随着南非电力负荷的频繁减少，在家里找一个离线电源已经成为一种必要。新利18官网appSimon Brumble，模拟设备公司的工程师展示了如何使用汽车电池作为备份源来构建家庭UPS。电池连接到一个buck-boost转换器，产生稳定的12v 5a电源为Wi-Fi路由器供电，以及一个6,5 V 1.5 a buck转换器为手机充电。
为您的家庭提供不间断电源(UPS)
随着世界变得更加先进，我们对电力的依赖变得更加严重。停电可以使最复杂的家庭变得非常原始，本文描述了一种不受干扰的设计，它可以保持家庭最基本的服务:Wi-Fi。
图1中的电路是出于需要而设计的。在2022年初能源危机迫在眉睫、世界和平岌岌可危的情况下，它的设计目的是在停电的情况下保持家庭Wi-Fi畅通。虽然这可能被视为第一世界的问题，但普通Wi-Fi路由器重启需要两分钟以上的时间，如果在电话会议中停电，这可能看起来像一个永恒。即使是很小的下降也会引起大问题。本家用不间断电源设计为Wi-Fi接入点提供12v 5a电源
电路如图1所示。这个设计的备用电源是从一个废弃场里以略低于R400的价格购买的一个很受欢迎的汽车电池。LTC3789是一种四开关buck-boost转换器，从高于或低于该电压的输入端提供恒定的12 V电源，具有极高的效率。它的评估套件从5v到36v的输入电压中提供5a的12v电压，所以它可以不用修改就使用。由于Wi-Fi路由器只需要1a电压，这个评估套件可以同时为许多其他需要12v电压的电器供电。
移动电话在大约600毫安时需要6,5伏电压，因此选择LT8608来提供低噪声和高效率的导轨，其极低的静止电流为2.5 μA。LT8608和LTC3789的最大输入电压分别为42 V和38 V，因此它们直接连接到汽车电池，以获得最高的电路效率。
一些成本较低的电池充电器如果没有正确地连接到电池，就会产生高电压，因此电池不能充分吸收充电电流。因此，如果充电器与电路的连接很好，但与电池的连接很差，就会产生可能损坏电子器件的电压。LTC3789和LT8608较宽的输入电压范围缓解了电池充电器连接时产生高压的担忧。该电路可以在电池充电器永久连接或不连接的情况下运行。然而，在不通风的房间里永久连接电池充电器的安全性取决于所使用的电池和充电器的类型。
电路的智能部分由LTC4416提供。这是一个双理想二极管，负责主电源电压和备用电源之间的切换。LTC4416包含一个精确比较器，当主电源发生故障时，它可以使用四个外部p通道mosfet (pfet)切换到备份电源。
该电路的一种更简单的形式是双二极管或配置，其中两个二极管的阴极连接，主电源和备用电源连接到阳极。然而，该电路只提供两个电源中最高的一个到阴极的输出端，并在二极管上产生0.6 V的损耗。用pfet代替二极管可以设计出更有效的电路。测量FET体二极管的压降，如果超过某个阈值，FET接通，从而使体二极管短路。如果这个电压降为负，到pet的驱动器被移除，体二极管阻止反向电流。因此，一个理想的二极管已经被创造，具有低的正向压降和反向阻塞。如图2所示。
有了这个电路，每个pet的体二极管从输入点到输出点，所以如果一个输入电压比另一个高600 mV以上，这个体二极管将导电。因此，如果备用电源恰好高于主电源，负载的功率将由备用电源提供，这是不可取的。反转PFET阻止了这个问题，但如果输出电压高于输入电压超过600 mV，则体二极管导通。
一个更清晰的解决方案是向每个路径添加一个额外的PFET，如图3所示。在该电路中，两个体二极管相互对立，因此当fet关闭时，该电路提供双向开路，并隔离每个通道，而不管输入或输出电压。
对于12v电路，LTC4416 (DC1059A)的评估套件被修改为1117 V的切换电压，R3使用100 kΩ电阻，R1使用10 kΩ + 2,2 kΩ电阻。这工作得很好，但我们发现Wi-Fi接入点需要精确的12v电源，有时当主12v电源重新打开时，它会重新启动。这是由于电压阶跃
移动电话电路与电源步骤更加一致，因此R15由一个22 kΩ + 10 kΩ电阻组成，提供了一个5 V的开关电压。
波形如图4所示。绿色的轨迹显示LTC4416的12v输出，红色的轨迹显示墙壁立方体的12v输出，蓝色的轨迹显示汽车电池电压。当示波器为直流耦合时，不存在对绿色轨迹的干扰。切换到交流耦合时，当市电12v连接(600毫秒)和断开(5,8秒)时，几乎没有干扰。具有讽刺意味的是，当市电12v连接时，这条轨道上的噪声明显更高，表明来自墙立方体输出的噪声高于来自LTC3789的噪声。
完整电路的照片如图5所示。
未来修改
前面提到的电路需要切断墙板上的电缆，以便UPS串联插入。一个更简洁的解决方案是，用汽车电池产生340 V DC电压，并将其插入扩展插座，然后将墙上的立方体插入扩展插座。由于所有墙壁立方体内部的电路都包含一个整流器，所以这个电压是交流电压还是直流电压都无关紧要。然而，从一个12v的电池产生340v电压的损耗，以及在墙壁立方体内部降低电压所产生的损耗，意味着低电压电路将会更加有效和简单，即使这意味着切断墙壁立方体的电缆。
LTC4416评估套件包括led，可以指示是否使用了主电源或备用电源，这些可以很容易地连接到外部套管。另一个有用的附加功能是一个按钮开关，可以人为地将LTC4416的使能引脚拉低，以测试切换功能。
该电路经过了广泛的测试，并发现具有优异的性能。对于高电流，n通道理想二极管是可用的。LTC4416是模拟设备公司提供的众多理想二极管和热插拔器件的一部分。
结论
本文描述的电路演示了一个简单的家用不间断电源的设计，它可以在停电的情况下保持各种家用电器的运转。没有理由这个电路不能修改使用更强大的mosfet和更大的电池，以增加输出功率和更长的备份寿命。
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