Источник бесперебойного питания мощностью 600 Вт (стр. 5 из 21)
Мікросхема VD1 включена по типовій схемі включення. Ланкою С7,R1 визначається вихідна частота. Живлення вихідних каскадів ІМС проводиться через R15. С12, С13 призначені для фільтрації напруги живлення ІМС. Дистанційне керування роботою перетворювача проводиться через 10 вивід DA1 від мікроконтроллера.
3. Стабілізатор напруги 300В
Даний стабілітрон побудований по схемі однотактового підвищуючого перетворювача. Схема побудована на ІМС UC3842. Принцип роботи заклечається в наступному: при подачі живлення на DA4 на її вихід (вивід 6) подається імпульс амплітудою 9В, який через дільник R18R33 поступає на затвор VT2 і відкриває його коли транзистор відкритий через L2 VT2 R34 протікає струм. Індуктивність L2 накопляє енергію. При досягненні певного рівня сигналу, що знімається з вимірювального резистору R34, на виході DA1 з’являється логічний нуль. Наступний імпульс з’явиться при новому циклі тактового генератора. Зворотній зв’язок по напрузі здійснюється через резисторну ланку R11, R8, R9.
Оскільки для утворення спільної точки з напругою мережі утворено ємнісний дільник С2С4, С3С5 то вузол на DA4 стабілізує додатню півхвилю вихідної напруги, а вузол на DA5 – від’ємну.
Елементи схеми підібрані таким чином, що вхідній напрузі 300В на виході теж 300В, тобто стабілізація не потрібна. По мірі зменшення напруги на акумуляторі, на виході перетворювача постійної напруги в постійну також напруга буде зменшуватись, а вузол стабілізації її буде стабілізувати до 300В. Оскільки заземлені виводи DA5 підключені до мінусової напруги, яку потрібно стабілізувати, а стабілізацію потрібно здійснювати відносно нульової шини, то тут використовується ще додатковий вузол на DA3.
4. Вихідний інвертор
Вихідний інвертор побудований по півмостовій схемі. Навантаження підключається до середньої точки конденсаторного дільника C2 C4, C3 C5 та виходу інвертора (колектор VT13).
Ключовими елементами каскаду є силові транзистори VT12, VT13. керування роботою здійснюється за допомогою мікроконтроллера.
Даний вузол забезпечує дуже хороше наближення напруги до синусоїдальної. Це дозволило виконати два силових ключа VT12, VT13 на біполярних транзисторах з ізольованим затвором (IGBT), котрі працюють в лінійному режимі. Їх почерговим відкриттям керують прямокутні імпульси, що поступають в протифазі від контролеру DD1. Ці імпульси проходять ланки, що формують з них сигнал, який подібний по формі до півперіода синусоїди і подаються на затвори VT12, VT13.
Індуктивність L4 забезпечує згладжування фронтів вихідних імпульсів з інвертора.
5. Схема байпасу
Схема байпасу призначена для швидкого перемикання навантаження на роботу від мережі або на роботу від акумуляторної батареї. Перемикання здійснюється за допомогою реле K1, яке керується мікро контролером. Конденсатори C52, C53 служать запобіганню виникнення іскри і підгорянню контактів реле при переключеннях.
Для забезпечення кращої форми вихідної напруги та запобіганню попадання електромагнітних завад від ДБЖ в навантаження служить фільтр C56, L6, C59.
6. Вузол керування
Вузол керування роботою ДБЖ виконаний на мікроконтролері DD1-ATTiny 261. Функціональна схема контролера приведена на рис. 1.4.4.
Рис. 1.4.4. Функціональна схема ATTiny26.
Для синхронізації роботи ДБЖ з мережею використовується вимірювальний трансформатор T4, вихідний сигнал з якого випрямляється та подається на входи АЦП мікроконтролера. Для вимірювання струму який споживається навантаженням використовується трансформатор струму T5. Його вихідний сигнал випрямляється і подається на вхід АЦП мікроконтролера. Загальний алгоритм роботи МК вписується в алгоритм роботи всього ДБЖ.
Після включення вмикача SA1 („Вкл.”) на вхід DA6 поступає постійна напруга з акумулятора. DA6 формує на виході +5В, необхідних для живлення мікроконтролера.
Мікроконтролер, після подачі на нього живлення, починає проводити вимірювання напруги акумуляторної батареї, а також вмикає реле K2, тим самим під’єднавши ДБЖ до мережі. Далі МК вимірює напругу мережі. Якщо напруга мережі не в межах норми, то МК дає команду на перемикання на роботу від акумулятора. Коли ж ні напруга акумулятора, ні напруга мережі не відповідає нормам, то МК здійснює повне відключення навантаження від мережі.
При нормальному функціонуванні від мережі МК постійно слідкує за мережею і підганяє фазу вихідного сигналу від інвертора до фази сигналу з мережі. Це потрібно для того, щоб у разі зникнення напруги мережі переключення на роботу від АБ пройшло з найменшими втратами.
Відповідно при відновленні напруги в мережі, МК спочатку робить підгонку фази вихідного сигналу з інвертора до сигналу з мережі, а тільки потім відбувається переключення на роботу від мережі.
Для запобігання попадання завад з ДБЖ у мережу поставлений мережевий фільтр C54, C55, C56, L5, C58.
Зв’язок мікроконтролера з ПК здійснюється через стандартний інтерфейс RS-232 (Com port). Інтерфейс виконаний з оптоізоляцією, що збільшує електробезпеку при роботі з ДБЖ.
Для індикації режимів роботи ДБЖ використовується індикатори HL1 – „Мережа”, HL2 - „~220В”, HL3 - „АБ ≤10.5В”.
1.5. Розробка и розрахунок окремих вузлів
схеми электричної принципової.
1.5.1. Електричний розрахунок схеми зарядного пристрою.
За базову схему для зарядного пристрою візьмемо схему однотактного зворотно ходового перетворювача напруги.
Рис. 1.5.1 Принципова схема зарядного пристрою.
Це доцільно тим, що потрібно відносно невелику потужність Рвих.=100Вт для того, щоб заряджати акумулятори. Також ця схема приваблива простотою та дешевизною, порівняно з такими схемами як півмостова чи прямоходова. Скористаємося методикою розрахунку представленою в [5].
Вихідні дані для розрахунків. Таблиця 1.5.1.
| Параметри | Позначення | Значення |
| Мінімальна змінна вх. напруга |  | 85В |
| Максимальна змінна вх. напруга |  | 270В |
| Частота мережі |  | 50Гц |
| Максимальна вих. потужність |  | 100 Вт |
| Мінімальна вих. потужність |  | 1Вт |
| Вихідна напруга |  | 13,8В |
| Пульсації вихідної напруги | | 0,05В |
| Напруга відбиття первинної обмотки | | 100В |
| Прогнозований ККД | | 0,84 |
| Пульсації вх. постійної напруги | | 10В |
| Напруга живлення ІМС | | 12В |
| Кількість оптопар | | 1 |
Розрахуємо характеристики вхідного діодного моста та конденсатора.
Максимальна вхідна потужність:
;Знайдемо максимальне значення струму через діод ний міст VD1:
;Розрахуємо максимальне значення напруги на діодному мосту:
;Знайдемо параметри вхідного конденсатора C6:
; 
,де: VDCminPK мінімальне амплітудне значення вхідної напруги, VDCmin мінімальне значення вхідної напруги з урахуванням пульсацій.
Знайдемо час розряду конденсатора C6 за половину періоду:
;Розрахуємо потужність, що береться з конденсатора за час розряду:
;Знайдемо мінімальне значення ємності C6: