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1、 目录一、 UPS 总结构框图7二、 单元电路设计 72.1 降压并滤波 82.2 整流电路 82.3 稳压电路给蓄电池充电92.4、逆变器及逆变电路92.4.1逆变器采用正弦波 PWM 逆变器方式102.4.2 逆变电路112.5 斩波电路信号的产生122.6 变压器变压并滤波输出132.7 UPS 切换开关14三、课程设计总结及心得体会15四、参考文献17五、总体电路图18六、课程设计评分表192一、 UPS 总结构框图：UPS 结构图如下图所示，为在线式 UPS 的原理框图，其基本原 理是，当市电正常时，从输入端输入 220V 电压，经过变压器将电 压变小，在滤去杂波，整流成直流电压，经
2、过斩波和稳压给蓄电池 充电，以保证蓄电池充足的电量，再经过 PWM 逆变电路将直流变为 交流，经过升压变压器变为所需要的电压，在用交流滤波滤去杂波。 一旦市电发生变化或者停电，就由蓄电池工作，代替整流器输出直 流电，经逆变成恒压恒频的交流，因此供电不受市电停电的影响。 。在线式 UPS 无论市电是否正常，其功率流程都是 “市电滤波 一整流滤波(掉电时为电池)-逆变器-静态开关-输出” 。只有当逆变 器发生故障或过负荷时,才通过静态转换开关切换到市电旁路，其 功率流程是 “市电-静态开关-输出” 。有的用户还备有柴油发电机， 可以在市电停电 5-10 秒之内投入 到 UPS 电源的输入端，可以在
3、 长时间停电的情况下向用户提供高质量的正弦波 电源。 UPS 应包含交流滤波器，整流器，斩波器，稳压器，逆变器等 等器件和线路。图 1、UPS 结构原理图3二、 单元电路设计：2.1 降压并滤波图如下，从电网上输入 220V 交流电，经过变压器将电压降低， 再经过交流滤波器 L5，C10 把杂波滤去。T1 交交220交交L5 IN D UC TO RC 10 C AP图 2 变压器与交流滤波2.2 整流电路变压器 T1 交流电输入，经过整流电路将电压转换成直流给蓄电池充电，采用升压斩波方式，由于整流电路出来的电压含有较大的纹波，电压质量不太好，故需要进行滤波。本电路采用 RL 低通滤波器（通过
4、串联一个电感 L1，滤除电流的高次谐波，并联一个电容C1 滤除电压的高次谐波） ，以减小纹波电路，如图 3 所示，这是一种能够抑制输入高次谐波干扰及改善功率因子的电路，采用 PWM 控制方式，由 SG3525 的管脚 1 跟踪控制，采用这种控制方式，能使输入电流为正弦波，而输入功率因子接近于 1.由图可知，经二极管整流桥整流成直流。Q1 导通时，电路 C1 放电，电感 L1 储存能量，Q1 关断后，电感释放能量，给电容充电及给负载提供能量。同时，4整流电路前设置个熔断器可以有效保护电路及其元器件不被损坏。1234D 1-D4 BRIDG E1C1CAPD 5D IO DEL1IN D UCTO
5、 RQ 1PIG BTF1FU SE1图 3 整流与斩波电路2.3 稳压电路给蓄电池充电如下图，斩波出来的电进入 LM137 后进行稳压，LM137 的接地 管脚连一个三极管，输出端 3 连两个电阻用来保护电路，后直接接 二极管给电池充电，以连续的供给电流。BTC2 CAPD 6D IO DER2 RES2R1 RES2R3 RES2V in1GND2V out3 U 1LM137Q 2 N PN交交 交交交交 交交图 4 稳压充电电路52.4、逆变器及逆变电路2.4.1 逆变器采用正弦波 PWM 逆变器方式图 5 所示为正弦波单相全桥逆变器电路。各个 IGBT 的栅极信号为 180 度正偏，
