Hệ thống cấp nguồn liên tục UPS

Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG KỸ
THUẬT ĐIỆN TỬ

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cấp nguồn dự phòng UPS
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
Lớp: KTĐT14.2
Giảng viên hướng dẫn: PGs. TS Phạm Ngọc Thắng
Đơn vị: Khoa Điện-Điện tử
HƯNG YÊN - 2015
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
1
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
LỜI NÓI ĐẦU
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
2
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: Tổng quan về bộ nguồn UPS.
1.1. Giới thiệu chung về UPS.
1.1.1. Sự cố nguồn năng lượng điện.
1.1.2. Giải pháp dùng UPS.
1.1.3. Chức năng UPS.
1.2. Ứng dụng UPS.
CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết thiết kế bộ nguồn UPS.
2.1. Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS.
2.2. Chức năng các khối.
2.2.1. Khối ắcquy.

2.2.2. Khối nạp.
2.2.3. Khối điều khiển.
2.2.4. Khối tạo dao động.
2.2.5. Khối khuyếch đại công suất, nghịch lưu.
CHƯƠNG 3: Tiến hành lắp ráp bộ nguồn UPS
3.1. Giới thiệu chung.
3.2. Sơ đồ lắp ráp.
KẾT LUẬN
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
3
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS.
1.1. Giới thiệu chung về UPS.
1.1.1. Sự cố nguồn năng lượng điện.
Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể sẩy ra trong quá trình lắp
đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sét
đánh, …). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau.
Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện áp
hình sin với biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (VD ở Việt
Nam 220V-50Hz chẳng hạn).
Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị
ảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ
thống.
* Đối với hệ thống cung cấp điện có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp
điện vì:
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
4
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
- Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi).
Điều này có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn:

- Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện.
- Sương giá có thể làm cho đường dây bị đứt.
- Những hiện tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn: Cành cây rơi gây ngắn mạch
hoặc đứt dây, đứt cáp do đào đất.
- Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp.
* Những thiết bị dùng điện có thể ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp điện:
- Lắp đặt công nghiệp.
- Động cơ gây ra điện áp rơi và nhiễm RF trong quá trình khởi động.
- Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn… gây ra điện áp rơi
và nhiễm RF.
- Những hệ thống điện tử công suất cao.
- Thang máy, đèn huỳnh quang.
* Những sự cố ảnh hưởng đến việc cung cấp năng lượng điện cho thiết bị
có thể phân thành các loại sau:
- Lệch điện áp.
- Ngừng hoạt động.
- Tăng đột ngột điện áp.
- Thay đổi tần số.
- Xuất hiện sóng hài.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
5
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
- Nhiễu tần số cao…
Những sự cố có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, đặc biệt là làm
gián đoạn việc cung cấp điện, nhất là hệ thống dữ liệu của máy tính. Chính vì
vậy các giải pháp để khắc phục một số sự cố trên của mạng lưới điện đó là sử
dụng các thiết bị dự phòng như máy phát, ups…
1.1.2. Giải pháp dùng UPS:
Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và hậu quả của nó về phương diện:
- Ngọn nhẹ không gây tiếng ồn như các thiết bị có chức năng tương tự

như máy phát.
- Dễ vận hành, lắp đặt, thời gian chuyển mạch nhanh
- Tiết kiệm chi phí.
Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau cho vấn đề này, những giải pháp
này được so sánh trên cơ sở của hai tiêu chuẩn sau để đánh giá:
- Liên tục cung cấp điện.
- Chất lượng cung cấp điện.
1.1.3. Những chức năng của UPS:
Hoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải
nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng cao,
không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp.
UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
6
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt khi
hệ thống cung cấp ngừng hoạt động. Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu
của những thiết bị điện từ nhạy cảm.
UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các
khâu trung gian: ắc quy và chuyển mạch tĩnh.
1.2. Ứng dụng của UPS trong thực tế:
Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn thông,
ngân hàng là rất lớn. Số lượng UPS được sử dụng gần bằng 1/3 số lượng máy
tính đang được sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị sử dụng UPS,
đó là những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở một trạng thái nào
đó là rất quan trọng và không cho phép được mất điện. UPS được sử dụng trong
ngành hàng không để đảm bảo sự thắp sáng liên tục của đường băng sân bay…
Là thiết bị tự động biến đổi điện năng dự trữ từ ắc quy (DC) thành điện
xoay chiều (AC) 220V/50Hz cung cấp cho các thiết bị điện của bạn khi bị mất
điện lưới. Với sóng ra dạng sin chuẩn (true sine wave), giống như điện lưới máy

