300W大功率宿舍UPS电源

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• 项目制作背景

由于学校寝室晚上限电，白天课程又太多，所以没有时间去设计电路，于是便把之前制作的1000W修正波逆变器带来使用，发现除了逆变器发热，其他都正常。

但是来回切换不仅麻烦，而且电瓶充电有一定危险性。

于是做了我的第一代UPS控制器

用了一段时间发现不仅体积太大占空间，而且隔三差五就坏，就这样一直对付用了一个学期。。。。。。

好不容易等到了寒假，于是我便开始计划重新制作一个小体积大功率而且高稳定性的UPS电源，正好手里有一个报废的开关电源的铝外壳，于是便以这个外壳为基础进行设计，最终成品如下

• 项目简介

支持自动充电控制，充满自动关机，市电断电后自动开机，带有过充过放保护和充放电温度保护功能。可以长期并入市电运行。

温馨提示：

逆变电路有输出短路保护，市电输入模式下没有短路保护！！！

• 适用范围：

学校宿舍等经常定时停电的场合。该UPS电源为有缝切换，因此不适用于需要无缝切换的场合。

• 产品参数：

总输入功率：500Wmax

充电功率：200Wmax

输出功率：300Wmax

逆变输出功率：300Wmax

逆变部分转换效率：约80%

适用电瓶：12V铅酸电瓶（容量越大续航时间越长）

保险管规格：F2A250V，5x20mm

下面是各接口功能介绍

上面图片左边还有两个接线柱，那两个是接铅酸电瓶的。充电与放电均通过这两个接线柱实现。

下面是测试图片和视频链接：

https://www.bilibili.com/video/BV1x3oiYhEo8?t=30.4

 

https://www.bilibili.com/video/BV14rA2eGEav?t=15.7

这个是逆变器功能测试图片

下面是内部结构展示

由于尺寸和空间限制，这里充电板和主控板采用叠层方式放置并通过接线柱和接线端子连接，由于原来电压电流表外壳体积太大，所以我就拆了外壳然后用热熔胶把电路板和面板粘到外壳上，这样可以节省空间。逆变器主板为了开关管更好散热，这里将开关管全部贴到外壳底部，同时留出电路板与外壳的空隙方便散热。散热风扇安装方式采用相反方向方式安装，这样可以形成风道循环更有利于散热，由于逆变电路风扇是温控的所以只有检测到开关管温度高了才会启动，充电电路没有温控风扇功能但是充满电主控板会自动切断充电电路板的供电。

下面是各个主板的展示

这个是铅酸电瓶充电电路板，一般市面上常见的汽车电瓶充电器在12V输出下功率最大也就120W左右，这个板子最大功率可达200W，可以更快速将电瓶充满电。

另外说一下这个板子只有防倒灌功能没有防反接功能，大家接线时一定注意不要接反。

变压器型号为EI33.绕制方法见底部资料。

这个充电电路板开关管旁边预留了一个2P排针焊盘，这个是用来焊10K负温度系数热敏电阻的，可以用来检测开关管温度，实现主动过温保护。这个热敏电阻可以选装，因为在主控板上面也集成了充电温控检测电路，无需调节装好就可以直插工作。而这个选装的热敏电阻过温保护电路是需要调试的。

 

下面是整个UPS电源的核心————主控板。

这个主控板集成了市电与逆变功能切换控制，充放电控制和过流短路保护功能。和前面的充电电路板一样，只需一把螺丝刀即可完成接线。

这个主控板是需要手动调节的，上面有两个电位器，多圈电位器是用来调节充电电路切断电流的，就是当主控板检测到充电电流小于一定电流时主控板会切断充电电路的电源实现停止充电。调节方法也很简单，就是当充电电流减小到一个你认为合适的电流时调整这个电位器直到充电电路断电（这里我设置的是500mA），第一次可以快点调，然后第二次调节速度一定要慢，这个电路非常灵敏，只要检测到充电电流小于阈值电流主控板会立马断开充电继电器。要想恢复充电必须手动重启。

说一下为什么设置一个充电保护电路，那是因为铅酸电瓶有一个漏电流，不管你怎么充始终达不到充电器输出电压，只能无限接近，新电瓶会好一点，旧电瓶漏电流会更大，其实电瓶已经是充满电的，如果一直通着电不管时间长了电瓶会发热，甚至损坏电瓶会出现安全事故，所以设置了这个电路，这样就可以实现自动充电控制了。

另外说一下这个UPS电源推荐使用UPS专用蓄电池，当然汽车电瓶也可以，不过电压会低一点，还有耐用性也要差一点不如UPS蓄电池，尤其二手汽车电瓶，我已经用坏三个了，以旧换新几次的价格都够我买一块全新电瓶了，后来干脆咬咬牙直接买的二手全新UPS专用蓄电池，用了挺长时间了再也没出现过电瓶问题。

辅电变压器为EE13卧式，绕制方法见底部资料。

 

