Sonunda UPS İnverter devresi yapmak zorunda kaldım. İnvertörler konusunda baya araştırma yaptım projem için faydası oldu. Daha önce paylaştığım UPS Kesintisiz Güç Kaynağına Araç Aküsü Bağlama ve sonrasında yaşadığım sorun; UPS Kesintisiz Güç Kaynağı Modifiyesi Çalışma Süresi Sınırlı? Yeniden Sorunu…
Her şey yolunda gibiydi fakat süre sınırı olmayan minik 12V 4AH Akülü UPS inverterin gücünün sınırlı olması kendi inverterimi yapmama sebep oldu 🙂 Bir çok DC-AC İnverter projesi paylaştım ama şimdiye kadar hiç uygulama yapmadım, gerekmedi. Ama bu projeye başlayınca bir çok detayı gördüm.
Yazı pek uzun sayılmaz ama UPS inverter projesi uygulama, test süreci aylar sürdü ve bir süre daha devam edecek… Projenin kalbi 220V katı 12V 7AH akü ile yaklaşık 1 aydır günde 5…10 dakika test edildi son testi kullandığım sistem üzerinde ki 12V 60AH akü ile yaptım yaklaşık 1.5 saat sorunsuz çalıştı daha fazlasıda olur ama vaktim yok.
Bu süre boyunca youtubeden mix klip açıp bıraktım transformatörün süre sonunda ısısı yaklaşık 50 derece mosfetlerin soğutucuları 30 derece civarında gerçi ılık olduğunu görünce soğutucuları hiç ölçmedim tahmini söylüyorum 🙂 yani mosfetlerin ısınması çok az.. Ayrıca ısı iletici silikon sürmeden kaba montaj yaptım. Bu haliylede bile sonuç çok iyi
Testler sorun çıkartmadığı için paylaşıyorum ihtiyacı olanlar uygulama yapabilir. Elinizdeki UPS trafolarını değerlendirebilirsiniz. Uğraştıkça aklıma yeni fikirler geliyor 🙂 benim için baya faydalı oldu bir çok bilgi edindim yazıda hepsinden bahsetmeye çalışacağım..
SG3524 Kontrollü UPS Cihazları
İçerik
Elime SG3524 Kontrol entegreli 2 adet UPS inverter geçti (çok uzun hikaye, şans) Biri 12V diğeri 24V akü ile çalışıyorlar ikisininde tasarımı, devresi aynı sadece voltaj ve bir kaç malzeme farkı var.
Kart üzerinde 2 adet LM339 ve 1 adet LM393 var. SG3524 PWM katı ile bağlantılarını kontrol ettim. Eğer karmaşık bir şekilde bağları bulunuyorsa iş çok zorlaşır çünkü PWM katını ayırmam gerekli neyseki sorun çıkmadı.
SG3524 PWM katını kopyaladım veya daha havalı bir değişle tersine mühendislik yaparak şemasını çıkarttım 🙂 PCB hazırlamaya başladım. Yapacağım sistemde şebeke gerilimi voltaj sabitleyici istemiyorum. Ayrıca aşırı yük koruması için sigorta kullandım. Bilinçli kullanıcı olduğumuz için sınırları aşmayacağız 🙂 bunlar tasarımı baya sadeleştiriyor.
Ama 12V akünün aşırı şarj ve aşırı deşarj olmasına karşı koruma gerekli. Akü yüksek voltaj koruması için @ETE hocamın paylaştığı Dc 12V Ac 220V Sinüs İnverter SG3525 Ferit Trafo yazısında ki şemadan aldım basit bir yapı 12V zener diyot ve 4,7K direnç SG3524 10 numaralı “shutdown” pinine bağlanıyor. Akü voltajı 14.5V üzerine çıkınça tam iletime geçip SG3524 entegresini kapatıyor.
Akü düşük voltaj koruması için ilk tasarımda LM393 opamplı bir devre yapmıştım ama onu kullanmadım yerine NE555 zamanlayıcı entegreli bir devre kullandım SG3524 “shutdown” pinini kullanarak akü voltajının 10.2V altına düşmesi durumunda SG3524 entegresini kapatıyor.