có thể sử dụng với mọi loại thiết bị điện như: máy vi tính, đèn compact, TV,
quạt, máy bơm, cửa cuốn, thiết bị y tế. Khi chọn máy có công suất đủ lớn và có
ắc quy dồi dào, chúng ta có thể vận hành cho cả máy điều hòa, tủ lạnh… một
cách tùy ý.
Khi vận hành máy sẽ vừa đưa điện trực tiếp từ lưới ra tải vừa lấy một
phần điện lưới chuyển thành điện một chiều (DC) để nạp vào ắc quy (trạng thái
on grid & charger). Khi ắc quy đầy máy sẽ tự động ngưng sạc. Việc chuyển đổi
tự động giữa các trạng thái nêu trên là hoàn toàn tự động (có tính năng như một
UPS - Uninterruptible Power System). Bạn sẽ thực sự yên tâm ngay cả khi
không có người theo dõi, vận hành hay đi vắng.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
7
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Thời gian sử dụng máy khi mất điện là dài hay ngắn tùy thuộc vào công
suất sử dụng của thiết bị và dung lượng của ắc quy (Ắc quy càng lớn thời gian
sử dụng càng lâu, tải càng nhỏ thời gian sử dụng càng dài).
Nói tóm lại UPS là một nguồn điện dự phòng nó có mặt ở mọi chỗ mọi
nơi, những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên tục.
Như sử dụng cho các thiết bị gia dụng, hay sử dụng trọng công nghiệp
làm nguồn dự trữ để khởi động các động cơ.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ THIẾT KẾ BỘ NGUỒN UPS.
2.1. Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
8
ĐẦU VÀO
TẠO
DAO ĐỘNG
KHUẾCH ĐẠI
CÔNG SUẤT, NGHỊCH LƯU
ĐẦU RA

ẮC
QUY
ĐIỀU KHIỂN
KHỐI
NẠP
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Hình 2.1 Sơ đồ khối của bộ nguồn UPS.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối:
Khi được cấp nguồn khối dao động sẽ tạo ra tần số 50 Hz cung cấp cho
khối khuếch đại công suất. Lúc này khối khuếch đại công suất sẽ biến đổi điện
áp 12v DC lên 220v AC và đưa về điều khiển. Ở khối điều khiển điện áp 220v
được điều khiển qua các tiếp điểm và đưa tới đầu ra.
Khi có điện áp 220v đưa vào đầu vào, điện áp này được cấp cho khối điều
khiển. Lúc này khối điều khiển lập tức ngắt nguồn cho dao động làm cho khối
này cùng khối khuếch đại công suất ngừng hoạt động. Đồng thời nguồn 220v
được cung cấp cho mạch nạp và khối nạp sẽ biến đổi điện áp từ 220v xuống điện
áp phù hợp và nạp trở lại cho bình.
* Công suất danh định và công suất tải thực tế:
- Công suất danh định là công suất của dòng điện có ích khi đưa ra tải mà
vẫn đảm bảo độ méo đưới mức cho phép.
- Công suất tải thực tế là cống suất khi có tải mà vẫn đảm bảo mức công
suất danh định.
Điện áp và cường độ dòng điện được nạp vào ắc quy khi có AC lưới bình
thường.
Điện thế nạp được tình bằng công thức:
Dòng nạp được tính bằng 1/10 dung lượng dòng ghi trên ắc quy.
Thời gian chuyển mạch để cung cấp AC từ ắc quy dự trữ thông qua bộ
biến đổi (DC/AC) cho thiết bị khi bị mất điện lưới AC.
Đối với các thiết bị không yêu cầu cao trong việc điện tức thời như các
thiết bị điện- điện tử dân dụng (đèn huỳnh quang, ti vi, quạt điện ) thì có thể

