UPS-circuits uitgelegd: Complete gids voor ononderbroken voedingsvoorzieningen

Volgens Statista waren in 2019 tien landen gezamenlijk op de eerste plaats voor de hoogste kwaliteit van elektriciteitsvoorziening. Toch is het altijd goed om een back-up te hebben, zelfs in een land met uitstekende elektriciteitsinfrastructuur. Stroomuitval kan nog steeds voorkomen door onderhoud of schade aan apparatuur. Dat is waar ononderbroken voedingsvoorzieningen (UPS) circuits en units in komen. Het is net alsof u een noodverlichtingscircuit heeft. In de volgende gids verkennen we wat UPS-circuits zijn en hoe ze u van nut kunnen zijn.

Wat is een UPS en hoe werkt het?

Een UPS is een elektrisch apparaat dat naadloze, ononderbroken back-upstroom biedt. De UPS activeert zodra er een netstroomuitval is of een onderbreking van de invoervoeding. Als zodanig kunnen UPS-units handig zijn wanneer u ze met personal computers gebruikt. Essentieel geeft een UPS uw desktop-computer hetzelfde voordeel als een laptop. Het kan u redden van gegevensverlies en schade aan uw PC.

De UPS activeert zodra er een onderbreking is van de uitgangsstroom, zodat er voldoende tijd is om de apparatuur veilig af te sluiten. Echter, we gebruiken de UPS meestal tijdelijk voor een korte periode. Dit zorgt ervoor dat geen gegevens verloren gaan.

Alternatief kunnen organisaties de UPS gebruiken om ervoor te zorgen dat elektrische apparatuur draait tot back-upgenerators beginnen te werken. UPS-units bieden ook piekbeveiliging tegen spanningverstoring en pieken. Organisaties moeten daarom UPS-oplossingen integreren samen met hun gewone back-upoplossingen.

De UPS bevat verschillende batterijen. Het verplaatst de last naar de batterijen wanneer het een stroomverlies of een spanningsdaling detecteert. Daarnaast gebruikt het een omvormer om DC-spanning om te zetten in AC-spanning voor uitgangsapparaten.

Wat zijn de Hoofdtypen UPS

Back-up vermogen UPS met batterij geïsoleerd op tafel

UPS-units en circuits komen in een verscheidenheid aan systemen en ontwerpen. Er zijn echter drie hoofdtypen. In dit gedeelte van de gids bespreken we deze varianten.

Enkel-conversie systemen

Enkel-conversiesystemen zijn de eenvoudigste typen en meest voorkomende UPS-circuits. Als zodanig gebruiken zowel individuen als organisaties ze in IT-infrastructuur en systemen. Elektrisch vermogen loopt door de enkel-conversie UPS en voedt in elektrische apparatuur.

De UPS monitort de invoerspanning. Als het een stroomstoring detecteert of de AC-invoerspanning onder de vermogenseisen daalt, begint de UPS stroom te trekken van de batterij via de omvormer. Daarnaast scheidt het de AC-voeding los om terugvoeding te voorkomen, wat mogelijk schade aan aangesloten apparatuur kan veroorzaken.

Niettemin zal de UPS noodvoeding aan elektronische apparatuur leveren totdat de batterijen leeg zijn of de netspanning terugkeert naar een bruikbare toestand.

Er zijn twee hoofdtypen enkel-conversiesystemen. Deze zijn:

Standby/Offline UPS: Dit zijn de meest standaard typen enkel-conversie UPS-units. In deze configuratie krijgt elektrische apparatuur de inkomende stroom rechtstreeks van het net, terwijl de UPS het monitort. Als er een stroompiek of -storing is, schakelt de standby UPS mechanisch over naar batterijvermogen en voedt uitgangsspanning naar elektrische apparatuur. Schakeltijd is bijna onzichtbaar. Het kan zo lang zijn als 25 milliseconden. Essentieel bieden standby UPS-circuits essentiële piekbeveiliging samen met back-upbatterijvermogen.