UPS İçin Basit 220V Bypass Sistemi
İnternette, kendin yap UPS inverter uygulamalarında gördüğüm en büyük eksik şebeke voltajına bağlı olmadan inverter devresinin sürekli çalıştırılması. Bir çok devre inceledim hiç birinde bu detaydan bahsedilmiyor, kullanılmıyor.
Şebeke voltajı varken neden UPS devresi tam güç çalışmaya devam etsin akü sürekli boşalıp şarj edilsin.
Bende çift kontaklı röle (DPDT) ile basit bir bypass sistemi kurup UPS inverterin 220V Şebeke voltajı varken çalışmasını durdurup voltaj gittiği zaman çalışmasını sağladım. Röle harika bir eleman 🙂 bakınız; Röle ve Röleli Devreler
Bypass devresini çalıştırmak için ilk testlerimi hazırda bulunan trafosuz 24V regüle devresi ile yaptım. Doğrultucu sonrası DC filtre kondansatörünün değeri yüksek olduğu için röle yeterince hızlı bırakmadı kondansatör değerini 47uF yaptım sorunsuz çalıştı. Daha sonra 7824 ile daha sağlıklı bir regüle devresi yaptım oda sorunsuz çalıştı. (Daha iyi) 7824 girişi için 47uF kapasite çok düşük ama regülatör üzerinden çekilen akımda çok düşük (yaklaşık 15mA) olduğu için sorun değil. Yinede 100uF ile deneme yapacağım.
Çift kontak röle şebeke voltajı ve UPS voltajının geçişini sağlıyor rölede çalışmadığı zaman voltaj UPS devresinden alınıyor. Şebeke voltajı varken röle çekiyor 220V direkt şebekenden alınıyor aynı zamanda PC817 opto kublör çalışıyor ve SG3524 entegresinin 16 numaralı pininden referans voltajını 10 numaralı “shutdown” pinine ileterek PWM’nin kapanmasını sağlıyor.
Şebeke Voltajı-UPS arası voltaj geçişi ve SG3524 PC817 Shutdown uygulaması için animasyon;
Şemayı daha yaygın olan 12V röleye göre düzenledim. 24V röle için trafo, kondansatör voltajı yükselecek ve PC817 ledinin sınırlama direnci 4,7K olacak. Trafo + 78XX regüle yerine küçük SMPS modül kullanabilirsiniz.
Elimde olmadığı için test edemedim. Örneğin 100mA 24V SMPS modül röle için yeterli. Röle geç bırakırsa çıkış filtre kondansatörünün değerini düşürmek veya uygun değerde yük direnci eklemek gerekir filtre kondansatörünün kapasitesi yüksek olunca röle yeterince hızlı bırakmıyor.
SMPS EMI Filtre Sorunu
Öncelikle ilk testi bypass sistemi olmadan yaptım. İlk denemede sorunsuz çalıştı 20W lamba bağladım çıkış voltajı ayarladığım gibi 220V frekans 50hz sorun yok.
Sonrasında atölyede ki bilgisayara bağladım ilk fark ettiğim cihazlar çalışmadığı halde transformatörün hafif zırlaması oldu bunu kullandığım bir çok ticari UPS cihazından biliyordum bilgisayar ve monitör içinde SMPS güç kaynakları var ve girişlerinde EMI filtre bulunuyor.
Bu sistem yük olmadığı zaman yani cihazlar çalıştırılmadığında bir geri dönüş yapıyor UPS çıkış voltajının yaklaşık 10V kadar yükselmesine neden oluyor.
Bilgisayarı çalıştırdıktan sonra SMPS EMI filtreleri üzerindeki geri dönüşler azalıyor UPS voltajı biraz düşüp trafonun sesi belirgin şekilde azalıyor.