đặt khoảng thời gian này khoảng từ 0,1s đến 1s. Nhưng đối với các thiết bị như
máy tính hay các hệ thống viễn thông, các thiết bị y tế, hệ thống điện toán thì
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
9
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
khoản thời gian này là rất quan trọng và phải rất nhỏ, khoảng từ đến
, đảm bảo sự liên tục cho hệ thống xử lý và bộ nhớ.
Tần số và dải tần khi UPS làm việc ở chế độ mất AC lưới: tần số dòng
điện xoay chiều AC của UPS tạo ra phải phù hợp với tần số của điện lưới vì các
thiết bị làm việc đều được thiết kế đề phù hợp với dải tần làm việc của mạng
lưới điện.
Ổn áp dòng xoay chiều đầu ra AC: để đảm bảo các thiết bị được kết nối
với UPS luôn được cung cấp nguồn điện ổn định nhằm bảo vệ và kéo dài tuổi
thọ cho các thiết bị điện.
Hiệu suất sử dụng: chính là tỉ số giữa công suất ra tải và công suất đầu
vào danh định Ơ_
Thời gian lưu điện, tuổi thọ của ắc quy và điều kiện cảnh báo khi ắc quy
khô, cạn dòng: Yếu tố này sẽ quyết định đến thời gian cung cấp điện cho các
thiết bị nối tới UPS khi điện lưới bị mất đột ngột.
2.2. Chức năng các khối.
2.2.1. Ắc quy.
Ắc quy là nguồn năng lượng có tính chất thuận nghịch: nó tích trữ năng
lượng dưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng. Quá
trình ắc qui cấp điện cho mạch ngoài được gọi là quá trình phóng điện, quá trình
ắc qui dự trữ năng lượng được gọi là quá trình nạp điện.
Kí hiệu hóa học biểu diễn ắc qui axit có dung dịch điện phân là axit
H2SO4 nồng độ d = 1,1 ÷ 1,3% bản cực âm là Pb và bản cực dương là PbO2.
Các đặc tính cơ bản của ắc quy:
- Sức điện động của ắc quy chì và ắc quy axit phụ thuộc vào nồng độ
dung dịch điện phân. Người ta thường sử dụng công thứ kinh nghiệm:

Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
10
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Eo = 0,85 + p ( V )
Trong đó: Eo: là sức điện động tĩnh cuả ắc quy.
p: là nồng độ dung dịch điện phân ở 15 ºC ( g/cm³).
Dung lượng nạp của ắc quy là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng
lượng của ắc quy và được tính theo công thức:
Qn = In.tn
Trong đó: Qn là dung dịch thu được trong quá trình nạp (A.h).
In là dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn (A).
tn là thời gian nạp điện (h).
2.2.2. Khối nạp.
Sơ đồ mạch nạp:
Hình 2.2 Sơ đồ mạch nạp.
* Biến áp hạ áp.
Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện
lưới thành điện áp xoay chiều có giá trị cần thiết và ngăn cách mạch chỉnh lưu
với mạng điện về mặt một chiều .
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
11
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Trong UPS biến áp hạ áp đóng vai trò quan trong việc cung năng lượng
dự trữ cấp cho bình (biến đổi điện áp 220v xuống phù hợp với điện áp ắc quy
12v). Khi UPS hoạt động nguồn điện ắc quy này biến đổi thành điện áp 220V
AC cung cấp cho các thiết bị khi mất điện.
Dưới đây là cách tính biến áp hạ áp.
Hình 2.7 Biến áp và khung quấn dây
- Xác định diện tích khung quấn: S = a x b
Trong đó: a: là chiều rộng khung quấn

b: là chiều cao khung quấn
- Xác định số vòng dây cuộn sơ cấp N(sơ cấp) = K*220/S
Trong đó: K: là hệ số sắt từ (được xác định từ 42 đến 45) 220V là điện áp
đầu vào cuộn sơ cấp
- Xác định cuộn thứ cấp N(thứ cấp) = K*12V/S
- Lựa chọn các dây
Vì dòng nạp cho UPS trên thực tế rất nhỏ cỡ mA nên cuộn sơ cấp chỉ cần
cỡ dây 0,3 – 0,5 mm.
Dây cuộn thứ cấp tùy thuộc vào bình sử dụng dây 1,5 mm
* Diode
Diode có tác dụng làm mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉ cho dòng điện đi
theo một chiều từ Anốt sang Katốt. Với mạch chỉnh lưu công suất nhỏ hay trung
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
12
a
b
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
bình ta dùng diode Silic hoặc Sêlen. Để có mạch chỉnh lưu công suất cao
(>100W) và có thể điều chỉnh mức điện áp ra tuỳ ý người ta dùng Thyristor.
Ngoài sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ còn có các sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu
kỳ, chỉnh lưu cầu.
Yêu cầu mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất cao, ít phụ thuộc vào tải và độ
gợn của dòng điện (điện áp) nhỏ (ít mấp mô).
Khi chọn diode để chỉnh lưu cần quan tâm các thông số sau: dòng trung
bình, dòng cực đại, điện áp ngược cực đại và nhiệt độ môi trường.
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn 220vAC cho cuộn sơ cấp của máy biến áp, bên thứ cấp ta
thu được điện áp xoay chiều nhỏ phù hợp với tải. Giả sử ở nửa chu kỳ đầu A
dương B âm, Ds phân cực thuận và cho dòng đi từ A qua Ds qua tải và về âm B.
Giả sử ở nửa chu kỳ sau A âm B dương, Ds khoá không cho dòng đi qua tải như