Offline UPS Circuit

Line-Interactive/Online UPS: Deze typen UPS bieden meer genuanceerde functionaliteit dan offline UPS. Ze monitoren de voedingsomstandigheden. Wanneer apparatuur geen adequate voeding kan trekken, regelt de line-interactive UPS de spanning. Het gebruikt transformatoren om de werkelijke netspanning op te voeren of te verlagen om ervoor te zorgen dat gevoelige apparatuur constante spanning krijgt. Naast de transformator heeft het ook een herlaadbare batterij-back-up om te beschermen tegen stroomuitval en een ononderbroken voedingsbron te garanderen.

Line-interactive UPS diagram

Dubbele-conversie systemen

Dubbele-conversie UPS-systemen converteren stroom twee keer. Initieel gebruiken deze geweldige apparaten een invoer-gelijkrichter om AC-invoervoeding om te zetten in DC-vermogen. Vervolgens voedt de UPS de stroom naar een uitgangsomvormer. De omvormerfase zet de stroom vervolgens om in AC-uitgang voordat het aan elektronische apparatuur wordt geleverd. Dit proces zorgt ervoor dat apparatuur schone, betrouwbare, ononderbroken stroom ontvangt, cruciaal voor gevoelige apparatuur.

Het doet dit alleen terwijl het AC-invoer van het net ontvangt. Als de binnenkomende netstroom volledig wegvalt, gebruikt de UPS de interne herlaadbare batterijvermogen voor apparatuur. Volgens deze methode doet het dit totdat de netspanning weer normaal is of totdat de interne batterij leeg is. Dit type UPS-circuitconfiguraties komt meestal alleen in een line-interactive (online) variant voor.

Dubbele conversie UPS diagram

Bron: Commons Wikimedia

Multi-mode systemen

Deze configuraties combineren de kenmerken en functionaliteit van beide typen systemen (enkel-conversie en dubbele-conversie). Ze bieden echter ook enkele verbeteringen.

In normale omstandigheden zal de multimode UPS functioneren als een gewone line-interactive UPS. Als de invoerstroom daalt of piekt boven een ingestelde waarde, schakelt de UPS over naar een dubbele-conversiemodus. Als de stroom faalt of buiten het bereik valt wat de dubbele-conversiemethode kan aan, schakelt het over naar een batterijmodus.

Multimode systemen bieden de meeste bescherming aan de apparatuur. De overbrengtijd tussen AC-invoervermogen en batterijvermogen kan echter veel langer zijn. In de meeste gevallen biedt het nog steeds vrij directe bescherming.

Delta/Multi conversie UPS diagram

Bron: Commons Wikimedia

Hoe uw eigen UPS-circuit te maken?

Circuits van een UPS met een transformator

Bron: Commons Wikimedia

Als u een elektronica-liefhebber bent, hoeft u niet naar buiten te gaan en een UPS te kopen. In plaats daarvan kunt u uw eigen UPS- en omvormercircuits maken met aangepaste reactietijden. In dit deel van de gids laten we u zien hoe. Het zal een eenvoudig UPS-circuit zijn, perfect voor beginners.

Onderdelenlijst

• BD139 NPN Bipolaire Medium Power Transistor 100V 1.5A (Q1)
• 1K 0.5 Watt Weerstand x 2 (R1 en R2)
• 1000 µF, 25V Miniature Radiale Elektrolytische Condensator (C1)
• 100 µF, 25V Miniature Radiale Elektrolytische Condensator (C2)
• 8.2 Volt 0.5W Zener-diode (ZD1)
• 1000V 1A 2-Pin DO-41 Diode 1N4007 x 5 (D1, D2, D3, D4 en D5)
• 0.5A 10V Transformator (T1)
• 1.5V AA-batterij x 5 (B1)
• 0.5A Zekering (F1)

Principes en Instructies

Zoals we eerder stelden, is dit project klein en eenvoudig. Het vereist niet dat u een PCB fabriceert. Dus het vereist geen solderen. U kunt dit UPS-circuit bouwen met een breadboard. Het levert u een 5-volt tot 7-volt back-up – als u 5 AA 1.5 V batterijen gebruikt.

