_如何为家用设备建立不间断电源

随着世界的进一步发展,我们对电力的依赖变得更加严重。没有电,最高级的房子也可能相当原始。本文介绍了家用不间断电源的设计,这有助于保持家庭最重要的服务WI-FI顺利运行。

问:

停电期间如何使用Wi-Fi和其他家用设备?

回答:

可以使用汽车电池作为备用电源来设计家用不间断电源(UPS)。此电源连接到压降-升压转换器,生成可靠的12 V/5 A电源,可为Wi-Fi路由器供电。连接6.5 V/1.5 A巴克转换器,为无线电话供电。

简介

随着世界的进一步发展,我们对电力的依赖变得更加严重。没有电,最高级的房子也可能相当原始。本文介绍了家用不间断电源的设计,这有助于保持WI-FI(家庭最重要的服务)的顺利运行。

家用不间断电源(UPS)

图1中的电路是根据需要设计的。2022年初的能源危机迫在眉睫,世界和平在刀尖上跳舞。这个电路是为了在停电时保持家庭wi-fi的畅通。Wi-Fi路由器的重新启动平均需要2分钟以上,这可以视为“第一世界”问题,但如果电话会议中间停电,这种等待时间可能会非常长。即使是轻微的压力下降也会引起重大问题。此家用不间断电源供应器的设计目的是为Wi-Fi存取点(以及所有其他电子装置)提供12 V/5 A电源,并为无线电话另外提供6.5 V/1.5 A电源。这使大多数笔记本电脑能够与外部世界通信。

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图1。不间断电源(UPS)结构

图1显示了电路。这个设计的备用电源是在废品站以20英镑买的二手汽车电池。LTC3789是一款4开关降压转换器,可非常高效地提供输入电压可能高于或低于此电压的固定12伏电源。评估套件在5 ~ 36V输入电压条件下提供12 V、5 A的电源输出,无需修改即可直接使用。Wi-Fi路由器只需要1 A电流,因此使用此评估套件可以为许多需要12 V电压的其他应用程序供电。

无线电话需要6.5伏、约600毫安的电源,因此选择LT8608,在此电源线上提供静态电流极低的低噪音高效电源(2.5A)。LT8608和LTC3789的最大输入电压分别为42伏和38伏,因此直接连接到汽车电池,最大限度地提高电路效率。如果一些低成本电池充电器不能正确连接到电池上,就会产生高电压,电池可能无法充分吸收充电电流。因此,如果充电器很好地连接到电路上,但不能正确连接到电池上,结果电压可能会损坏电子设备。LTC3789和LT8608较大的输入电压范围可以减轻连接电池充电器时出现高电压的忧虑。电路可以在电池充电器永久连接的情况下工作,也可以在未连接的情况下工作。但是,在通风不良的室内永久连接电池充电器的安全性取决于使用的电池和充电器的类型。

电路的精细部分由LTC4416提供。这是一款双通道理想二极管,可切换主电源电压和备用电源。LTC4416包括一个精密比较器,当检测到主电源出现故障时,将使用四个外部P通道MOSFET (PFET)切换到备用电源。

该电路更简单的形式是双通道二极管OR配置,两个二极管的阴极连接在一起,主电源和备用电源连接在阳极上。但是,该电路仅将两个电源中最高的电源供应给阴极上的输出端,并对二极管造成0.6伏的损失。用PFET代替二极管可以设计出更高效的电路。测量PFET本体二极管两端的电压降,超过阈值时FET打开,本体二极管短路。当该电压下降到负值时,对PFET的驱动将被移除,本体二极管将阻止反向流动。这将产生具有低正向电压降和反向拦截功能的理想二极管,如图2所示。

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图2。二极管或电路的理想二极管的实现

在该电路中,每个PFET的本体二极管从输入指向输出,因此,如果一个输入电压比另一个输入电压高600 mV以上,则本体二极管打开。因此,如果备用电源恰好高于主电源,则不建议负载电源由备用电源供应。反转PFET可以解决这个问题,但如果输出电压比输入电压高600 mV以上,则会打开二极管,电流逆流。

更简洁的解决方案是在每条路径上添加PFET,如图3所示。在该电路中,两个单独的二极管彼此相对,因此,当FET分离时,不管输入电压或输出电压如何,都会提供双向开放,并分离每个通道。

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图3。具有双向分离功能的二极管OR电路

对于12 V电路,LTC4416 (DC1059A)的评估套件已修改为提供11.17 V的交换电压。其中R3使用100K 电阻,R1使用10K 2.2K 电阻。这非常有效,但Wi-Fi接入点需要准确的12 V电源,有时12 V主电源重新切换后会重新启动。这是因为电压阶段(11.17 V至12 V)会干扰路由器电子设备。如果将R1更改为11.47K ,则切换电压将增加到11.8 V,从而减小电压阶段的大小。

无线电话电路对电源阶段的感觉更强,因此R15由22K 10K电阻组成,提供5 V切换电压。

波形如图4所示。绿色托盘显示LTC4416始终打开的12 V输出,红色托盘显示墙上电源适配器的12 V输出(主电源),蓝色托盘显示汽车电池电压。示波器通过直流电结合时,看不到对绿色迹线的干涉。通过更改为交流耦合,在连接(600毫秒)和断开(5.8 s)主电源12V时,可以看到小干扰。讽刺的是,连接12伏主电源时,电源导轨的噪音要高得多,这意味着墙上电源适配器输出噪音比LTC3789高。

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图4。断开主电源(红色示意图)时,12伏(绿色示意图)几乎不受干扰

图5显示了图6所示的UPS电子设备的照片。

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图5。安装在UPS盒中的电源和理想二极管侧面

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图6。带电池的完整电路

未来改善

前面提到的电路必须断开墙上电源适配器的电缆,以便能够与UPS串行连接。更简洁的解决方案是从汽车电池中生成340 V直流,供应给扩展插座,然后将墙上电源适配器插入扩展插座。所有墙壁电源适配器的内部电路都包含适配器,因此此电压是交流还是直流并不重要。但是,在12 V电池上产生340 V电压可能会造成损失,在插头电源适配器内降低此电压可能会造成损失。也就是说,即使需要切断插头电源适配器电缆,低压电路也变得更加高效和简单。

LTC4416评估套件包含指示主电源或备用电源是否在使用中的LED,并且可以轻松地将这些LED放置在盘柜中。另一个有用的附加功能是按钮开关,通过降低LTC4416的针脚来测试切换功能。

这个电路经过广泛测试,性能优良。对于更高的电流,可以使用N沟道的道理来思考二极管。LTC4416是ADI提供的多种理想二极管和热插拔设备之一。

结论

本文介绍的电路说明了一种简单的家用不间断电源的设计,它可以在断电时使各种电器继续运行。不仅可以修改此电路,还可以使用更强大的MOSFET和更大的电池进行修改,以提供更高的输出功率和更长的备份时间。

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