EMI Filtre tepkimesi hakkında teknik bir açıklama;
Bu durumun temel sebebi, modifiye sinüs (kare dalga) inverterlerin çıkış yapısı ile SMPS girişindeki EMI filtre kapasitörleri arasındaki etkileşimdir.
Kapasitif Etki Reaktif Güç ve Voltaj Yükselmesi: SMPS güç kaynaklarının girişinde, şebekeden gelen parazitleri engellemek için X tipi kapasitörler bulunur. Kare dalga veya modifiye sinüs çıkış veren bir invertere bu kapasitif yükü bağladığında, kare dalganın çok keskin yükselen kenarları (yüksek dv / dt oranı) bu kapasitörler üzerinden yüksek ani akımlar akıtır.
Bu durum, inverterin çıkış katındaki endüktansla birleşerek voltajın bir miktar yukarı tırmanmasına neden olur.
Bu Bir Sorun mu?
Genellikle hayır. Modern SMPS devreleri (bilgisayar adaptörleri, TV’ler, şarj cihazları vb.) geniş bir giriş voltaj aralığında çalışacak şekilde tasarlanmıştır (genelde 100V – 240V AC arası). 240V, bu cihazların üst limitleri dahilindedir. Hatta SMPS daha verimli çalışır
Tabiki açıklama beni kesmedi hemen orjinal UPS inverter cihazının bağlantılarını yaptım test ettim aynı şekilde trafo sesi ve voltaj yükselmesi görünce içim rahatladı. Daha sonra farklı, mikro denetleyici kontrollü UPS ile test yaptım onda da trafo sesi vardı voltaj 3…5V civarı yükseldi.
Gerçi çıkış katında filtre kondansatörü vardı yani normalde çıkışı biraz yüksek neyse.. Sonrasında 4 akülü başka bir UPS cihazı ile test yaptım durum aynı çıkış voltajı 10V kadar yükseliyor.
Yani bu sorun değil normal bir durum tolere edilebilir zaten cihazlar çalıştığı zaman sistem stabil hale geliyor. Yıllarca bu şekilde kullanmışım iş kendi tasarımıma gelince çok detaycı oldum 🙂 isterseniz çıkış voltajını 210V olarak ayarlayıp voltaj farkını dengelersiniz ama ben gerek duymadım. Ayrıca akü voltajı düştükçe çıkış 225v kadar oluyor.
SG3524 UPS İnverter Test Videosu
SG3524 UPS İnverter Devre Şeması
SG3524 Çalışma frekansı ve Hesaplama
Cihazın orjinalinde çalışma frekansı için kullanılan RT direnci 82K CT ise 100nF bu değerlere göre;
- Osilatör Frekansı: 144Hz
- Çıkış Başına Frekans: 72Hz
SG3524 veri sayfasına ( SG3524 – STMicroelectronics sayfa: 5 ) göre, osilatör frekansı aşağıdaki formülle hesaplanır:
SG3524 push-pull yapısında çalıştığı için, her bir çıkış pini osilatör frekansının yarısında çalışır. Tabiî ki bu yüksek frekansı görünce şaşırdım nede olsa 220V hassas bir konu UPS cihazlarda hep 50Hz bilinir.
Ayrıca malzeme toleransları, güç, transformatör kayıpları ile tam 72Hz çalışma frekansı olmuyor. SMPS sistemlerin yaygınlaşması, gelişmesiyle birlikte üreticiler bu konuda daha esnek çünkü UPS cihazlar motorlar için değil sadece bilgisayar ve benzeri cihazlar için üretilmiş ve hepsinde güç kaynağı SMPS tipinde yani frekansın yüksek olması sorun değil. Hatta SMPS açısından daha iyi
Ayrıca 50Hz yerine daha yüksek frekansa ayarlanmış bir sistemde, Trafo, Mosfet, Soğutucu vb. maliyetleri daha düşük oluyor.
Fakat Vantilatör, Pompa vb. gibi motorlu cihazları çalıştırmak sorun olacaktır yüksek frekans bu tip cihazlar için uygun değil.
