分享一个50瓦正弦波UPS电路

　　本文中详细介绍的 UPS 可以在 50 伏电压下以 60 Hz 的频率持续提供 60

瓦的功率输出。输出基本上是一个正弦波，其行为与负载的标准市电家用交流电源完全相同。

　　集成电源的工作方式类似于电池充电器。尽管UPS可以用于许多不同的应用，但它主要用于为小型计算机系统和重要的外围设备（如磁盘驱动器）供电，以确保断电不会导致数据删除或可能正在运行的程序中断。

　　这意味着这种铅酸供电的 50 瓦 UPS 电路不会处理更大的 PC，这些 PC 通常以超过 60 瓦的实际功率工作。

　　该UPS电路的一个重要特点是它输出“干净”的正弦波交流电源：电网交流线路中的噪声，尖峰或低电压等缺陷永远不会影响计算机（负载）的功能。

　　电源继电器转换阶段

　　电源级非常独特，因为它通过远程 12 伏铅酸或 SMF 电池以及交流电源线获取电力，这里的电池成为 UPS 运行的最关键元件。

　　如图所示。1 下面，当充电关闭操作开关 S1 定位为充电或操作设置时，继电器 RY2 被激活，其触点为电力变压器 T1 和 T2

的初级绕组提供交流电源。

　　

　　通过次级绕组的电流通过二极管D1、D2、D3和D4进行整流。

　　扼流圈 L1 和 L2 限制电池的充电电流，并阻止纹波电流通过。

　　二极管 D5 提供“撬棍”过载保护;它的功能是通过触发保险丝 F1 烧坏来保护许多易受攻击的组件，以防电池意外连接不正确的极性。

　　运算放大器IC1以反相电压比较器的形式连接，其基准电压可通过电位计R3在11至14 V的范围内调节。

　　一旦电池电压降至基准电压以下，光耦合器IC2就会被激活，为继电器RY1供电。当负载不太重时，通过RY1触点的电流开始为电池充电。

　　另一方面，如果UPS以或接近其100%电位工作，则可能需要外部电池充电器来提供足够的电流供应，以防止电池放电。

　　建议使用 10 安培电池充电器。鉴于大多数电池充电器没有过滤系统，必须在充电器输出和电池之间包含一个高值滤波电容器，以最大限度地降低纹波电流。

　　为了防止电池过度充电，只有在UPS以100%容量加载时，才能打开充电器的电源。

　　保险丝 F2 必须小于 10 安培，以便在 12 伏输出意外短路时主保险丝 F1 不会砸动。

　　晶体管放大器级

　　如图所示。2，UPS交流输出由变压器耦合的B类放大器电路产生。

　　

　　4 组达林顿晶体管（Q4-Q8、Q5-Q9、Q6-Q10 和 Q7-Q11）的工作方式类似于发射极-跟随器网络，为电力变压器 T5 和 T6

初级绕组提供电压。

　　电容器C8可消除由于高压交越失真或削波而产生的任何高频成分，此外还可以抑制高频自振荡。

　　其中两个达林顿装置通过变压器 T3 并联供电;另一对夫妇通过T4并联推动。

　　二极管 D11、D12、D13 和 D14 产生恒定的直流基极电压，使输出晶体管偏置在截止区域附近。

　　由晶体管Q2和Q3形成的A类驱动器网络同样完全由发射极跟随器组成。基本电压升压由变压器T5和T6实现，它们也是典型的电力变压器，配置顺序相反。

　　晶体管Q1并联驱动晶体管Q2和Q3。Q1 基极直接连接到 IC5-d 输出（参见图 3），该输出为 4.5 V DC。

　　输出级推挽驱动的相位反转是通过适当地连接变压器T3和T4变压器的次级来实现的。

　　正弦波发生器

　　如图所示。下面3，振荡器级使用IC4配置，IC4是567音调检测器。

　　