vậy ở đầu ra của diode ta thu được nửa chu kỳ dương. Đây là điện áp sạc cho tải
(ắc quy) có dạng xung nhip.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
13
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
D D
C C
B B
A A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 7/28/2011 Sheet of
File: Sheet1.SchDoc Drawn By:
1uF
C103
Rt220V AC
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Hình 3.3 Giản đồ điện áp chỉnh lưu.

* Bộ lọc
- Bộ lọc xoay chiều: Trong mạch ta chủ yếu sử dụng tụ gốm để lọc các
thành phần cao tần gân nhiễu tới đầu ra khi UPS hoạt động.
- Sơ đồ nguyên lý bộ lọc
- Nguyên lý lọc: Như ta đã biết trở kháng của tụ được xác định là
Zc = 1/ ωc
Để các thành phần cao tần qua tụ C103 xuống mass thì trở kháng của tụ
phải đạt giá trị nhỏ nhất. Ở đây ω luôn không đổi do vậy giá trị điện dung phải
nhỏ thì mạch lọc càng hiệu quả
Giá trị trong mạch thực tế được chọn là 1 µF.
- Lọc một chiều:
Trong UPS các mạch sử dụng nguồn năng lượng dự trữ tương đối ổn định
nhưng có sự xuất hiện của máy biến áp sẽ gây nhiễu cho nguồn một chiều. Việc
sử lý nguồn nhiễu này cũng rất quan trọng. Các mạch lọc nhiễu chủ yếu là sử
dụng tụ một chiều đẻ san phẳng điện áp.
Trong mạch ta chủ yếu sử dụng tụ có giá trị từ 47 µF đến 220 µF.
* Các phương pháp nạp ắc quy tự động
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
14
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Có hai phương pháp nạp ắc qui là:
- Phương pháp dòng điện.
- Phương pháp điện áp.
Phương pháp dòng điện: là phương pháp nạp cho phép chọn dòng nạp
thích hợp với mỗi loại ắc quy, đảm bảo cho ắc quy được đầy. Đây là phương
pháp sử dụng trong các xưởng sửa chữa bảo dưỡng để nạp điện cho ắc quy hoặc
nạp sửa chữa ắc quy bị Sunfat hóa. Với phương pháp này ắc quy được mắc nối
tiếp nhau.
Nhược điểm của phương pháp nạp này là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu
ắc qui đưa vào nạp có dung lượng định mức. Để khắc phục nhược điểm này

người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện thay đổi hai hay nhiều nấc.
Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3 ÷ 0,6)
tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng nạp ở
nấc thứ hai là 0,1.
Phương pháp điện áp: là phương pháp nạp yêu cầu các ắc quy được mắc
song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính
bằng (2,3 ÷ 2,5) V cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp này có ưu điểm là thời gian
nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian. Tuy nhiên dùng phương pháp
này không được nạp đầy,vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là phương pháp
nạp bổ xung cho ắc quy trong quá trình sử dụng.
2.2.3. Khối điều khiển.
Trong khối điều khiển của UPS ta có thể sử dụng nhiều phương pháp điều
khiển khác nhau như dùng phần mềm điều khiển, các khoá điện tử (Transistor)
Nhưng có một phương pháp có thể sử dụng đơn giản hơn đó là điều khiển bằng
relay.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
15
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Relay là một linh kiện điều khiển đơn giản, nó dùng dòng điện cảm ứng
của cuộn dây để điều khiển các tiếp điểm cơ khí cấu tạo relay gồm có một lõi
sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm.
Hình 2.4 Hình dạng thực tế của Relay.
Nguyên lý hoạt động của Relay: khi cấp nguồn cho relay lúc này sẽ có
dòng chạy trong cuộn hút, cuộn hút sinh ra một từ trường. Từ trường này tác
động vào lõi thép, lúc này lõi thép trở thành một nam châm điện có cực tính
ngược với cực tính của lá thép gắn trên tiếp điểm. Do vậy tiếp điểm 1 ở vị trí
thường đóng được hút sang vị trí thường mở. 1 – 4 được nối ngắn mạch (nhờ lực
hút của nam châm lớn hơn lực đàn hồi của lò xo).
Khi ngắt nguồn cấp vào relay làm từ trường trong lõi thép mất đi, tiếp
điểm ở vị trí thường mở được kéo trở lại vị trí thường đóng nhờ lực kéo của lò xo.