Ben 82k RT direnci yerine 220K çok turlu trimpotun değerini 100K olarak ayarlayıp taktım sonrasında multimetrede 50Hz frekansı görene kadar ayarladım trimpotu ölçtüm 137k değer gösterdi bu değere göre hesaplama yapınca 43Hz sonuç çıkıyor ama ölçülen değer 50Hz
2 farklı True RMS multimetre ile aynı sonucu aldım. CT 100nf kondansatörün toleransı ve baya eski olduğu için değeri biraz düşük. Frekans kondansatörü seçiminde dikkatli olmalı kalite bir marka ve yeşil damla tip olanlar iyi seçim olur.
Osilatör için çok daha kararlı bir tür vardı ama hatırlamıyorum. Eski nesil AT-ATX Güç kaynaklarından bilirim osilatör kondansatöründe bu yeşil tip kondansatör kullanılıyor.
Neyse çalıştıracağımız cihazlarda SMPS olduğu için frekansın 50hz olması şart değil
SG3524 UPS İnverter Devresi Diğer Detaylar
12V Regülatör
SG3524 beslemesi için S8050 transistörlü 12V regülatör kullandım cihaz üzerindeki sistemde benzer yapıdaydı (biraz daha karmaşık) stabil çalışıyor güç yeterli. Transistör, zener vb. kayıpları için zenere seri 1N4007 bağladım.
24V Versiyon için 7812 entegresi kullanmanız gerekli, daha iyi olur.
UPS İnverter Akü Şarj Devresi
Bu kısım için henüz karar vermedim. Çok fazla seçenek var örneğin cihaz üzerinde 12V 7AH Aküyü şarj etmek için LM317 kullanılmış çıkış 13.8V civarında yani sürekli float şarjda tutuluyor bu akü ömrünü uzatmak için gerekli
Akım voltaj ayarlı DC-DC modül kullanılarak yapılan akü şarj uygulamaları var. Veya blogda paylaştığım diğer şarj devreleri. Akünüzün gücüne göre yüksek akımlı devreler kullanabilirsiniz örneğin öncelikle yüksek akımda şarj edip sonra float şarja çekme vb. seçenek çok.
UPS İnverter Geri Besleme Devresi
Cihazda 220V çıkış hattından geri besleme ana trafoda bulunan 16V sargısı doğrultularak alınıyor şarj voltajıda bu sargıdan sağlanmış bu yapıyı bozmadım zaten piyasada ki bir çok UPS cihazında internette bulunan devrelerde bu sistem yaygın.
Çıkış voltajının ayarlanması için 2 diyotlu doğrultma sonrasında şaseye karşı olan 15K direnç yerine çok turlu 20K trimpot bağladım tabiî ki lehim yapmadan önce değerini 15k olarak ayarladım 220V civarı voltaj verdi trimpota gerek yok fakat daha önce söylediğim gibi komponentlerin, entegrenin toleransı, iç dirençler vb. hafif ayar gerektirebilir.
Aşırı Akım ve Yüksek Voltaj Koruması
Söylediğim gibi aşırı akım koruması için UPS çıkışına sigorta bağlanacak yüksek voltaj koruması için sigortanın ardından Varistör olacak bu şekilde basit ama etkili bir koruma sistemi kurulmuş oluyor.
UPS İnverter Transformatör Gücü
Bu konuda piyasada satılan UPS cihazlarından gördüğüm; 12V için çok yüksek güçlü cihazlar yok. güç arttıkça akü voltajı artıyor buna görede transformatör voltajıda artıyor.
