精品UPS電源打造全記錄——采用數字逆變器和鎳氫電池組

炎熱的夏季，是停電的高峰期。一旦停電，調星只好停止；正在錄制中的衛星電視節目，因突然停電而中斷；急著上網查詢衛星數據，也因停電而中止。而備用的小容量逆變器又無法帶動接收機或電腦、電烙鐵等用電器，尋星、摩機等活動都只好停止。但是，我們如果有一個稱心如意的逆變器，上述的一切工作在停電時也可照常進行。

其實，筆者多年來曾用過幾種高中低檔次的500W UPS電源，號稱500W的功率實際上只能托動200W電器，而且大部分都是采用笨重的變壓器逆變升壓方式，效率低，電路自耗電很大。同時電池都是采用免維護鉛酸蓄電池，其壽命僅有1~2年，很不方便使用。因此筆者萌發了制作高效數字不間斷UPS電源的設想，經業余的設計制作，終獲成功，現將制作詳情介紹如下。

1、UPS外殼的選擇和整機布局

由于電池采用在號鎳氫電池組合，其組合形狀是隨意的，故UPS外殼的形狀就有很大的隨意性，不必照搬市售UPS那個老掉牙的直立型外型，所有廢棄的 DVD、VCD、磁帶錄像機等機殼，只要外觀好看，都可以用來作UPS電源外殼。筆者采用的是早期港產的K926遠程無繩電話座機外殼，外觀十分漂亮，原外殼上所有的開關，指示燈孔、滑鍵電位器等全部用上，更絕的是原面板上有一插子機電池的充電窗口，竟剛好嵌進一塊 DM20302數字電壓表頭。機后面有市電輸入，12V直流輸出和保險座以及220V輸出座2個。這兩個220V輸出座是供臺式電腦主機和顯示屏電源插頭用的。12V直流輸出是供衛星接收機直流和小型液晶顯示屏直接用電用的。機內布局，它包括兩組并聯電池組、數字逆變組件、開關電源、散熱風扇以及充電和繼電控制五部分。機內合理的布局可使工作時產生的熱量迅速散發出機外。

2、華田350W數字逆變器組件

這是一種全新概念的數字式逆變器組件，它具有體積小、重量輕、效率高達90%的優勢。其工作原理為：12V電池直流電經31KHZ高頻開關電路后升壓成 240V高頻交流電，交流電經整流濾波后得到約270V直流高壓。該直流高壓輸入受控于50HZ的橋式功率輸出電路時，被變換成220V 50HZ的交流電壓。因此該數字逆變器省去了傳統逆變器中重約2公斤的電源變壓器，使整個組件僅有360克重。該組件有輸入過流欠壓保護，輸出短路保護以及電池低壓報警，電池9.5V自動停機、溫度保護等多種功能，故組件在工作中損壞率極低。組件空載電流在200MA以下，比起傳統逆變電路600MA以上的空載電流來，電池的負擔減少了許多。

3、東明DM2302三位半數字電壓表頭

這是一款專為0~20V直流電壓顯示用的紅色高亮LED電壓表頭，其精度可調。其中有一精密多圈電位器，在表的測試端輸入一標準10V直流電壓（可用 TL431穩壓10V獲得）信號，然后調整這個精密多圈電位器使表頭顯示10V即可。這樣會在0~20V范圍的顯示中具有良好的線性特性。該表在自制的 UPS電源中用來直接顯示電池在充電和逆變放電過程中電壓的變化情況，比起一般UPS設置的220V指示表頭更有意義，因為電池才是直接影響逆變器輸出的重要因素。

4、開關電源

該開關電源是原康派筆記本用的充電電源，體積小巧輕薄，輸出為18V/2A。該開關電源在自制UPS中起著向電池充電和對控制電路供電的作用，但對12V鎳氫電池充電時需將其輸出電壓改為14.55V，以同時適合控制電路的供電要求。

5、騏源MP-DX10-7AH鎳氫電池組

自制UPS電源不再使用傳統的免維護鉛酸蓄電池，而采用了耐用的鎳氫電池組。該電池組每組采用10節大號鎳氫電池串連而成，為增加對電的儲備量，本機采用了兩組電池并聯供電方式，實測總電量為12AH，其電池內阻低于18毫歐以下，一點也不比鉛酸電池差，適合大電流放電。很多人都以為UPS選用鎳氫電池成本太高，這也是目前市場專搞低檔產品的怪圈對人們造成的錯誤看法。其實通過對照可以看出鎳氫電池有比免維護鉛酸蓄電池更高的性價比。

從中看出，鎳氫電池市場價是同容量鉛酸電池的2.5倍。但使用壽命是鉛酸電池的3倍以上，而且鎳氫電池在重量和體積方面也占有很大優勢。鉛酸電池同種容量的體型固定不變，這給使用電器的機殼制造UPS帶來很多不便，而鎳氫電池組是由多節單電池組合而成，它的組合型形狀可千變萬化，可按不同機殼而改變組合形狀，這是免維護鉛酸蓄電池無法相比的。

6、繼電和充電控制電路

用一塊萬能電路板設計組裝的繼電和充電控制電路，它的作用是將充電器和電池、電池和逆變器、逆變器220V輸出和市電220V輸出和市電220V輸入有機的結合成一體，組成一個完整的UPS不間斷電源。K1是受繼電器控制的用作逆變220V和交流市電220V轉換輸出的電路，其動作原理為，當有市電輸入時，K1吸合，并向輸出的220V電壓迅速連接到輸出插座上。在以上兩個轉換動作中，要求K1釋放和吸合時間要達到50毫秒以下，才能確保輸出座上連接的各種電器（電腦、電視等）不掉電，能安全平穩的工作。要使K1轉換時間達到50毫秒以下，就是繼電控制器的功能。兩個轉換動作中，較難處理的是K1釋放時間。關于充電控制電路：由于鎳氫電池的充電特性與免維護鉛酸蓄電池大不一樣，不能象鉛酸電池一樣可以長期充電。鎳氫電池必須用TL431來確定鎳氫電池的滿電電壓14.25V，并在充滿電后采用可控硅電路斷開充電電路。

由于所采用的開關電源最大電流為2A，很適合用來對12AH的鎳氫電池進行充電，當電池用盡時，再次充滿需約7小時。開關電源、允電控制和繼電控制都是有市電時才工作，而當停電后自動轉換為逆變組件工作時，以上電路皆不滿耗電池能量，這是一種省電的設計方案。在有市電時，逆變器組件工作在空載狀態，這是為了在突然停電時能一觸即發。停電時，UPS整機無負載功耗為：逆變組件功耗150MA+音樂電路30MA=330MA，輸出電路中0.22μF和10MH 兩個器件是防止在電視屏上產生黑線干擾而加的，若未發現有干擾，可不用這兩個器件。

7、自制350W數字式UPS使用情況

本機電池儲量為12V*12AH=14WH，按效率90%計算，在使用逆變220V電壓時，輸出端應有144AH*90%≈130WH，實測時采用220V 40W燈作負載，共使用了3時15分。

8、自制數字式UPS與市售UPS對比

在兩種UPS體積相差不大的情況下，市售機型去重2KG。兩種UPS體積相差不大，但自制機實際輸出電量要高出市售機一倍多。