Fonte de alimentação ininterrupta 12V, 2A: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

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O que é uma fonte de alimentação ininterrupta?

Extrato da Wikipedia

"Uma fonte de alimentação ininterrupta, também uma fonte de alimentação ininterrupta, UPS ou bateria reserva, é um aparelho elétrico que fornece energia de emergência a uma carga quando a fonte de alimentação de entrada ou a rede elétrica falha. Uma UPS difere de um sistema de energia auxiliar ou de emergência ou gerador de reserva na medida em que fornecerá proteção quase instantânea contra interrupções de energia de entrada, fornecendo energia armazenada em baterias."

Observe que um no-break é apenas uma solução de curto prazo e a disponibilidade de energia dependerá da carga conectada ao no-break.

Por que um no-break 12V?

A maioria dos equipamentos eletrônicos modernos dentro e ao redor de nossas casas depende exclusivamente da fonte de alimentação da rede elétrica. Quando a energia é desligada, o mesmo acontece com todos os nossos equipamentos eletrônicos modernos. Existem alguns casos em que isso é indesejável, para citar apenas alguns:

• Sistemas de alarme
• Sistemas de controle de acesso
• Conectividade de rede
• Sistemas de telefone
• Luzes de segurança / emergência

Todos esses sistemas geralmente operam em 12V e podem ser facilmente conectados a um no-break de 12V.

Componentes de um UPS

Um UPS consiste em 3 partes:

1. Transformador
2. Fonte de alimentação regulada
3. Carregador de bateria
4. Bateria reserva

Vou passar por cada etapa, explicando como construir um no-break de 12 V confiável sem componentes especiais.

Etapa 1: o transformador

O no-break de 12 V usa um transformador padrão pronto para uso, que está disponível em todos os principais fornecedores de equipamentos de segurança. A saída do transformador deve estar entre 16 a 17 V CA e nominal de até 3 amperes. Eu sempre prefiro projetar em excesso, então irei projetar este no-break 2A de forma que seja classificado para no máximo 3A.

Alguns fornecedores já possuem transformadores instalados em um gabinete, com proteção adicional de sobrecorrente e sobretensão.

Etapa 2: a fonte de alimentação regulada

Um no-break deve ser capaz de fornecer continuamente a corrente nominal na tensão de saída nominal, sem depender da bateria de backup para obter assistência. Portanto, o primeiro passo será projetar uma fonte de alimentação de 12V.

Um bom começo será usar o regulador de tensão LM317. Antes de olharmos para a classificação atual do dispositivo, vamos começar com a tensão de saída regulada. Embora estejamos todos acostumados a nos referir a um sistema de 12 V, na verdade é normalmente um sistema de 13,8 V. Esta tensão é a tensão totalmente carregada de uma bateria SLA padrão. Portanto, para todos os cálculos, estarei usando 13.8V.

Para calcular os valores dos componentes, consulte a folha de dados do LM317. Afirma que:

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

e que Iadj é tipicamente limitado a 50uA.

Para começar, escolhi o valor de R1 como 1Kohm, então

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 = 9,653 Kohm

Mas um valor de 9,653Kohm não é um valor de resistor padrão, então teremos que usar vários resistores para chegar perto desse valor. A melhor solução será colocar dois resistores em paralelo. Quaisquer dois resistores em paralelo sempre terão uma resistência combinada MENOR do que o resistor de valor mais baixo. Portanto, faça o resistor R2a de 10Kohm.

1 / R2 = 1 / R2a + 1 / R2b

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

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

R2b = 278Kohm

R2b como 270K

R2 = 9.643Kohm, perto o suficiente para o que precisamos.

O capacitor 1000uf não é crítico, mas é um bom valor. O capacitor de 0.1uf reduzindo as oscilações de tensão de saída

Agora temos uma fonte de alimentação de 13,8 V, avaliada em 1,5 A de acordo com a ficha técnica.

Etapa 3: o carregador de bateria

Para usar nossa fonte de alimentação como um carregador de bateria, precisamos limitar a corrente de carga da bateria. A fonte de alimentação pode fornecer apenas 1,5 ampere no máximo, então a próxima etapa será examinar o circuito com uma bateria conectada à saída. Conforme a tensão da bateria aumenta (carregando), a corrente de carga diminui. Com uma bateria de 13,8 V totalmente carregada, a corrente de carga cairá para zero.

O resistor na saída será usado para limitar a corrente para a classificação do LM317. Sabemos que a tensão de saída do LM317 é fixada em 13.8V. A voltagem de uma bateria SLA vazia é de cerca de 12,0V. Calcular R agora é simples.

R = V / I

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

R = 1,2 ohm

Agora, a potência dissipada no resistor é

P = I ^ 2 R

P = 1,5 ^ 2 x 1,2

P = 2,7W

Etapa 4: Dobrando a corrente para o máximo de 3A

Em vez de usar reguladores mais caros, com classificação 3A, optei por ainda usar o LM317 padrão. Para aumentar a classificação atual do no-break, simplesmente adicionei dois circuitos, dobrando a classificação atual.

Mas há um problema ao conectar duas fontes de alimentação. Embora suas tensões de saída tenham sido calculadas exatamente as mesmas, variações nos componentes, bem como no layout da placa de circuito impresso, resultarão em uma fonte de alimentação sempre consumindo a maior parte da corrente. Para eliminar isso, as saídas combinadas foram obtidas após os resistores limitadores de corrente, e não na saída do próprio regulador. Isso garante que a diferença de tensão entre os dois reguladores seja absorvida pelos resistores de saída.

Etapa 5: o circuito final

Não consegui fornecer resistores 1R2 de 3W, então decidi fazer uso de vários resistores para formar o resistor 1R2. Calculei diferentes valores de resistores em série / paralelo e descobri que usar seis resistores 1R8 resulta em 1R2. Exatamente o que eu precisava. O resistor 1R2 3W agora foi substituído por seis resistores 1R8 0,5W.

Outra adição ao circuito é uma saída de falha de energia. Esta saída será de 5 V quando a alimentação da rede elétrica estiver presente e 0 V durante uma falha da rede. Este acréscimo torna mais fácil conectar o no-break a sistemas que também requerem um sinal de status da rede elétrica. O circuito também inclui um LED de status integrado.

Por último, um fusível de proteção foi adicionado à saída de 12 V do UPS.

Etapa 6: Placa PC

Não há muito a dizer aqui.

Projetei uma placa de PC simples usando a versão freeware do Eagle. A placa de PC foi projetada de forma que terminais de desconexão rápida não isolados possam ser soldados à placa de PC. Isso permite que a placa UPS completa seja montada na parte superior da bateria.

Certifique-se de adicionar dissipadores de calor de tamanho decente aos dois reguladores LM317.