精品UPS电源打造全记录——采用数字逆变器和镍氢电池组

炎热的夏季，是停电的高峰期。一旦停电，调星只好停止；正在录制中的卫星电视节目，因突然停电而中断；急着上网查询卫星数据，也因停电而中止。而备用的小容量逆变器又无法带动接收机或电脑、电烙铁等用电器，寻星、摩机等活动都只好停止。但是，我们如果有一个称心如意的逆变器，上述的一切工作在停电时也可照常进行。

其实，笔者多年来曾用过几种高中低档次的500W UPS电源，号称500W的功率实际上只能托动200W电器，而且大部分都是采用笨重的变压器逆变升压方式，效率低，电路自耗电很大。同时电池都是采用免维护铅酸蓄电池，其寿命仅有1~2年，很不方便使用。因此笔者萌发了制作高效数字不间断UPS电源的设想，经业余的设计制作，终获成功，现将制作详情介绍如下。

1、UPS外壳的选择和整机布局

由于电池采用在号镍氢电池组合，其组合形状是随意的，故UPS外壳的形状就有很大的随意性，不必照搬市售UPS那个老掉牙的直立型外型，所有废弃的 DVD、VCD、磁带录像机等机壳，只要外观好看，都可以用来作UPS电源外壳。笔者采用的是早期港产的K926远程无绳电话座机外壳，外观十分漂亮，原外壳上所有的开关，指示灯孔、滑键电位器等全部用上，更绝的是原面板上有一插子机电池的充电窗口，竟刚好嵌进一块 DM20302数字电压表头。机后面有市电输入，12V直流输出和保险座以及220V输出座2个。这两个220V输出座是供台式电脑主机和显示屏电源插头用的。12V直流输出是供卫星接收机直流和小型液晶显示屏直接用电用的。机内布局，它包括两组并联电池组、数字逆变组件、开关电源、散热风扇以及充电和继电控制五部分。机内合理的布局可使工作时产生的热量迅速散发出机外。

2、华田350W数字逆变器组件

这是一种全新概念的数字式逆变器组件，它具有体积小、重量轻、效率高达90%的优势。其工作原理为：12V电池直流电经31KHZ高频开关电路后升压成 240V高频交流电，交流电经整流滤波后得到约270V直流高压。该直流高压输入受控于50HZ的桥式功率输出电路时，被变换成220V 50HZ的交流电压。因此该数字逆变器省去了传统逆变器中重约2公斤的电源变压器，使整个组件仅有360克重。该组件有输入过流欠压保护，输出短路保护以及电池低压报警，电池9.5V自动停机、温度保护等多种功能，故组件在工作中损坏率极低。组件空载电流在200MA以下，比起传统逆变电路600MA以上的空载电流来，电池的负担减少了许多。

3、东明DM2302三位半数字电压表头

这是一款专为0~20V直流电压显示用的红色高亮LED电压表头，其精度可调。其中有一精密多圈电位器，在表的测试端输入一标准10V直流电压（可用 TL431稳压10V获得）信号，然后调整这个精密多圈电位器使表头显示10V即可。这样会在0~20V范围的显示中具有良好的线性特性。该表在自制的 UPS电源中用来直接显示电池在充电和逆变放电过程中电压的变化情况，比起一般UPS设置的220V指示表头更有意义，因为电池才是直接影响逆变器输出的重要因素。

4、开关电源

该开关电源是原康派笔记本用的充电电源，体积小巧轻薄，输出为18V/2A。该开关电源在自制UPS中起着向电池充电和对控制电路供电的作用，但对12V镍氢电池充电时需将其输出电压改为14.55V，以同时适合控制电路的供电要求。

5、骐源MP-DX10-7AH镍氢电池组

自制UPS电源不再使用传统的免维护铅酸蓄电池，而采用了耐用的镍氢电池组。该电池组每组采用10节大号镍氢电池串连而成，为增加对电的储备量，本机采用了两组电池并联供电方式，实测总电量为12AH，其电池内阻低于18毫欧以下，一点也不比铅酸电池差，适合大电流放电。很多人都以为UPS选用镍氢电池成本太高，这也是目前市场专搞低档产品的怪圈对人们造成的错误看法。其实通过对照可以看出镍氢电池有比免维护铅酸蓄电池更高的性价比。

从中看出，镍氢电池市场价是同容量铅酸电池的2.5倍。但使用寿命是铅酸电池的3倍以上，而且镍氢电池在重量和体积方面也占有很大优势。铅酸电池同种容量的体型固定不变，这给使用电器的机壳制造UPS带来很多不便，而镍氢电池组是由多节单电池组合而成，它的组合型形状可千变万化，可按不同机壳而改变组合形状，这是免维护铅酸蓄电池无法相比的。

6、继电和充电控制电路

用一块万能电路板设计组装的继电和充电控制电路，它的作用是将充电器和电池、电池和逆变器、逆变器220V输出和市电220V输出和市电220V输入有机的结合成一体，组成一个完整的UPS不间断电源。K1是受继电器控制的用作逆变220V和交流市电220V转换输出的电路，其动作原理为，当有市电输入时，K1吸合，并向输出的220V电压迅速连接到输出插座上。在以上两个转换动作中，要求K1释放和吸合时间要达到50毫秒以下，才能确保输出座上连接的各种电器（电脑、电视等）不掉电，能安全平稳的工作。要使K1转换时间达到50毫秒以下，就是继电控制器的功能。两个转换动作中，较难处理的是K1释放时间。关于充电控制电路：由于镍氢电池的充电特性与免维护铅酸蓄电池大不一样，不能象铅酸电池一样可以长期充电。镍氢电池必须用TL431来确定镍氢电池的满电电压14.25V，并在充满电后采用可控硅电路断开充电电路。

由于所采用的开关电源最大电流为2A，很适合用来对12AH的镍氢电池进行充电，当电池用尽时，再次充满需约7小时。开关电源、允电控制和继电控制都是有市电时才工作，而当停电后自动转换为逆变组件工作时，以上电路皆不满耗电池能量，这是一种省电的设计方案。在有市电时，逆变器组件工作在空载状态，这是为了在突然停电时能一触即发。停电时，UPS整机无负载功耗为：逆变组件功耗150MA+音乐电路30MA=330MA，输出电路中0.22μF和10MH 两个器件是防止在电视屏上产生黑线干扰而加的，若未发现有干扰，可不用这两个器件。

7、自制350W数字式UPS使用情况

本机电池储量为12V*12AH=14WH，按效率90%计算，在使用逆变220V电压时，输出端应有144AH*90%≈130WH，实测时采用220V 40W灯作负载，共使用了3时15分。

8、自制数字式UPS与市售UPS对比

在两种UPS体积相差不大的情况下，市售机型去重2KG。两种UPS体积相差不大，但自制机实际输出电量要高出市售机一倍多。