UPS 回路:知っておくべきすべてのことなど

Statista によると、2019 年には 10 か国が最高品質の電力供給で 1 位になりました。ただし、一流の電力供給インフラがある国であっても、バックアップがあることは常に良いことです。メンテナンスや機器の損傷により、依然として停電が発生する可能性があります。そこで、無停電電源装置 (UPS) の回路とユニットの出番です。非常灯の回路があるようなものです。次のガイドでは、UPS 回路とは何か、およびそれらがどのように役立つかについて説明します。

UPS とは何ですか?その仕組みは?

UPS は、シームレスで中断のないバックアップ電源を提供する電気機器です。 UPS は、主電源の停電または入力電源の中断が発生するとすぐに起動します。そのため、UPS ユニットは、パソコンで使用する場合に便利です。基本的に、UPS はデスクトップ コンピュータにラップトップと同じ利点をもたらします。データの損失や PC の損傷を防ぐことができます。

UPS は、出力電力が中断されるとすぐに起動するため、機器を安全にシャットダウンする十分な時間があります。ただし、通常、UPS は一時的に短期間使用します。したがって、これによりデータが失われないことが保証されます。

あるいは、組織は UPS を使用して、バックアップ発電機が動作し始めるまで電気機器を確実に動作させることができます。 UPS ユニットは、電圧の歪みやサージに対するサージ保護も提供します。したがって、組織は UPS ソリューションを通常のバックアップ ソリューションと統合する必要があります。

UPS には複数のバッテリが含まれています。電力の損失または電圧降下を検出すると、負荷をそれらに転送します。さらに、インバータを使用して DC 電圧を AC 電圧に変換し、出力デバイスに供給します。

UPS の主な種類とは

テーブル上にバッテリが分離されたバックアップ電源UPS

UPS のユニットと回路には、さまざまなシステムと設計があります。ただし、主なタイプは 3 つあります。ガイドのこのセクションでは、これらのバリアントについて説明します。

シングル コンバージョン システム

単一変換システムは、最も単純なタイプで最も一般的な UPS 回路です。そのため、個人と組織の両方が IT インフラストラクチャとシステムでそれらを使用する傾向があります。電力はシングルコンバージョン UPS を通り、電気機器に供給されます。

UPS は入力電圧を監視します。電源障害を検出した場合、または AC 入力が電力要件を下回った場合、UPS はインバーターを介してバッテリーから電流を引き出し始めます。さらに、バック フィードを防ぐために AC 電源入力が切断され、接続されている機器が損傷する可能性があります。

それにもかかわらず、UPS は、バッテリがなくなるか、AC 電源電圧が使用可能な状態に戻るまで、電子機器への非常用電力を維持します。

単一変換システムには、主に 2 つのタイプがあります。それらは:

スタンバイ/オフライン UPS: シングルコンバージョンUPSの最もスタンダードなタイプです。この構成では、UPS が電力を監視している間、電気機器は主電源から直接電力を取得します。電力サージまたは障害が発生した場合、スタンバイ UPS は機械的にバッテリ電源に切り替わり、出力電圧を電気機器に供給します。切り替え時間はほとんど見えません。最長で 25 ミリ秒になる場合があります。基本的に、スタンバイ UPS 回路は、バックアップ バッテリ電源と共に不可欠なサージ保護を提供します。

オフライン UPS サーキット

ラインインタラクティブ/オンライン UPS: これらのタイプの UPS は、オフライン UPS よりも微妙な機能を提供します。彼らは電力の状態を監視します。機器が十分な電力供給に失敗すると、ラインインタラクティブ UPS が電圧を調整します。変圧器を使用して実際の主電源を増減し、敏感な機器に一定の電圧が供給されるようにします。変圧器に加えて、停電から保護し、無停電電源を確保するための充電式バッテリー バックアップもあります。

ラインインタラクティブ UPS ダイアグラム

ダブル コンバージョン システム

ダブルコンバージョン UPS システムは、電流を 2 回変換します。当初、これらの素晴らしいデバイスは、入力整流器を使用して AC 入力電源を DC 電源に変換します。次に、UPS は電流を出力インバーターに供給します。インバータ段は、電子機器に供給する前に電流を AC 出力に変換します。このプロセスにより、機密性の高い機器にとって重要な、クリーンで信頼性の高い中断のない電力が機器に確実に供給されます。

これは、主電源から AC 入力を受信して​​いるときにのみ行われます。入力商用電源の電流定格が完全に低下した場合、UPS は内部の再充電可能なバッテリ電源を機器に使用します。したがって、主電源が正常に戻るか、内部バッテリーがなくなるまでこれを行います。通常、UPS 回路構成の種類は、ラインインタラクティブ (オンライン) の種類のみです。

ダブル コンバージョン UPS ダイアグラム

ソース:コモンズ ウィキメディア

マルチモード システム

これらの構成は、両方のタイプのシステム (シングルコンバージョンとダブルコンバージョン) の特徴と機能を兼ね備えています。ただし、いくつかの改善も提供します。

通常の状況では、マルチモード UPS は通常のラインインタラクティブ UPS として機能します。入力電力が設定された定格を超えると、UPS はダブル コンバージョン モードに切り替わります。停電時やダブルコンバージョン方式の対応範囲を超えた場合、バッテリーモードに切り替わります。