Dit circuit kan twee verschillende stroomgebruiken. Het gebruikt AC-invoer en batterijen. Echter, u moet een adapter toevoegen voor invoervermogen. De batterijen zullen verbonden worden met de vijfde 1N4007 diode (D5) in serie. Dit zal de batterijspanning reduceren tot 6,8 V.

In de AC-invoervoedingconfiguratie gebruikt u vier 1N4007 diodes om een brug-gelijkrichter (diodenbrug) te maken. De AC-invoer verbindt met een schakelaar in serie met de zekering. Vervolgens bedrading u beide naar de transformator, die verbindt met de diodenbrug.

U verbindt vervolgens de uitgang van de diodenbrug in serie met de 1000uF condensator (C1) en een 1k 0.5W weerstand (R1). Samen met de transistor verbindt u het met een geïntegreerde schakeling die de 100uF condensator, de Zener-diode en een tweede weerstand heeft.

De UPS gebruikt dit deel van de configuratie om eventuele herlaadbare batterijen te voeden. Bovendien levert de transistor uitgangsstroom van 7 volt en 500 milliampere.

U kunt experimenteren en spelen met het ontwerp. Verder kunt u componenten toevoegen of verwijderen om het eenvoudiger te maken. Niettemin zou u dit project vrij eenvoudig moeten vinden.

Hier zijn een paar eenvoudige UPS-circuitdiagrammen die u als basis kunt gebruiken om uw eigen UPS-circuits te bouwen:

Wat is het verschil tussen een UPS en een omvormer?

Een omvormer is een elektrisch toestel dat DC-elektriciteit omzet in AC-elektriciteit. Zoals we eerder bespraken, gebruiken UPS-units omvormers als essentiële componenten in hun functionaliteit. Echter, u kunt omvormers vinden als afzonderlijke apparaten of componenten.

Veelgestelde vragen

Is een UPS beter dan een omvormer?

UPS-units en omvormers zijn volledig verschillende apparaten die andere functionaliteiten dienen. Dus een UPS is niet beter dan een omvormer. Echter, de meeste UPS-units gebruiken omvormers als componenten.

Hoe lang zal een UPS draaien?

De lengte van de tijd dat een UPS zal draaien hangt af van de capaciteit van de batterijen en de vereiste last. Niettemin is het belangrijk om te onthouden dat UPS tijdelijke oplossingen zijn voor stroomuitval. Ze bieden ook extra bescherming tegen niet-blackout invoerstroomonderbrekingen. Echter, ze zijn bedoeld om uw apparatuur slechts een paar minuten van stroom te voorzien voordat de generators instappen.

Hoeveel watt gebruiken UPS?

Over het algemeen hangt dit af van de vermogenswaarde van de UPS. In de meeste gevallen kan de UPS een overtollige hoeveelheid van tot 200 Watt bij volle last gebruiken.

Converteert UPS AC naar DC?

UPS heeft omvormers die DC naar AC-vermogen converteren. Echter, om de batterijen op te laden, zal de UPS ook AC-vermogen omzetten in DC-vermogen.

Back-up vermogen UPS met batterij geïsoleerd op tafel

Conclusie

UPS is een basistechnologie voor elke organisatie. Als u dit punt van de gids bereikt heeft, zult u begrijpen waarom het integreren ervan in de infrastructuur van uw bedrijf essentieel is. Echter, gewone mensen kunnen ze ook gebruiken om hun apparaten en computers te beschermen. Niettemin hopen we dat u genoten heeft van het lezen van deze gids. Wie altijd, bedankt voor het lezen.