Fuente de alimentación ininterrumpida de 12 V, 2 A: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

ENTRADA AL CONCURSO DE FUENTE DE ALIMENTACIÓN

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¿Qué es una fuente de alimentación ininterrumpida?

Extracto de Wikipedia

"Una fuente de alimentación ininterrumpida, también fuente de alimentación ininterrumpida, UPS o batería de respaldo, es un aparato eléctrico que proporciona energía de emergencia a una carga cuando falla la fuente de alimentación de entrada o la red eléctrica. Un UPS se diferencia de un sistema de energía auxiliar o de emergencia o un generador de reserva en el sentido de que proporcionará una protección casi instantánea contra las interrupciones de la alimentación de entrada, al suministrar energía almacenada en las baterías ".

Tenga en cuenta que un UPS es solo una solución a corto plazo y la disponibilidad de energía dependerá de la carga conectada al UPS.

¿Por qué un SAI de 12 V?

La mayoría de los equipos electrónicos modernos dentro y alrededor de nuestros hogares dependen únicamente del suministro de energía de la red pública. Cuando se corta la energía, también lo hace todo nuestro equipo electrónico moderno. Hay algunos casos en los que esto no es deseable, por nombrar solo un par:

• Sistemas de alarma
• Sistemas de control de acceso
• Conectividad de red
• Sistemas telefónicos
• Luces de seguridad / emergencia

Todos estos sistemas suelen funcionar con 12V y se pueden conectar fácilmente a un SAI de 12V.

Componentes de un UPS

Un SAI consta de 3 partes:

1. Transformador
2. Fuente de alimentación regulada
3. Cargador de batería
4. Batería de respaldo

Pasaré por cada paso, explicando cómo construir un UPS de 12V confiable sin componentes especiales.

Paso 1: el transformador

El UPS de 12 V utiliza un transformador estándar listo para usar, que está disponible en todos los proveedores líderes de equipos de seguridad. La salida del transformador debe estar entre 16 y 17 V CA y una capacidad nominal de hasta 3 amperios. Siempre prefiero sobre diseñar, así que diseñaré este SAI de 2A para que tenga una capacidad máxima de 3A.

Algunos proveedores tienen transformadores ya instalados en un gabinete, con protección adicional contra sobrecorriente y sobretensión.

Paso 2: la fuente de alimentación regulada

Un UPS debe poder suministrar continuamente la corriente nominal al voltaje de salida nominal, sin depender de la batería de respaldo para obtener ayuda. Entonces, el primer paso será diseñar una fuente de alimentación de 12V.

Un buen comienzo será utilizar el regulador de voltaje LM317. Antes de ver la clasificación actual del dispositivo, comencemos con el voltaje de salida regulado. Aunque todos estamos acostumbrados a referirnos a un sistema de 12 V, en realidad es normalmente un sistema de 13,8 V. Este voltaje es el voltaje completamente cargado de una batería SLA estándar. Entonces, para todos los cálculos, usaré 13.8V.

Para calcular los valores de los componentes, consulte la hoja de datos del LM317. Se afirma que:

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

y que Iadj está típicamente limitado a 50uA.

Para empezar, elegí que el valor R1 fuera 1Kohm, así que

Vout = 1,25 (1 + R2 / R1) + Iadj x R2

13,8 = 1,25 (1 + R2 / 1K) + 50uA x R2

13,8 = 1,25 + 1,25 / 10E3 x R2) + 50E-6 x R2

12,55 = 0,00125 R2 + 0,00005 R2

12,55 = 0,0013 R2

R2 = 9.653Kohm

Pero un valor de 9.653Kohm no es un valor de resistencia estándar, por lo que tendremos que usar varias resistencias para acercarnos a este valor. La mejor solución será colocar dos resistencias en paralelo. Dos resistencias cualesquiera en paralelo, siempre tendrán una resistencia combinada INFERIOR que la resistencia de valor más bajo. Así que haz la resistencia R2a 10Kohm.

1 / R2 = 1 / R2a + 1 / R2b

1 / 9,653 K = 1/10 K + 1 / R2b

1 / 9,653 K - 1/10 K = 1 / R2b

R2b = 278Kohmios

R2b como 270K

R2 = 9.643Kohm, lo suficientemente cerca para lo que necesitamos.

El condensador de 1000 uf no es crítico, pero es un buen valor. El condensador de 0,1 uf que reduce las oscilaciones de voltaje de salida

Ahora tenemos una fuente de alimentación de 13,8 V, nominal de 1,5 amperios según la hoja de datos.

Paso 3: el cargador de batería

Para utilizar nuestra fuente de alimentación como cargador de batería, debemos limitar la corriente de carga a la batería. La fuente de alimentación solo puede proporcionar 1,5 amperios como máximo, por lo que el siguiente paso será mirar el circuito con una batería conectada a la salida. A medida que aumenta el voltaje de la batería (cargando), la corriente de carga se reducirá. Con una batería completamente cargada de 13,8 V, la corriente de carga bajará a cero.

La resistencia en la salida se utilizará para limitar la corriente a la clasificación del LM317. Sabemos que la tensión de salida del LM317 está fijada en 13,8 V. El voltaje de una batería SLA vacía es de alrededor de 12.0V. Calcular R ahora es simple.

R = V / I

R = (13,8 V - 12 V) / 1,5 A

R = 1.2 ohmios

Ahora, la potencia disipada en la resistencia es

P = yo ^ 2 R

P = 1,5 ^ 2 x 1,2

P = 2,7 W

Paso 4: Duplicar la corriente a un máximo de 3 A

En lugar de utilizar reguladores más caros que están clasificados para 3A, opté por seguir utilizando el LM317 estándar. Para aumentar la clasificación actual del UPS, simplemente agregué dos circuitos juntos, duplicando así la clasificación actual.

Pero hay un problema al conectar dos fuentes de alimentación juntas. Aunque se calculó que sus voltajes de salida eran exactamente los mismos, las variaciones en los componentes, así como el diseño de la placa de circuito impreso, darán como resultado que una fuente de alimentación siempre tome la mayor parte de la corriente. Para eliminar esto, las salidas combinadas se tomaron después de las resistencias limitadoras de corriente y no en la salida del propio regulador. Esto asegura que la diferencia de voltaje entre los dos reguladores sea absorbida por las resistencias de salida.

Paso 5: El circuito final

No pude obtener resistencias 1R2, 3W, por lo que decidí hacer uso de varias resistencias para componer la resistencia 1R2. Calculé diferentes valores de resistencia en serie / paralelo y descubrí que el uso de seis resistencias 1R8 produce 1R2. Exactamente lo que necesitaba. La resistencia 1R2 de 3 W ahora se ha reemplazado por seis resistencias 1R8 de 0,5 W.

Otra adición al circuito es una salida de falla de energía. Esta salida será de 5 V cuando la red eléctrica esté presente y de 0 V durante un fallo de red. Esta adición facilita la conexión del UPS a sistemas que también requieren una señal de estado de la red. El circuito también incluye un LED de estado integrado.

Por último, se agregó un fusible de protección a la salida de 12V del UPS.

Paso 6: placa de circuito impreso

No hay mucho que decir aquí.

Diseñé una placa de circuito impreso simple usando la versión gratuita de Eagle. La placa de circuito impreso se diseñó de manera que las orejetas de desconexión rápida no aisladas se puedan soldar a la placa de circuito impreso. Esto permite que la placa UPS completa se monte encima de la batería.

Asegúrese de agregar disipadores de calor de tamaño decente a los dos reguladores LM317.