6、180 度反偏，并且 V1 和 V2 的栅极信号互补，V3与 V4 栅极信号互补，控制方式采用三角波 PWM 方式，但 UPS 负载一般为电容输入型，因输出电流峰值高，使输出电压波形畸变，为此要采取相应措施。目前采取措施是通过提高载波频率，加快控制响应，并应用瞬时波形控制方式使输出电压接近正弦波。图 5 中直流侧经逆变器后，再接变压器 T2 的一次侧线圈，由变压器二次侧线圈输出。V 2 PIG BTV 1 PIG BTV 4 PIG BTV 3 PIG BTV D1 D IO DEV D2 D IO DEV D3 D IO DEV D4 D IO DEC4 CAPC5 CAPL2IN D UC
7、TO R交 交 交 交 交交 交 交 交 交图 5 正弦波逆变器电路62.4.2 逆变电路SG3524 为逆变器的核心电路如图 6 所示：逆变频率由 R17和 C7以及 SG3524 片内振荡器决定。SG3524 的 11 和 14 脚的驱动输出由9 脚的高电位决定。逆变电路工作后，在整流和逆变输出成正比的电压，调节 R8 的大小，C15滤波，回馈回 SG3524 的 1 脚，作为比较电压同 2 脚的基准电压进行比较，改变 11 和 14 脚输出波形的占空比，使逆变器输出的电压稳定在 220V。逆变原理分析：IGBT 的 G 极触发脉冲由 SG3524 的 11，14 脚提供。T2，T5 同时
8、触发，T3，T4 同时触发。当 T2，T5 触发时，交流输出电压上正下负；T3，T4 触发时，交流输出电压上负下正。当T2，T5 关断后，由于有电感存在，电流通过 D7,D10 续流，当T3,T4 关断后，由,D8,D9 来实现续流。电路中的电容 C5 和电感 L2不仅能限制电压、电流的跃变，还能为阻感负载提供无功能量。SG3524 的基准源属于常规串联式直流稳压电源，它由集成块内部的谐波发生器，PWM 比较器等组件向外提供 5V 的工作电压。由振荡器先产生 0.6V3.5V 的锯齿波电压 Vj,再变换成矩形波电压，送至触发器、或非门，并由管脚 3 输出。SG3524 的工作原理：开关电源输出
9、电压经取样处理后送至放大器的反向输入端，与基准电压比较后，将产生的误差电压送到 PWM比较器的一个输入端，另一端接至锯齿波发生器，由此可控制 PWM的脉宽调制信号，最后依次通过或非门 HF1,HF2 功率放大器VQ1,VQ2 输出。7R9RES2R11RES2R4RES2R16RES2R8RES4C712VV ERTCTSEN-SEN+SDIN -IN +REFCOM PNO SC/SY N C CACB EAEB G RO UN D14811131239161521104 57 6R17RES2R15RES2C16CAPR8RES2C15CAPSG 35245V图 6 SG3524 逆变电路
10、2.5 斩波电路信号的产生此电路主要用来驱动 IGBT 斩波。产生 PWM 信号有很多方法，但归根到底不外乎直接产生 PWM 的专用芯片、单片机、PLC、可编程逻辑控制器等本电路采用直接产生 PWM 的专用芯片 SG3525.该芯片的外围电路只需简单的连接几个电阻电容，就能产生特定频率的PWM 波，通过改变 IN+输入电阻就能改变输出 PWM 波的占空比，故在 IN+端接个可调电阻就能实现 PWM 控制。为了提高安全性，该芯8片内部还设有保护电路。它还具有高抗干扰能力，是一款性价比相当不错的工业级芯片。为了减少不同电源之间的相互干扰，SG3525 输出的 PWM 经过光电耦合之后才送至驱动电路
11、。其电路图如下图 7 所示：O SCO UTRT D ISCCM PENG NDV CC V CO UT A O UT BSS SDV REFIN +SY NCIN -交交交交交5.1V交交15V 交交15V交交R12R13R14C8CAPCTU 4O PTO TRIA CR15 PO T15.1VD 11D 12+C9Q 2 N PNQ 1 N PNR16 RES2R15 RES2交交15v交交交1311 14158 1012129576316 4SG 5325图 7 斩波 IGBT 驱动电路 工作原理：通过 R12、R13、C8 结合 SG3525 产生锯齿波输入到SG3525 的振荡器。
