在這篇文章中，我們了解了一個(gè)簡(jiǎn)單的在線不間斷電源（UPS）的制作，由于沒(méi)有繁瑣的轉(zhuǎn)換開關(guān)或繼電器，它保證交流電源無(wú)縫傳輸?shù)截?fù)載的逆變器電源。

什么是在線不間斷電源

顧名思義，在線UPS系統(tǒng)保持連續(xù)在線，甚至一瞬間都不會(huì)離線，因?yàn)闊o(wú)論市電交流情況如何，UPS逆變器的電池電源都是連續(xù)連接的。

在市電交流輸入可用期間，它首先轉(zhuǎn)換為直流并降壓到電池電平。

該直流電為電池充電，并且由于其額定功率高于電池，因此也優(yōu)先于電池同時(shí)為逆變器供電。逆變器將此直流電轉(zhuǎn)換回市電交流電，為連接的負(fù)載供電。

如果交流電源發(fā)生故障，降壓的交流到直流電源將被切斷，并且電池連續(xù)在線連接，現(xiàn)在開始無(wú)縫地為逆變器供電，而不會(huì)中斷負(fù)載的電源。

在線不間斷電源與離線不間斷電源

在線 UPS 和離線 UPS 之間的主要區(qū)別在于，與離線 UPS 不同，在線 UPS 不依賴于機(jī)械轉(zhuǎn)換繼電器或轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于在交流電源故障期間從交流電源轉(zhuǎn)換為逆變器電源交流（如下所示）。

另一方面，離線式UPS系統(tǒng)如下面的框圖所示，在沒(méi)有市電交流電源的情況下，依靠機(jī)械繼電器將UPS傳輸?shù)侥孀兤髂Ｊ健?/p>

在這些系統(tǒng)中，當(dāng)市電交流電可用時(shí)，電源通過(guò)一組繼電器觸點(diǎn)直接提供給負(fù)載，電池通過(guò)另一組繼電器觸點(diǎn)保持在充電模式。

一旦交流電源發(fā)生故障，相關(guān)的繼電器觸點(diǎn)就會(huì)停用并將電池從充電模式切換到逆變器模式，并將負(fù)載從電網(wǎng)交流切換到逆變器交流電。

這意味著在從電網(wǎng)主電源切換到逆變器電源時(shí)，傳輸過(guò)程往往涉及輕微的延遲，盡管以毫秒為單位。

這種延遲雖然很小，但對(duì)于敏感的電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)或基于微控制器的系統(tǒng)）可能至關(guān)重要。

因此，在所有類型的電器從電網(wǎng)交流到逆變器交流的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，在線UPS系統(tǒng)在速度和平穩(wěn)性方面似乎比離線UPS更有效。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的在線UPS/逆變器電路

如上一節(jié)所述，制作一個(gè)簡(jiǎn)單的在線UPS實(shí)際上看起來(lái)很容易。

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將忽略EMI濾波器，也因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)中的逆變器將是基于低頻（50 Hz）鐵芯變壓器的逆變器，并且SMPS已經(jīng)包括內(nèi)置EMI濾波器以進(jìn)行必要的整流。

我們將需要以下材料進(jìn)行基本的在線UPS設(shè)計(jì)：

現(xiàn)成的電源交流轉(zhuǎn)直流 14 V 5 安培 SMPS 模塊。

具有恒流充電器電路的電池過(guò)充電切斷系統(tǒng)。

電池過(guò)放電截止電路級(jí)。

電池 12 V / 7Ah

本網(wǎng)站的任何簡(jiǎn)單逆變器電路。

電路圖和平臺(tái)

建議的在線UPS電路的各個(gè)電路級(jí)可以從以下詳細(xì)信息中了解：

1） 電池截止電路：下面的電路顯示了圍繞幾個(gè)運(yùn)算放大器級(jí)構(gòu)建的非常重要的電池過(guò)充電切斷電路。

左側(cè)運(yùn)算放大器級(jí)配置為控制電池的過(guò)充電。運(yùn)算放大器的引腳#3與電池正極連接，用于檢測(cè)其電壓電平。當(dāng)引腳#3處的電池電壓超過(guò)相應(yīng)的引腳#2齊納值時(shí)，運(yùn)算放大器輸出引腳#6變?yōu)楦唠娖健?/p>