2.2.4. Khối tạo dao động.
2.2.4.1 Bộ tạo dao động đa hài.
Bộ tạo dao động là điều rất quan trọng quyết định đến chất lượng của
UPS. Ở đây ta sử dụng mạch dao động đa hài tạo xung sau đó chuyển sang
khuyếch đại điện nâng cao biên độ trước khi đưa ra tầng khuyếch đại công suất.
Sơ đồ nguyên lý của bộ tạo dao động đa hài:
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
16
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Hình 2.5 Sơ đồ mạch tạo tần số dao động 50Hz.
Nguyên lý hoạt động: tác dụng của các linh kiện trong mạch: Q1,D1 có
tác dung ổn áp cho mạch tạo ra dòng và điện áp ổn định cho các transistor.
(Q2,Q3,Q4,Q5 C3, C4) tạo ra dao động, (Q5,Q6) tạo khuyếch đại đẩy kéo.
Giả sử ở nửa chu kỳ đầu của tín hiệu ra Q3, Q4, Q5 được kích mở khi đó
điện áp ở chân bazơ của Q2 sụt áp do đó Q2 không được kích mở đồng thời khi
đó có dòng qua Q5, làm sụt áp ở chân Bazơ của Q7. Q7 không được kích mở
.Q4 thông dòng qua bazơ Q6 ở ngõ ra ta có nửa tín hiệu ở nửa chu kỳ đầu.
Nửa chu kỳ sau của tín hiệu ra Q4, Q2 thông làm sụt áp trên Bazơ của Q3,
Q5 khi đó Q3, Q5 cấm áp ở bazơ Q7 có dòng qua Q7 ta được nửa chu kỳ sau
của tín hiệu ra.
2.2.4.2. Bộ tạo dao động dùng IC3524.
Sơ đồ mạch tạo dao động dùng IC 3524
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
17
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Hình 2.6 Sơ đồ mạch tạo dao động dùng IC 3524
Tín hiệu xung đầu ra được hoạt động nhờ tín hiệu điều khiển đầu vào
chân số 1 đầu ra IC 3524 có chức năng tạo dẫy xung vuông xác định trên hai
chân số 11 và 14. Các xung luôn đảo pha nhau 180
0

từ đó đưa đến tín hiệu đến h
tầng công suất. Tần số được điều chỉnh bằng biến trở nối với chân 6 để tạo tần
số từ 50Hz đến 400Hz.
2.2.5. Khối khuếch đại công suất, nghịch lưu.
Trong thực có rất nhiều cách khuếch đại tín hiệu. Qua tìm hiểu và nghiên
cứu chúng em xin giới thiệu một số mạch khuếch đại công suất được sử dụng
trong thực tế
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
18
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại công suất (mạch 1).
Giải thích: Điểm số 1 nối với đầu ra của mạch tạo dao động.
Điểm số 2 nối với đầu ra của mạch tạo dao động.
Điểm số 3 nối với chân số 7 của relay còn lại.
Điểm số 4 nối với chân số 8 của relay còn lại.
Nguyên lý hoat động: khi đầu vào IN PUT mất nguồn 220V AC. Hai tiếp
điểm (5 -1) của relay1 trở về vị trí thường đóng cấp nguồn 12V DC cho mạch
tạo dao động. Lúc này mạch dao động đa hài gồm: Q2,Q3,C3,C4,R2,R4 hoạt
động đưa tín hiệu sang bộ khuếch đại đệm gồm Q4, Q5, R9, R10, R11, R12 để
nâng cao biên độ. Tín hiệu này tiếp tục được khuếch đại nâng cao biên độ một
lần nữa tại Q6, Q7. Sau khi tín hiệu được nâng cao biên độ thì đưa qua hai điện
trở R17, R18 vào hai cực bazơ của bộ khuếch đại công suất với chu kỳ như hình vẽ.
Giả sử nửa chu kỳ đầu B1 dương B2 âm làm Q1, Q2, Q3, Q4 phân cực
thuận, Q5, Q6, Q7, Q8 phân cực ngược. Lúc này điện áp 12v DC từ ắc qui chảy
qua cuộn sơ cấp của máy biến áp, qua Q1, Q2, Q3, Q4 về 0v DC của ắc qui. Khi
có dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp, làm cuộn sơ cấp sinh ra một từ trường, từ
trường này móc vòng sang cuộn thứ cấp. Theo định luật cảm ứng điện từ Jun
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
19
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS

