[Из песочницы] Как я делал линейно-интерактивный ИБП (Часть 1)
Однажды возникла задача разработать линейно-интерактивный ИБП. Это фактически самый простой тип ИБП выходом «модифицированный синус», но дополнительно имеющий возможность регулировать выходное напряжение при изменении входного. Что-то вроде простейшего стабилизатора напряжения. Функция простоя, но довольно полезная, позволяющая не переходить на питание от инвертора при кратковременных провалах в сети. Позже напишу об этом подробнее, а пока вот этой первой статьёй я хотел бы открыть небольшой цикл. Всех заинтересованных прошу под кат.
Введение
Начнём со структурной схемы ИБП. Она приведена ниже:
В общем-то классика жанра. Входное напряжение через реле K3, K1, K2 и K4 проходит на выход и питает нагрузку. При этом оно также поступает на основной трансформатор ИБП, питает схему и заряжает аккумулятор. Зарядное устройство намеряно не выделено отдельным блоком, потому его функции выполняет инвертор, но об этом будет рассказано подробнее.
Реле K1 и K2 выполняют вышеописанную функцию автотрансформатора. Включаясь в разных комбинациях, они эксплуатируют трансформатор ИБП в режиме авторансформатора и регулируют выходное напряжение.
На вышеприведённом рисунке показано состояние реле при номинальном напряжении в сети.
При пониженном напряжении включение будет такое:
А при повышенно вот такое:
Как видите, пока всё довольно просто. Но, чтобы переключать эти реле, необходимо знать величину входного напряжения. Таким образом мы плавно переходим к следующей части — измерениям.
Измерение входного и выходного напряжения
Для измерения используем вот такую незамысловатую схему (промоделирована в MicroCap, потом полностью проверена в «железе»):
V4, V5 — это источники, имитирующий входное и выходное напряжение.
На операционниках собраны простые усилители. При помощи R11, R12 формируется напряжение смещения величиной примерно в 1,5В.
Резисторы подобраны таким образом, чтобы при напряжениях 270В размах на выходах операционников составлял 2,5 В. Больше такой дешёвый операционник как LM358 выдать не сможет, да нам и не нужно.
Эпюры сигналов показаны ниже:
В вышеприведённой схеме есть одна хитрость. Это использование конденсатора C1. Давайте посмотрим на эпюры напряжений, если его исключим.
Это ситуация, когда есть входное напряжение и есть выходное:
Пока отличий от схемы с конденсатором нет. Но давайте представим, что V5 — это входное напряжение. И тут вдруг бац, оно пропадает. Мы работаем от инвертора и у нас есть только выходное напряжение (про модифицированную синусоиду пока забываем, сейчас это неважно). В результате получаем вот такие эпюры:
Ничего себе! Операционник теперь выдаёт нам совсем другое напряжение, хотя по факту ничего не изменилось! А всё почему? Потому что отсутствует связь по переменному току, т.к. нет конденсатора!
Кто-то может сказать, а зачем вообще городить эту цепь из параллельно соединённых конденсатора C1 и резистора R13? Всё для повышения уровня защиты. Ведь у нас узел измерения гальванически связан с входной сетью. Резистор R13 уменьшает ток. Сажать фазу или ноль (неизвестно каким образом пользователь воткнёт вилку в розетку) с цифровой землёй крайне опасно. А наличие резистора уменьшает ток до 1–2 мкА.
Далее хотел бы показать осциллограммы сигналов после высокоомных резисторов R1 и R4:
И на выходе операционников:
Как видно, получаем хороший, чистый сигнал пригодный для дальнейшей непосредственно оцифровки.
В дальнейших статьях поговорим об измерении выходного тока, а также о построении инвертора. Там будут использованы тоже крайне интересные решения!