零件清單

電阻為 1/4 瓦 5%

1K = 3

10K = 2

10K 預(yù)設(shè) = 2

限流電阻 = 0.6 / 最大逆變器電流

遲滯電阻 = 47K 或根據(jù)實(shí)驗(yàn)值

半導(dǎo)體

齊納二極管 4.7 V 1/2 W = 2

紅色 LED = 2

整流二極管 10 A = 1

整流二極管 1N4007 = 1

BC547 晶體管 = 2

場(chǎng)效應(yīng)管 IRF540 或 IRF3205 = 1

IC 741 = 2

繼電器 12V，10 A = 1

開關(guān)電源 14V 10 安培 = 1

這通過(guò) BC547 驅(qū)動(dòng)晶體管激活繼電器，導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)從常開變?yōu)槌ｉ]，從而切斷電池的充電電源，防止電池過(guò)度充電。

左側(cè)運(yùn)算放大器引腳#6和引腳#3兩端的反饋遲滯電阻導(dǎo)致繼電器鎖存一段時(shí)間，直到電池電壓降至低于遲滯保持閾值的水平，這導(dǎo)致引腳#3變低，相應(yīng)地引腳#6也變低，關(guān)閉繼電器。繼電器觸點(diǎn)現(xiàn)在切換回常閉，恢復(fù)電池的充電電源。

過(guò)放電切斷電路

右側(cè)運(yùn)算放大器控制電池的過(guò)放電限值或低電量情況。只要該運(yùn)算放大器的引腳#3電壓保持在引腳#2基準(zhǔn)電平以上（由引腳#3預(yù)設(shè)設(shè)置），運(yùn)算放大器輸出就會(huì)繼續(xù)保持高電平。

引腳 #6 處的這種高輸出使連接的 MOSFET 能夠保持導(dǎo)通模式，從而允許逆變器通過(guò)負(fù)線導(dǎo)通。

即使電池被逆變器負(fù)載過(guò)度耗盡，運(yùn)算放大器引腳#3電平降至引腳#2基準(zhǔn)電壓以下，導(dǎo)致IC的引腳#6變低，從而切斷MOSFET和逆變器。

電流控制級(jí)

與MOSFET相關(guān)的BJT構(gòu)成在線UPS的電流控制電路，允許電池通過(guò)恒定電流水平充電。

必須計(jì)算R2以設(shè)置電池和逆變器的最大電流控制電平?？梢允褂靡韵鹿綄?shí)現(xiàn)：

R2 = 0.7 / 最大電流

2）逆變電路：在線UPS系統(tǒng)的逆變電路，需要與上述電池控制器電路連接如下所示。

零件清單

電阻為 1/4 瓦 5%

47K = 1

10K = 1

1K = 3

100K = 1

100K 預(yù)設(shè) = 2

電容器

330nF 陶瓷 = 1

10nF 陶瓷 = 1

220pF 陶瓷 = 2

半導(dǎo)體

1N4148 = 3

1N4007 或 1N4004 = 2

27V 1 瓦齊納二極管 = 2

IC 555 = 1

BC547 晶體管 = 1

場(chǎng)效應(yīng)管 IRF540 = 2

使用 1N4007 二極管的橋式整流器 = 1

變壓器 9-0-9 V 10 A / 220V

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們選擇了基于IC 555的電路，并確保足夠的功率輸出范圍。

只要充電器電路和電池保持功能，該逆變器將保持在線狀態(tài)，并且電網(wǎng)交流電源通過(guò)額定值為 14V、5 A 的交流到直流 SMPS 電路或根據(jù)系統(tǒng)的特定額定功率（完全可定制）適當(dāng)?shù)仞佀偷较到y(tǒng)。

逆變器 MOSFET 柵極上的 BJT 反饋確保逆變器的輸出電壓永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)安全水平，并以受控方式饋電。

我們簡(jiǎn)單的在線UPS電路設(shè)計(jì)到此結(jié)束，該電路設(shè)計(jì)可確保為任何交流負(fù)載提供連續(xù)不間斷的在線電源，無(wú)論輸入交流電可用性如何，該負(fù)載都需要不間斷地運(yùn)行。