编辑器版本 ×
标准版

1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

专业版 【星火计划】 UPS分立元件版

简介:尝试使用常用分立元件,构建一个带有自动充电、恒流充电、充满自停、欠压保护断开输出的UPS功能模块。

开源协议: GPL 3.0

发布时间: 2022-09-20 17:33:59
  • 690
  • 26
  • 29
描述

大大大前言

此UPS的使用范围定位为,每天晚上准时停电几个小时,然后早上自动恢复供电的集体宿舍里,一个或两个提供无线网络信号的设备使用,懂的都懂的。

 

板子方案已通过验证,怎么利用请自行发挥动手能力。

 

(图片状态说明:非停电状态下由DC电源给外设供电,同是给电池恒流充电,实时电压12.68V、0.35A)

 

下面是正经的说明。

 

一、电路工作流程

 

概述:

1.DC停止供电的时候,切换继电器复位,变为电池供电模式。

2.当DC恢复输入的时候,通过继电器从电池供电切换为DC供电。

3.电路触发一个强制充电信号,电池开始充电。

4.充电过程持续几个小时,当检测充电电流少于设定值时关断,真●充满自停。

5.充满电的电池休息中,等待停电熬夜工作。。。

6.以上五个过程周而复始。

 

(1)电池供电模式(红色路线)

电池经过欠压保护电路流进切换继电器(原理图K4),DC断电时触点自动复位,经由常闭端输出,或通过电压变换电路实现不同电压输出,这部分因需而异无法统一,请自行添加。

 

 

(2)DC供电模式(蓝色路线)电路说明

2.1欠压保护

当恢复DC供电时,启动切换继电器K4,断开电池供电,切换为DC供电。

为了延长电池使用寿命,充电不搞硬充(一直充,在线充,浮充等)。

 

为了实现目的,复杂化NE555电池保护电路(就是加了两个辅助部分)。

 

下面是由NE555构成的电池保护电路,简单介绍它的保护原理。

IC的2脚和6脚通过检测电压,执行保护和终止保护两个动作。

当2脚检测电压低于2.55V时(5脚基准电压5.1V的一半,没基准是取三分之一VCC),3脚输出高电平启动继电器K1和K2。

K1负责断开输出,K2负责接通充电。

当6脚检测电压高于5.1V时(没基准取三分之二VCC),3脚输出低电平,断开继电器。

 

假设电池续航不够到第二天,因为欠压保护会启动K1和K2,当DC恢复时,会自动执行充电。

 

但如果电池像喝了功能饮料一样能量十足,没有欠压自然就不会启动充电继电器,那样就算DC恢复也不会执行充电。

怎么办?

如果没有,那就让它自己制造一个充电信号!

 

2.2触发充电(可选装部分)

上面讲到NE555的2脚低于2.55V时3脚会输出高电平启动继电器,简单的做法是断开检测电压,直接把2脚的电位拉到零伏,符合触发条件。

下面是制造充电信号的电路。

 

刚上电的时候,

A点电压为二极管的压降值,大约0.6~0.7V,

B点因为电容刚开始充电接近0V,比较器同相比反相电压高,输出高电平,所以继电器会启动。

因为这个继电器K3的常闭端与NE555的2脚的电压检测端串联,所以启动后会断开2脚的检测电压,从而使继电器K2启动执行充电。

当电容充电几秒后,B点电压高于A点,比较器输出低电平,继电器复位。

整过程的概括,就好比你按下开关几秒后松开。

 

继电器K3与NE555的2脚通过排针+跳线帽(垂直方向)来连接,

原理图为了功能划分,H1和H2是呆在各自的部分,画PCB的时候要放置在一起。

 

PS:如果你是省材料执着户,此部分电路完全可以省略,排针H2改为连接一个复位开关(常闭型),

需要充电的时候自己手动(滑稽)按一下就行了。

 

2.3恒流充电

欠压保护电路接到一个伪欠压信号后启动继电器K2,

VCC兵分两路,其中一路负责充电。

充电电路由LM317构成,通过R17实现恒流控制,规格书上面有原理说明。

别的不说,只需要理解一个关键点,恒流电流=1.25V / R17

需要多大的电流请代入计算,但电流再往上加,单靠散热片是行不通的啦,

一般用2R或者2.2R的水泥电阻。

要不要加风扇,请用你的手指温度计摸一摸就有答案了(千万不要来真的试)。

 

输出后加二极管或肖特基防倒灌,小电流可以考虑1N4007。。。。。。

此部分描述完毕(词穷了)。

 

2.4过充检测,充满自停原理

大多数的NE555的防过充保护模块,6脚是连接电瓶,通过检测充电电压来截止。

12V电瓶的常规充电电压为14.4V,实际上充电器从恒流充电转到恒压充电的时候(14.4V),充电电压已经满足了截止条件,模块产生动作结束充电过程,可能只充到80%的电量就结束了。

 

假设现在变换思路,不要检测充电电压,改为检测充电电流,少于设定电流值时才向6脚反馈高电平,截止充电。

K2启动后,VCC第二路负责检测充电电流用于反馈截止信号。

 

D8两端的电压约为0.6~0.7V,再经R11和R13进一步分压(1:10+1分压),比较器2脚的电压约为0.06V

U5是连接电瓶,负极回流先经过R15进行电流采样再回到GND,两端产生的压降与2脚进行比较

 

当充电电流少于0.3A的时候(0.3A*0.2R=0.06V),比较器U2.1同相比反相电压低,输出低电平0V

比较器U2.2同相比反相电压高(0.06V>0V),输出高电平反馈到NE555的6脚,结束充电过程。

加电容是延长电压上升时间,防止刚上电就产生动作。

470uF充电到5.1V用时约三秒,数据仅作参考。

 

目标电流*R15 < R11与R13的分压点电压,就会停止充电,这都是可以自行更改的。

 

二、元件装配与实物调试(有顺序要求)

1.一定要先设置充电电压

充电部分优先装上(或者全部提前装上也行),但一定不能安装防倒灌二极管(要最后装)

接上16V以上电压,扭动电位器R18设置空载输出电压为14.4V。

 

2.(后期添加操作视频到附件)

再来装NE555欠压保护部分,先用跳线帽把靠近电位器的那个接上,注意方向。

 

电池对应的输出端子接上可调电源,调整电压为欠压保护启动值11.5V

然后扭动2脚对应的电位器,使IC的2脚电压在2.55V左右,这样电池电压降至11.5V就会有保护动作。

 

然后把电压调高一点,输入正极给电位器R9中间焊盘点一下就结束保护,

再次把电压降至11.5V时,如果做出保护动作就证明设置成功,可以把剩下的元件都安装上去。

 

顺带一提,电位器R9本例可直接替换成一个20K电阻。

 

在不需检测电流停止充电时,就要装上,连接排针那一端需要改为连接电池正极。

调整输入电压为14.4V,扭动电位器R9,

使IC的6脚电压为5.1V,这样当充电电压达到14.4V时停止充电。

 

最后把排针的方向改成这样,就可以进行测试了。

 

测试请看附件视频。

 

最近一周内会添加完整的操作视频到附件。

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
暂无
工程附件
工程成员
添加到专辑 ×

加载中...

温馨提示 ×

是否需要添加此工程到专辑?

  • 153 6159 2675

服务时间

周一至周五 9:00~18:00
  • 技术支持

  • 开源平台公众号