マルチモード システムは、機器を最大限に保護します。ただし、AC 入力電源とバッテリ電源間の転送時間は、はるかに長くなる場合があります。ただし、ほとんどの場合、ほぼ瞬時の保護が提供されます。

デルタ/マルチ変換 UPS の図

ソース:コモンズ ウィキメディア

独自の UPS 回路を作成する方法

変圧器を備えた UPS の回路

ソース:コモンズ ウィキメディア

あなたが電子機器愛好家なら、外出して UPS を購入する必要はありません。代わりに、カスタム応答時間を使用して UPS およびインバータ回路を作成できます。ガイドのこのセクションでは、その方法を説明します。初心者に最適なシンプルなUPS回路になります。

パーツ リスト

• BD139 NPN バイポーラ ミディアム パワー トランジスタ 100V 1.5A (Q1)
• 1K 0.5 ワット抵抗 x 2 (R1 および R2)
• 1000 µF、25 V 小型ラジアル電解コンデンサ (C1)
• 100 µF、25 V 小型ラジアル電解コンデンサ (C2)
• 8.2 ボルト 0.5W ツェナー ダイオード (ZD1)
• 1000V 1A 2 ピン DO-41 ダイオード 1N4007 x 5 (D1、D2、D3、D4、D5)
• 0.5A 10V 変圧器 (T1)
• 1.5V 単三電池 x 5 (B1)
• 0.5A ヒューズ (F1)

原則と指示

前に述べたように、このプロジェクトは小さくてシンプルです。 PCBを製造する必要はありません。したがって、はんだ付けは必要ありません。ブレッドボードを使用して、この UPS 回路を構築できます。 5 ボルトから 7 ボルトのバックアップを提供します – 5 個の AA 1.5 V 電池を使用する場合。

この回路は、2 つの異なる電源を使用できます。 AC入力と電池を使用します。ただし、入力電源用のアダプターを追加する必要があります。バッテリは、直列の 5 番目の 1N4007 ダイオード (D5) に接続されます。したがって、バッテリー電圧が 6.8V に低下します。

AC 入力電源構成では、4 つの 1N4007 ダイオードを使用してブリッジ整流器 (ダイオード ブリッジ) を作成します。 AC 入力は、ヒューズと直列にスイッチに接続します。次に、ダイオード ブリッジに接続する変圧器に両方を配線します。

次に、ダイオード ブリッジの出力を 1000uF コンデンサ (C1) と 1k 0.5W 抵抗 (R1) に直列に接続します。トランジスタと一緒に、100uF コンデンサ、ツェナー ダイオード、および 2 番目の抵抗を備えた集積回路に接続します。

UPS は、構成のこの部分を使用して、充電式バッテリに電力を供給します。さらに、トランジスタは 7 ボルトと 500 ミリアンペアで電流を出力します。

デザインを試したり、遊んだりできます。さらに、コンポーネントを追加または削除して、よりシンプルにすることができます。それにもかかわらず、このプロジェクトは非常に単純であることがわかるはずです。

独自の UPS 回路を構築するためのベースとして使用できるいくつかの簡単な UPS 回路図を次に示します。

UPS とインバーターの違いは何ですか?

インバーターは、直流電気を交流電気に変換する電気機器です。前に説明したように、UPS ユニットはその機能に不可欠なコンポーネントとしてインバーターを利用します。ただし、インバーターは単一のデバイスまたはコンポーネントとして見つけることができます。

よくある質問

UPS はインバーターより優れていますか?

UPS ユニットとインバーターは、他の機能を提供するまったく別のデバイスです。したがって、UPS はインバーターより優れているわけではありません。ただし、ほとんどの UPS ユニットはコンポーネントとしてインバーターを使用しています。

UPS はどのくらい稼働しますか?

UPS の稼働時間は、バッテリーの容量と必要な負荷によって異なります。とはいえ、UPS は停電に対する一時的な解決策であることを覚えておくことが重要です。また、ブラックアウト以外の入力電源の中断に対する追加の保護も提供します。ただし、発電機が作動する数分前に機器に電力を供給することのみを目的としています。

UPS は何ワット使用しますか?

通常、これは UPS の電力定格によって異なります。ほとんどの場合、UPS は全負荷で最大 200 ワットを超える電力を使用できます。

UPS は AC を DC に変換しますか?

UPS には、DC 電力を AC 電力に変換するインバーターがあります。ただし、バッテリを充電するために、UPS は AC 電源を DC 電源にも変換します。

テーブル上にバッテリが分離されたバックアップ電源UPS

結論

UPS は、あらゆる組織にとって重要なテクノロジーです。ガイドのこのポイントに到達した場合は、会社のインフラストラクチャにそれらを組み込むことが不可欠である理由を理解できます。しかし、普通の人は、電化製品やコンピューターを保護するためにそれらを使用することもあります。それでも、このガイドをお読みいただければ幸いです。いつも読んでいただきありがとうございます。