　　IC的频率由电阻R26和R27以及电容C14设置，并固定为精确的60 Hz。

IC4的方波输出由IC5-b转换为三角波，再通过IC5-c转换为正弦波。

　　运算放大器IC5-d的增益由电位计R35设置，电位计R35固定在交流输出电压。

　　运算放大器IC5-a将T2输出的正弦波转换为60 Hz频率。

　　D15可防止运算放大器反相输入相对于地变为负值时可能发生的损坏;二极管通常反向偏置。

　　通过C12和D16连接到IC4的60 Hz脉冲触发振荡器锁定到电网交流频率。通过微调电位计R20，可以实现对精确相位同步的一定程度的控制。

　　一旦正确调整，交流输出将与输入交流电网线同相锁定，并且在输入电源故障和恢复期间的锁定/解锁过程将是柔和和有利的，几乎不会产生干扰。

　　正弦波发生器通过 IC3、7805 IC、5 V 稳压器提供平滑、无纹波的 9 V 电源。在电阻分压器 R16 和 R17 的帮助下，稳压器的引脚 3

保持在离地线 4 伏，以获得精确的 9 伏输出。

　　仪表电路

　　如图所示，可以通过仪表电路监控电池电压或交流输出电压。下文4段。

　　

　　由四个整流二极管组成的桥式整流器将交流电转换为直流电，而电容器C19平滑地转换为纯直流电。

　　DPDT 开关将 15 V 直流电压表与 12 V 电源或使用 R36 和 R37 电阻分压器构建的分压器连接。

　　如何测试电源转换

　　在连接放大器之前测试电源部分可能很重要。这甚至可以在放大器级组装之前进行。

　　为此，您可以将 R3 的滑块向与 R4 链接的末端调整。

　　请勿将电源线连接到电源插座。将 12 V 铅酸电池连接到电源，并将 S1 定位为充电或操作。

　　现在，可以看到继电器 RY2 被激活并且 LED1 亮起。此时，您可能会在IC1的引脚2和7处找到大约12 V。

　　引脚 6 应显示逻辑低电平。接下来，将电源线连接到交流电源插座。灯 LMP1 现在将亮起。继电器 RY1 应继续关闭，您将在其常开触点处测试大约 14

V。

　　IC1 的引脚 7 应指示约 14 V，引脚 3 应指示约 11 V。引脚 6 应指示逻辑低电平。

　　将R3转到其反端，在引脚3处获得14 V;此时，RY1 必须在 LED1 关闭的情况下激活。

　　电池点两端的电压现在应为13 V.将R3调整到继电器RY1停用的水平附近。

　　随着电池电压的升高和降低，充电器级必须保持关闭和打开。R3的准确设置可能位于充电器输出切换非常快的点，并在打开时几乎关闭。

　　在没有充电电源的情况下，电池电压应在 12.5 V

标记处左右。当电池电压下降时，充电器输出必须开始反复切换，除非电池放电严重，以至于充电器的全部电流无法将电压恢复到12.5。

　　测试正弦波发生器

　　正弦波发生器级的测试可以单独执行。如果您在没有 9 V 稳压器 IC 的情况下将其组装在所示的 PCB 上，则可以使用 9 V PP3

电池或外部等效电源进行测试程序。

　　首先将预设 R20 的滑块定位到其地面侧。使用示波器示波器应在IC4的引脚5处显示方波信号。

　　通过为示波器的水平扫描提供60 Hz正弦波频率，调整电阻R27以获得60 Hz的频率，从而产生矩形李萨如波形。

　　频率不必精确。逐渐改变的波形模式可能相当令人满意。将示波器设置为标准60

Hz扫描，确保示波器在IC5-b输出端指示三角波，在IC5-c输出端指示正弦波。

　　IC5-d输出端也必须提供正弦波。并且其振幅应响应R35的调整而变化。如果这些检查中的任何一个往往不正确，请检查所有输入和输出引脚上是否存在 4.5

伏直流电。

　　接下来，将12.6 V

AC电源连接到R21，并调整R20，直到找到显示IC5-a输出脉冲的示波器：振荡器频率必须锁定到输入线路频率。现在设置示波器以像以前一样显示李萨如曲线并监视IC5-d输出。