UPS Güç Voltaj Tablosu
| 500W | 1000W | 1500W | 2000W |
|---|---|---|---|
| 12V AKÜ | 24V AKÜ (2X12V SERİ) | 36V AKÜ (3X12V SERİ) | 48V AKÜ (4X12 SERİ) |
| 2X7.5V TRAFO | 2X15V TRAFO | 2X22V TRAFO | 2X30V TRAFO |
| 4X MOSFET (Bazıları 2X)(IRF3205, 50N06) | 4X MOSFET (IRF3710) | 6X MOFET (IRF3710) | 8X MOSFET (IRFP260) |
Güç değerleri tıpkı amfilerde ki RMS ve PMPO farkı gibi 😀 aşağıda 199x yıllarından çok eski bir UPS cihazın etiket bilgileri var;
Etikette Güç Faktörünün 0.6 olarak belirlendiği görülüyor. Hesaplaması ise 625 VA x 0.6 = 375W aslında 625 VA kapasitesindedir, ancak donanımsal yapısına göre en fazla 375 Watt’lık bir yükü kaldırabileceği belirtilmiş. Tabiî ki bu mikro denetleyicili, büyük soğutuculu transformatörü daha büyük vb. kalite bir tasarım.
Bizim tasarımda güç faktörünü 0.5 almak gerekir (bence) 500W x 0.5 = 250W güç alabiliriz. Tabiî ki Mosfet sayısı, gücü ve transformatörde buna göre ayarlanınca daha fazla güç alınabilir henüz o aşamaya gelmedim SG3524 DC AC İnverter Projesi 250W 5000W yazısında bu konu hakkında bilgi verilmiş 12V Akü ile en fazla 750W güç alınabileceği söylenmiş
625VA UPS cihazının trafo ölçü bilgilerini veriyorum 2×7.5V sargısında kullanılan telin kalınlığı 2mm
Not: Yüksek güçler için devasa boyutlarda transformatör kullanmanıza gerek yok. Yüksek voltaj kısmından çekilen akım daha az olduğu için boyut baya küçük oluyor.
Ayrıca sürekli çalışmadıkları için tasarımları buna göre yapılıyor. Gerçi amacım saatlerce kullanmak bunun içinde trafoyuda soğutacağım buda ayrı bir mesele..
Trafo sardıracaksanız bunları dikkate alın ben hazır trafo kullanacağım için üzerinde durmuyorum ama sardıracak olsam gücünün fazlasıyla yeterli olmasını isterim.
12V Aküden Çekilen Akım
UPS İnverter devresi boşta iken yaklaşık 800ma akım çekiyor monitör ve PC bağlanınca 1.5A (EMI etkisi) çalıştırılınca 6…..12A arası değişken akım çekiyor sistem tamamen açılınca 8…10A arasında geziniyor tabiî ki CPU, ekran kartı, bilgisayarda yapılan işleme göre bu değer artabilir.
Not: Akü voltajı yükseldikce çekilen akım düşecektir 24V versiyonu için yapılacak değişiklikleri şemada belirttim. 36V veya 48V için kesin bir şey söyleyemiyorum.
Aynı akım ölçümlerini mikro denetleyici kullanılan UPS cihazında da yaptım büyük farklar yok. Elimde farklı kalitelerde UPS cihazlarının olması tasarımın testini, doğrulamasını yapmamda büyük yardımı oldu
Durum bu geliştirmeye açık sağlam bir proje PCB çizimleri Sprint layout 6 ile hazırlandı gerber ve PDF formatında dosyalar mevcut. PWM ve bypass katı modüler yaptım PCB boyutları küçük.
SG3525 DC AC İnverter Bağlantı Şeması
SG3525 UPS İnverter PCB
Not: Videoda gördüğünüz PCB tasarımında sadece akü düşük voltaj kısmı değiştirildi. PWM kısmı sorunsuz çalışıyor test edildi ama yeni eklenen 555 li devre PCB üzerinde test edilmedi bredboard testlerinde sorun çıkmadı PCB çizimi kontrol edildi.
DİKKAT UPS İnvertör Devresi yüksek voltaj ile çalışmaktadır dikkatli olun kondansatör bağlantılarına dikkat edin + – kutupları ters bağlarsanız yüksek voltajda büyük patlamalar olabilir devreyi çalıştırmadan önce Sigortalı Elektrik Hattı, koruyucu gözlük kullanın
