которого подбирают так, чтобы ток не превышал максимально допустимого тока зарядки батареи GB1 (для указанной на схеме — 6 А).
Затем отключают источник от сети и подключают батарею. Подстро-ечным резистором R5 устанавливают частоту выходного напряжения 50 Гц. Выходное напряжение должно находиться в допустимых пределах для питаемой нагрузки. Если это не так, изменяют число витков обмотки I трансформатора Т2, сохраняя одинаковое число витков каждой половины обмотки.
В режиме холостого хода отключенный от сети преобразователь потребляет от батареи ток 0,8 А. Чтобы не допустить разрядки батареи этим током, необходимо отключить батарею от устройства во время его хранения.
Радио 8-2005