Lenxer bên cuộn thứ cấp xuất hiện một dòng điện có biên độ lớn chảy trong
cuộn thứ cấp. Dòng điện này có dang giống tín hiệu đưa vào cực B1.
Tương tự như vậy ở nửa chu kỳ sau B1 âm B2 dương làm cho Q1, Q2,
Q3, Q4 khóa. Q5, Q6, Q7, Q8 mở cho điện áp 12v DC chay qua nửa còn lại của
cuộn sơ cấp, qua Q5, Q6, Q7, Q8 về 0v của ắc qui, bên thứ cấp ta thu được nửa
còn lại của chu kỳ. Như vậy ở đầu ra của biến áp xuất hiện một điện áp đầy đủ
cả hai nửa chu kỳ âm và dương. Điện áp này được đưa qua hai cặp tiếp điểm
thường đóng (1–5), (2–6) và đưa đến đầu ra của UPS cung cấp cho tải.
Khi có nguồn 220v AC đưa vào đầu IN PUT của UPS ngay lập tức relay1,
relay2 được cấp nguồn (7–8) tách các tiếp điểm thường đóng (1–5) của relay1,
(1 –5) (2–6) của relay2. Làm cho mạch dao động ngừng hoạt động. Nguồn 220v
AC từ đầu INPUT đưa qua hai tiếp điểm (3–5), (4–6) cấp ra tải. Như vậy khi
mất điện hoặc có điện UPS luôn hoạt động duy trì cho tải ở trạng thái hoạt động
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý bộ khuếch đại công suất (mạch 2).
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
20
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Tín hiệu đầu ra bộ dao động luôn luôn đảo pha 180
0
được đưa lần lượt tới
2 đầu bộ khuếch đại, nhờ vậy hai transistor thay phiên nhau hoạt động. Giả sử
tại nửa chu kỳ đầu transistor 1 thông sẽ có dòng chạy qua cuộn L1 qua transistor
về mass, tương tự như vậy tại nửa chu kỳ tiếp theo transistor 2 thông sẽ có dòng
chạy qua cuộn L2 qua transistor về mass. Biến áp có chức năng nâng điện áp lên
mức cần thiết để cấp cho tải
Biến áp tăng áp.
Hình 3.9 Biến áp tăng áp thực tế trong mạch.
Với biến áp tăng áp thì cuộn sơ cấp lại là cuộn có số vòng ít nhưng dòng
qua nó rất lớn do vậy nó sinh ra nhiệt trong quá trình hoạt động. Để đảm bảo
tuổi thọ của biến áp và độ an toàn khi sử dụng chúng ts phải quấn cuộn sơ cấp