12、其产生的 PWM 信号由 OUTA、OUTB 输出，调节 R15 可以改变占空比。输出的 PWM 信号通过二极管 D6、D7 送至光电耦合器 U4，光耦后通过驱动电路对信号进行放大。放大后的电压可以直接驱动IGBT。此电路具有信号稳定，安全可靠等优点。因此他适用于中小容量的 PWM 斩波电路。92.6 变压器变压并滤波输出经过逆变后的交流电因为没有达到需求的电压，在经过变压器T2 的变压，输出的交流电高次谐波量较大，于是再采用一个交流滤波器进行滤波，使输出的交流电稳定于所需电能。C6CAPL4INDUCTOR L3INDUCTORT2TRANS1交 交 交 交图 8 变压滤波2.7 UPS 切
13、换开关UPS 的切换开关是控制 UPS 电源和旁路电源供电的一种交流开关，当市电正常工作，主电路都应从整流-斩波-逆变中流过；当市电异常或停电，主电路由蓄电池代替整流开始工作，只有当逆变器发生异常或者要进行电路维修时开关才向旁路导通。这个切换开关由电磁继电器构成。此继电器由逆变输出交流电供电，电磁开关将应电磁力打到 SB2，此时由整流-斩波-逆变电路供电；当逆变电路出现故障10时，电流将断开，继电器的电磁铁将不能产生电磁力，此时开关将自动打到 SB1，这是由市电直接给负载供电；当要对电路进行检修时，只要打开开关 S1 即可让电磁开关打到 SB1。T1 TRANS1C6 CAPL4INDUCTO
14、RL3INDUCTOR交交 220交交交交 交交RLY1交交交交交SB1SB2图 9 UPS 切换开关三、课程设计总结及心得体会电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是 使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT 等）对电能进行变换和 控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百 MW 甚至 GW，也可以小到数 W 甚至 1W 以下，和以信息处理为主的信息 电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换，而电力变换常分为11四大类：交流变交流、直流变交流、直流变直流、交流变交流。交 流变直流叫整流，直流变交流为逆变。具体来讲，变流技术则是电 力电子技术的核心。 电力电子技术
15、的应用范围已经深入到我们呢的日常生活中去了， 其中 UPS 不间断电源就是其中的重要应用范围。此次电力电子课程 设计中，对 UPS 电源的设计就是本次设计的主要内容。随着 UPS 的 广泛使用，在现代社会中的重要性越来越强，使用范围越来越广， 目前，UPS 在电力电子产品中已占市场相当大的份额，所以这次课 程设计对我来说具有非常的实际意义，能从中让我学习许多先进的 知识和理论，将所学的知识进行升华，这将有利于我今后的工作。 UPS 不间断电源有许多实现方案，但在此次设计中，我采用的 是适用于小功率的在线式不间断电源，为了实现其功能，我首先想 到的就是利用一个整流电路开始，在实际设计过程中，通过
16、联系实 际生活中 UPS 必须解决的相关问题，突然发现自己想漏了许多地方， 比如在市电掉线的情况下也要保证稳压电源的有效输出，必须要有 很好的充电性能和充电回路，为了稳定充电电压，我专门设计了稳 压电路，以保证充电的可靠性。整流过程我采用的升压斩波式电路 实现；在升压斩波电路中，为了稳定控制斩波电路中 IGBT，我专门 用 SG3525 芯片与光电耦合器来实现控制；逆变电路由 SG3524 逆变 电路实现，采用由三角波 PWM 控制方式的正弦波逆变器；为实现由 市电供电和逆变器供电之间的转换，必须要有一个转换控制电路来 实现。 此次设计最让我领悟到了光学知识，光会做题是没有用的，也 没有完全体现学习知识的意义，知识在于实际应用，实践是检验真 理的唯一标准。虽然这学期电力电子技术这