这个是300W纯正弦波逆变主板

参数：

输入9-15VDC

输出220VAC

设计输出功率300W

这里展示了两种逆变主板，带星火计划logo的是这个UPS电源要用的，这个逆变器历经三代，解决了所有bug，既可以用来制作UPS电源，也可以单独拿出来制作纯正弦波逆变器。不过后级输出需要加一个共模电感和安规电容组成的LC滤波器（这个UPS主控板上面已经集成了，如果单独做逆变器需要加上），不然会对负载有干扰。

该逆变器主板有输入防反接电路，不用担心接反问题。板子背面R120和R121是两个跳线，如果R120短接，则是外部开关或者其他控制电路控制。如果R121短接，则是通电就会启动。

推荐两个小板与大板连接时采用排针座，这样既可以方便调试大板也可以方便调试小板。

说一下为什么采用纯正弦波方案设计，一个是纯正弦波不挑电器不伤害任何电器，另一个是纯正弦波逆变器如果设计合理使用寿命比修正波逆变器要长。我的第一代UPS就是采用的修正波逆变器，结果带阻性负载和感性负载都没问题，唯独带不了开关电源，一带开关电源就炸，后来实在是没办法才做的纯正弦波逆变器。大家在做纯正弦波逆变器时一定要用正品管子，不要贪便宜，不然上电就炸。这里整个逆变器所有开关管全部采用立创商城的器件，不管这么折腾都不炸机。

这个逆变器还设置了380V母线电压输出，也可以由于母线电压输入，这样就可以实现UPS无缝切换，不过仍然需要飞线改造才可以。

这个逆变器还集成了输出保险管和压敏电阻，可以防止短路导致炸机和防止浪涌电流。而且逆变器后级本身就带有电流检测电路，当驱动板检测电路异常工作时主板还有一个过流检测电路（阈值电压比驱动板的要高一些，可以防止误触发导致工作异常），可以使前级停止工作从而实现过流保护防止炸管。

这个逆变器还配置了输出延时继电器，可以实现等输出电压正常了继电器接通，从而有效防止启动时候异常保护导致炸管现象（尤其负载是开关电源时更容易出现启动过程中不停地保护导致炸管现象，有一次就是因为管子质量不行然后还是带开关电源启动的，开关电源输出还有负载，结果启动过程中逆变器直接炸了）。

这个逆变器还有前级和后级各独立的温控风扇电路，这里我使用的是前级的温控电路，还是用的10K负温度系数热敏电阻。同样有过热自动关断功能。

这个逆变器后级电压是需要调整的，具体方法是先把电位器阻值调到最大，然后通电测量输出电压，用示波器测量也可以，然后调整电位器旋钮直到输出电压有效值为220V。

说一下变压器绕制方法，先绕次级绕组60T左右然后引出抽头，接下来绕初级绕组，绕3+3T，然后再绕剩下的次级绕组，大约40T，这样次级绕组绕制完成，两次绕制匝数总数为100T。然后就是绕辅电绕组，为4+4T。下面是参考图纸，变压器就用拆机5V40A开关电源变压器即可。型号为EC40.绕制方法见底部资料。

大家再制作后级电感时一定要用铁硅铝磁环，就是正激电源输出的那个磁环，差不多需要用0.51mm漆包线绕180T左右，电感量为3.3mH，后级电容容量2UF即可，推荐2.2UF，剩下的直接抄EG8010手册就行，这里后级驱动板我也是采用的成品板子，自己做驱动板也可以，但是成本差不多够买一个新的驱动板了，而且全新原装驱动板质量也非常好也不容易出问题，免去了繁琐的调试过程。就是驱动板后面多出来的排针需要剪掉并做好绝缘处理（见下图），不然很有可能会刮破后面的电容的绝缘皮造成短路。

这个就是可以购买到的成品纯正弦波逆变器驱动板，主控是EG8010，桥芯片是GNVS2113S，可以用IR2113代替。之所以采用这个驱动板一个是容易买到，另一个是资料齐全，无论是制作逆变器还是维修改动都是可以的，大家在设计时候直接抄芯片手册就行。

 

这个是上面的逆变器的前级驱动板，采用的是SG3525+LM339方案，带电池电压检测，带有输入过欠压保护锁定，带温控风扇和过温保护。

同样这个小板也是免调试的。引脚定义详见图纸。

之所以没进行清洗是因为手里没有洗板水了，不过这不影响小板工作。

欠压保护：9.5V左右。

解除欠压保护电压大约在11V左右。

过压保护：15V左右。

风扇开启温度：约45度。

过温保护温度：约60度。

 

 

 

另外说一下如果在学校用最好在输入端接一个2A空开，可以防止意外情况导致寝室跳闸。

以上就是整个UPS电源内部所有小板的介绍了，剩下的连接图以及电气原理图会放在底部资料里，供大家参考。

如果哪部分资料缺失或者不完整还会不断地完善。

现在只是初步结项，后面如果哪部分升级了还会继续更新直到大赛结束评比。

 

最后再来几张实际应用图片

这是寝室断电模式下的工作状态。

这是寝室正常来电状态下的工作模式（此时电瓶是快充满状态，充满会自动关机但不影响市电输出）

 

 

————完————