Jedná sa o jednoduchý a plne automatický 12 V neprerušiteľný zdroj napájania pre malé/stredné spotrebiče. Zdroj je navrhnutý tak, aby pri výpadku sieťového napätia automaticky prepol napájanie z 230V na záložnú batériu. Koncepčne je uspôsobený tak, aby napájal routre a modemy a, aby poskytovali nepretržité internetové a telefónne pripojenie v oblastiach postihnutých častými výpadkami napájania.

Tento 12 V zdroj napájania bol pôvodne navrhnutý tak, aby napájal v prípade výpadku siete modem/router s optickým pripojením.  Hlavnými súčasťami tohto zdroja napájania sú nabíjačka s konštantným napätím, napájanie 12 V DC, monitorovacia jednotka striedavého prúdu a 12 V vysokokapacitná bezúdržbová olovená batéria, ktorú iste poznáte z rôznych záložných systémov. Celý systém bol navrhnutý pomocou dostupných komponentov.

Bloková schéma zapojenia

Bloková schéma zdroja.

Nabíjací obvod tohto systému sa skladá z obľúbeného regulátora napätia LM350. Tento regulátor sa kalibruje tak, aby zaisťoval rýchle nabíjanie na úrovni napätia 14,4 V a udržiavacie nabíjanie na úrovni 13,6 V. Na základe stavu batérie MCU určí príslušný režim nabíjania. V stave online poskytuje spínací regulátor LM2576-12 výstup 12 V do zálohovaného výstupu systému (v tomto prípade router s optickým pripojením).

Schéma zapojenia

Schému zapojenia si môžte pozrieť na priloženom .pdf, nakoľko je pomerne rozsiahla - klikni a je kreslená po jednotlivých blokoch.

MCU PIC16F688 monitoruje striedavé napätie a zároveň aj záložnú batériu a kontroluje výstupné napätie regulátora LM350 a výstupného relé. Firmvér tohto MCU napísaný pomocou kompilátora Microchip XC8 a všetky zdrojové kódy a konfiguračné súbory si môžete stiahnuť dolu na stránke.

12 V olovená batéria je najdôležitejšou súčasťou tejto konštrukcie. Pre tento systém je najvhodnejšia batéria 12 V, 9 Ah. S ohľadom na spoľahlivosť celého zariadenia odporúčam použiť kvalitnejšiu batériu. V online režime poskytuje tento systém výstup 12 V. V režime offline, ak má plne nabitú batériu, dodáva napätie na výstup 12,5 V.

Tento zdroj napájania je vhodný pre spotrebiče, ktoré vyžadujú vstup 12 V - 13 V s prúdom maximálne 2 A. Pri konfigurácii popísanej vyššie tento systém dokázal napájať router Huawei HG8245H5 viac ako 7 hodín.

Zostavenie obvodu

V tomto zapojení boli použité lacné a bežne dostupné elektronické súčiastky. Odporúčaným transformátorom pre tento systém je transformátor PRIM : 230 V_AC, SEC 2 x 15 V_AC (5 A) a 2 x12 V_AC (500 mA).

Nainštalujte dostatočné chladiče pre regulátory LM350, LM2576 a LM7805. Aby ste minimalizovali zastavaný priestor, odporúčam použiť spoločný chladič pre regulátory LM350 a LM2576. Ak používate iba jeden chladič pre všetky výkonové prvky, nezabudnite použiť vhodné izolačné podložky pod všetky komponenty tak, aby sa eliminovali skraty.  Rozmery PCB sú 131,7 mm × 100 mm.

Na získanie dobrých výsledkov použite 1% 0,25 W kovové filmové odpory pre R3, R7 a R8. Pre R2 a R4 používajte keramické cementové odpory s výkonom 3 W alebo vyšším. Nastavenie testu napájania 12 V UPS zobrazené na obrázku nižšie.

Kalibrácia a testovanie

Pred pripojením záťaže a batérie k systému je potrebné pri kalibrácii systému vykonať nasledujúce kroky.

1. Vyberte MCU PIC16F688 zo pätice U2.
2. Skratujte piny 1 a 7 zásuvky U2.
3. Pripojte digitálny multimeter ku katóde diódy D3.
4. Nastavte RV2, kým multimetr neukáže 13,6 V.
5. Pripojte kolíky 7 a 14 zásuvky U2.
6. Teraz nastavte RV3, kým multimetr neukáže 14,4 V.
7. Vložte MCU PIC16F688 do pätice U2.

Po dokončení vyššie uvedených krokov pripojte 5 V adaptér UART-to-USB k ladiacemu terminálu J6 a spustite sériový terminál s prenosovou rýchlosťou 1200 s konfiguráciou 8N1.

Pripojte digitálny multimeter k batériovým svorkám a upravujte RV1, kým sériový terminál neukáže desaťnásobné čítanie napätia digitálneho multimetra. Príklad: 12,6 V sa zobrazuje na sériovom termináli ako 126 (obrázok nižšie).

Sériový protokol zachytený z ladiaceho terminálu 12 V UPS.

Po vyššie uvedenej kalibrácii je systém pripravený na použitie. Batériu najskôr pripojte k systému a nechajte ju, kým sa úplne nenabije.

Poznámky

Táto doska plošných spojov je priamo pripojená k sieti, takže pri manipulácii s ňou pri kalibrácii vždy dodržiavajte potrebné opatrenia.

Referencie

Stránka projektu na GitHub

Schéma zapojenia a PCB súbory (KiCAD), Zdrojový kód a firmware