【星火计划】 UPS分立元件版 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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。

 

 

 

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。

7.作品展示：https://www.bilibili.com/video/BV1sv4y1d7gq/

 

（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设置空载输出电压约为14.4V。

 

2.（有视频附件）

再来装NE555欠压保护部分，先用跳线帽把靠近电位器的那个排针H2接上。

 

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。

（视频附件2.1）

 

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。

附上大赛LOGO图片。

 

修改历史：

2022/10/11

更新实物图片和视频附件。