简单家用在线式UPS电路

　　近二十年以来,PC从古老的8086/8088到最新的Pentium4、Athlon64.其间经历了若干次大大小小的架构升级,就连电脑开关电源也从最初的100~200WAT开关电源升级到目前的400W ATX开关电源.这些淘汰下来的旧电脑配件弃之未免可惜.本文介绍的家用在线式UPS本着废物利用的原则,将制作成本降至最低,同时性能也有保证.有兴趣的朋友不妨一试.
　　家用在线式UPS的原理结构框图如图1所示.220V、50Hz的市电经过开关电源转换为几十伏的低压直流电.经二极管D1对铅酸蓄电池组充电的同时,还为逆变器供电.然后由升压变压器B1将逆变器输出的低压交流电升为220V.当外界停电时,开关电源无输出电压,D1截止,铅酸蓄电池组由充电状态迅速转为放电状态.在转换过程中没有后备式UPS那种继电器（继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种"自动开关".故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用.）的切换,杜绝了供电瞬间中断的现象,保证了电能的持续不间断供应.
　　普通家用电脑主机和显示器加在一起功耗为400-500W,因此UPS功率应该为600W以上.要达到这个要求,就必须使用2个300W以上的开关电源或者3个200W左右的开关电源.当然读者也可以制作更大功率的UPS以满足自己的需要.考虑到AT开关电源目前已完全被淘汰,旧货市场里多的是,本文就以200W通用AT开关电源为例来进行说明:
　　原高频变压器次级电路如图2所示.图中+5V输出分为两路:一路经R1、VR1分压后给PWM IC TL494第①脚提供2.5V左右的输出取样电压;另一路提供给四比较器LM339以产生POWER GOOD信号.电源散热风扇直接并接在+12V输出电压上.具体改造步骤为:将高频变压器B1的次级绕组全部拆下来重新绕制,在拆除过程中应记下各输出电压所对应绕组的匝数.换算出13.5v电压所需的匝数后,按照14.8A(200W)的规格选择合适线径的漆包线进行多线并绕.整流滤波电路可利用原+12V通道,但整流二极管D3、D4容量偏小,需要把+5V整流二极管（整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中. 选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数. 普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可.）D1、D2拆下来以替换原+12V整流部分.电压取样分压电阻R1从+5V改接到+13.5V上,并且把阻值增大2~3倍.原-12V/-5V整流滤波电路及LM339已无任何作用,因此将-12V/-5V通道中的元器件全部拆除,TL494第8、4、14脚通往LM339周边电路的铜箔也需要切断.改造完成后的电路如图3所示.3台开关电源依次改造完毕后,就可以进行调试了:接上几十瓦的假负载(12V汽车用灯泡,大功率线绕电阻,电炉丝均可,总消耗
　　功率接近200W最好),开机微调VR1,使输出电压为13.5V即可.
　　选择铅酸蓄电池组的电压为36V,容量为20Ah,可满负载维持1个小时左右的放电时间.蓄电池组与开关电源并联在一起,工作干长期浮充状态.选择正确的浮充电压是保证UPS正常工作的关键;浮充电压过高容易形成过充电;浮充电压过低又导致蓄电池充不满.按照铅酸蓄电池维护手册选择浮充电压为每单体2.25V,共40.5V.3个开关电源串联在一起,则每个开关电源输出电压应为13.5V.由于AT开关电源输出电压为±12V、±5V四组,其中+5V输出功率最大,占总输出功率的50%以上.这些输出电压及电流与上述要求不符,因此需要将AT开关电源进行局部改造.

　　ATX开关电源与AT开关电源大同小异.主要区别为:一是取消了传统的市电开关.增设了软件开关机的辅助电路,通过+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开关;二是增加了一组供CPU、内存、显卡的+3.3V大电流输出.关于其改造方法读者可参照AT开关电源自行完成.
　　逆变器电路原则上应该输出正弦交流电,专业领实属不易.其实还有一种方法可以输出正弦交流电:利用50Hz正弦波振荡器输出的正弦波信号经过D类功率放大器放大后即可得到足够功率的正弦交流电.从原理上来讲,正弦波振荡器配合D类功放与SPWM电路并没有实质上的区别:两者都是通过PWM方式控制末级开关管的工作状态,效率都在90%以上,只不过两者的应用范围不同而已.在实际制作过程中应当注意:市场上出售的D类功放IC主要是为音响领域而开发的,输出功率不可能做得很大,一般在200w以下,对UPS来说并不适合.故应选择D类功率控制器(如LM4651)外接功率MOSFET的形式来制作逆变器.此外如果对输出波形要求不高的话也可以采用方波逆变器,实际上1kVA以下的家用商品UPS大多为方波输出.方波逆变器电路原理如图4所示.电路比较简单.这里不再赘述.