bên ngoài cuộn thứ cấp nên ta phải quấn thứ cấp trước.
Cách tính cuộn thứ cấp tương tự cuộn hạ cấp cuộn sơ cấp.
Xác định điện áp hiệu dụng:
Uhd = 12∕√2 ≈ 8v
Số vòng =K*8∕S
Kích cỡ dây quấn tùy vào yêu cầu công suất mà ta lựa chọn kích cỡ dây
quấn.
VD: Ta sử dụng 4 transistor công suất trên 1 vế tương ứng với 15A trên 1
vế ta sử dụng dây là 1,5mm tức là 10% công suất transistor.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
21
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
CHƯƠNG 3: TIẾN HÀNH LẮP RÁP BỘ NGUỒN UPS
Xuất phát từ nhu cầu thực tế do nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng gia tăng
mà khả năng cung cấp của các nhà máy điện chưa đáp ứng kịp nên hiện tượng
mất điện xẩy ra liên tục. Chính vì vậy em đã thiết kế mô hình cung cấp nguồn
điện dự phòng cho các hộ gia đình, đáp ứng nhu cầu cung cấp các thiết bị điện
sinh hoạt tối thiểu (bóng đèn, quạt, cửa cuốn…)
Quá trình thiết kế sử dụng những mạch sau:
3.1 Giới thiệu chung
3.1.1. Mạch tạo dao động
Sơ đồ nguyên lý
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
22
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
- Ưu, nhược điểm:
Mạch gồm 3 khối chính mạch nguồn ổn áp, mạch dao động đa hài, mạch
khuếch đại đẩy kéo
Mach được cung cấp nguồn thông qua mạch nguồn ổn áp: do sử dụng
diode lấy mẫu nên việc bao vệ mạch rất hiệu quả,dòng ổn áp đươc lấy qua

transistor nên không gây ra sốc điện cho mạch dao động, nhược điểm lớn nhất
của mạch là không sử dụng cho tải có yêu cầu lớn về dòng điện.
Mạch dao động đa hài rất thông dụng, rễ ràng lắp giáp và sửa chữa, giá
thành thấp, độ ổn định tương đối cao. Bên cạnh đó nó còn có nhược điểm: kích
thước mạch tương đối lớn đòi hỏi người thực hiện phải cẩn thận chính xác.
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
23
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
Mạch khuếch đại công suất mắc đẩy kéo: là mạch khá phổ biến trên thực
tế. Nó có khả năng cung cấp đủ công xuất cho người thiết kế, đáp ứng được nhu
cầu về pha của tín hiệu. Có tuổi thọ cao hơn so với các loại mạch công suất lớn
khác nhưng nó có nhược điểm :có độ méo tín hiệu nếu ta không chọn chế độ làm
việc thích hợp cho mạch. Không có khả năng tích hợp
3.1.2. Khối khuếch đại công suất, nghịch lưu.
Sơ đồ nguyên lý
- Ưu, nhược điểm:
Transistor D718 rất thông dụng cho dòng lớn khoảng 16A, mạch điện đơn
giản dễ lắp đặt
3.1.3 Khối điểu khiển
Do nhu cầu sử dụng trong sinh hoạt không đòi hỏi thời gian chuyển mạch
nhanh nên chúng ta có thể sử dụng relay với thời gian đáp ứng từ 0,2s÷1s, relay
có thể điều khiển trực tiếp bằng cả 2 loại tín hiệu điện 12v và 220v
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
24
Trường Đại học SPKT Hưng Yên Đồ án thiết kế Hệ thống cấp nguồn UPS
1
1
2
2
3

3
4
4
D D
C C
B B
A A
=sheetnumber
=organization
=address1
=address2
=address3
=address4=sheettotal
=title
=documentnumber =revision
=CurrentDate =CurrentTime
=DocumentFullPathAndName
Title
Size: Number:
Date:
File:
Revision:
Sheet ofTime:
A4
C1815
Q1
C1815
C1815
C1315
C1315

12
LED
D4148
D
103p
C
250V- 1mF
103p
C
C
1nF1nF
330
R
4,7K220 220
100
100
8,2K 8,2K
10K
10K
1K
D001
1K
220
220
220
1,5K
R
1,5K
47K
D718

D718D718D718D718
AC
2
V+
1
AC
4
V-
3
D?
BIEN AP KICH
RELAY
Ð
Ðèn báo
A671
Q 7
+12 Acquy
+12v
7nF
47K
47K
OUTPUT
D718 D718 D718
220v AC
AAcquy
DS BIEN AP HA AP
Relay 1
Relay 2
220
A671

Q2
Q3
Q6
Q4
Q9 Q10Q8 Q11
Q12 Q13 Q14 Q15
Q5
AC
2
V+
1
AC
4
V-
3
D?
WS
2
4
1
3
7 8
5
6
3 5
1
4
2
6
7 8 INPUT

220V AC
Học viên thực hiện: Nguyễn Đình Cường
4.2. Sơ đồ lắp ráp.
25