　　你必须看到一个几乎闭合的椭圆形图案。您必须能够微调R20，使示波器显示几乎是一条倾斜的直线，表明输出信号与网格线同相。

　　现在，如果通过拔下电源线断开输入交流信号，示波器模式必须开始逐渐变为打开和关闭的椭圆形显示器。

　　重新连接电位计R27以降低上述变化率。一旦输入交流频率重新连接回来，示波器显示器必须立即恢复到倾斜的线型。

　　测试仪表电路

　　电表电路的测试和校准可以通过将整流器连接到电网交流线路来实现。

　　将S2推入交流位置，微调R37以获得可能为通过标准电表读数单独测量的交流输入电压的1/10的仪表读数。

　　如果您发现没有出现测量值，请在 C19 周围查找大约 130

伏直流电，以确保整流器正确连接。由于C19电容的uF值较低，示波器应显示较大的纹波元件。

　　测试放大器

　　首先将功率晶体管放大器级与12 V电源和输入正弦波波形发生器集成在一起。

　　将R35中心臂调整到与IC5-d输出侧相关的末端，这决定了零输出信号的设置。

　　现在将 S1 移至“操作”位置。您应该看到Q2、Q3、Q8、Q9、Q10和Q11发射极的仪表读数为12.5 V。

　　您可能还会发现这些晶体管变暖了一点，尽管不热。

　　您应该能够在Q4、Q5、Q6和Q7的基极看到约11 V的仪表读数，在Q1发射极处看到约4 V的仪表读数。

　　在执行以下测试程序时，在使用输出时要小心，因为这将处于致命的电源 117 V 电平。

　　将变压器 T5 和 T6 的 120 V 绕组各一根导线相互连接，其他导线保持未连接状态。

　　将交流电压表与其中一个变压器绕组连接，并将电压表设置为大于 110 伏的范围。

　　在此之后，一点一点地转动R35预设中心臂，直到看到可测量的输出电压。如果您没有发现这种情况发生，请确保进入输出级的相位驱动是反向的。

　　从Q4或Q6基极到Q5或Q7基极的交流电压必须是地读数的两倍。如果您没有看到此信息，请尝试交换变压器 T3 或 T4

的绕组连接，但不要同时交换两者。

　　接下来，确保变压器T5和T6的120 V绕组完全同相，从而以适当的方式连接。将电压表连接到未连接的引线上。

　　如果您发现电压是先前读数的两倍，则绕组肯定是串联的。快速反转其中一个绕组的连接。

　　如果在仪表上看不到任何电压读数，请将其他两根引线相互连接。在输出端连接一个 15 W 灯，并设置预设 R35

以获得完整输出。灯必须以最佳亮度点亮，仪表应指示大约 125 伏交流电。

　　如何使用不间断电源

　　在实施建议的 50 瓦 UPS 电路时，请确保在打开负载之前将 S1 设置为“操作”。

　　验证 UPS 的交流输出，确保其产生的电压至少为 120 伏。一旦加载输出，此120 V电压可能会降低一点。

　　如果您发现电压不稳定，则意味着振荡器尚未锁定并与主电网电源线同步。要纠正此问题，请尝试在一段时间后重新调整预设R27和R20，一旦电路稍微预热。

　　当您适当调整 R27/R20 预设时，您会发现振荡器在每个开关开启期间都与交流电源频率锁定。

　　现在，打开系统并重新确认输出电压条件。当在不连续负载（例如磁盘驱动器或打印机）下运行时，输出电压可能会降至 110 伏，这可能是可以接受的。

　　电源中断期间UPS的备份时间取决于电池的Ah额定值。使用摩托车电池时，它应提供大约 15 分钟的备用操作时间。

　　帕尔斯列表

　　下图显示了上述50瓦正弦波UPS电路的完整部件列表：

　　

　　如何构建L1、L2滤波器扼流圈

　　如果您无法从零件经销商处获得建议的 L1、L2 扼流圈，您可以使用以下配置构建相同的扼流圈

　　

　　线圈使用 1 mm 超漆包线