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1、 课 程 设 计课程名称 电力电子技术 课题名称 UPS电源设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 200年0月日课程设计任务书课程名称 电力电子技术 题 目 UPS电源设计 专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审 批 任务书下达日期 200 年 月 日设 计 完成日期 200 年 月 日 设计内容与设计要求一设计内容1设计出UPS电路图。2说明UPS电路原理。二设计要求1. 给出设计原理框图；2. 给出具体设计思路，画出电路图；3. 编写设计说明书。主要设计条件1提供实验箱；2必要的元器件和导线等；说明书格式1. 课程设计封面；2. 任务书；3. 说明书目录；4.
2、 设计总体思路，基本原理和框图；5. 电路设计；6. 编写设计说明书；7. 总结与体会；8. 参考文献；9. 电路图；10. 评分表；11. 空白尾页。进度安排十七周星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；十七周星期一十七周星期三：查找数据，确定设计方案，画出草图；十七周星期四，星期五：电路设计，画图；十八周星期一上午星期二下午：掌握电路原理，打印出图纸； 十八周星期三：书写设计报告；十八周星期四：书写设计报告；十八周星期五：答辩。参考文献 参考文献1王兆安，黄俊主编电力电子技术，机械工业出版社，20002薛永毅，王淑英，何希才新型电源电路应用实例，电子工业出版社，2001.103何希才，
3、张明莉编着新型稳压电源及应用实例，电子工业出版社2004.2一、UPS 系统结构框图UPS的结构原理如图1所示。其基本工作原理是，当市电正常时，由市电供电，同时市电通过整流器整流为直流，给蓄电池充电，可保证蓄电池的电量充足。一旦市电异常乃至停电，即由蓄电池自动代替整流器向逆变器供电，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频恒压交流电继续向负载供电，因此从负载侧看，供电不受市电停电的影响。UPS电源应包括交流输入滤波电路及整流电路、蓄电池充电回路、PWM逆变器、各种保护线路、交流市电供电与UPS逆变器供电之间的自动切换装置、控制电路等。图1 UPS结构原理图二、典型UPS电源总电路设计电路原理图如图2所
4、示，主要由市电供电及稳压调整电路、逆变电路等组成，这里着重介绍稳压调整电路和逆变电路。图2 UPS总电路设计图三、部分单元电路设计3.1 稳压调整电路接通开关S1，电池的24V电压经R12，VT2使12V稳压管VDZ3击穿，VT2饱和导通，VT1的基极电压稳定为12V。电池电压经VT1调整后为11.5V，作为SG3524的工作电压，从其16脚输出稳定的5V电压作为运放比较器的基准电压。220V的交流输入电压通过接插件JK4的5、6和R45输入到由VD11 VD14桥式整流电路（下文将会对桥试整流电路作出介绍），经其整流使光电耦合器PC中发光二极管发光，发光强度随市电电压而变化。A点为市电压的取
5、样电压，分别加到电压比较器A1、A3、A4的同向相输入端，经其与VT6、VT5、VT4控制的继电器K1、K2、K3的切换，使不间断电源输出的交流电压保持稳定，实现市电和逆变器供电的转换。3.2 充电器电路 典型充电装置如下图所示：（作分离专用充电器）图3 二极管整流器加斩波型充电装置在图2总设计电路图中220V的交流输入电压通过变压器T的二次线圈N2变压后，经过接插件JK3的1、2输入到由VD50 VD53的桥式整流电路，经其整流，由LM317、VD23再经插件JK3的3、4给蓄电池充电。3.3 整流电路220V交流电源输入，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，电路如图
6、4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SG3524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。VT导通时，电路C放电，电感L储存能量，VT关断后，电感释放能量，给电容充电及给负载提供能量。 图4 升压斩波电路3.4、逆变器及逆变电路3.4.1 逆变器采用正弦波PWM逆变器方式图5所示为正弦波逆变器电路。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
7、形控制方式使输出电压接近正弦波。图1中直流侧经逆变器后，再接变压器二次侧线圈N3由变压器一次侧线圈N1并上电容后输出。图5 正弦波逆变器电路3.4.2 逆变电路SG3524为逆变器的核心电路如图6所示：逆变频率由R18和C21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N2感应出和逆变输出成正比的电压，经VD22和VD2整流，C9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：MOSFET的G极触发脉冲由SG3524的11，14
8、脚提供。T1,T4同时触发，T2,T3同时触发。当T1,T4触发时，交流输出电压上正下负；T2,T3触发时，交流输出电压上负下正。当T1,T4关断后，由于有电感存在，电流通过VD2,VD3续流，当T2,T3关断后，由VD1,VD4来实现续流。电路中的电容C和电感L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。图6 SG3524逆变电路SG3524的工作原理：开关电源
9、输出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。3.5 UPS电源的切换开关 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，根据负载对断电时间的要求，切换开关有半导体开关、机械开关和混合开关。UPS开关组成方式有多种，图7就是一种切换开关，它是控制UPS电源在由市电供电的后备工作状态和由UPS电源本身的逆变器对负载供电之间进行相互转换的一种开关。根据需要可进行自动或手动转换。 图7 切换开关如图8所示，
10、这是UPS1000不间断电源的市电供电/逆变器供电转换控制电路实例。其中组件A1和VT9组成具有滞后特性的电压比较器，市电电压检测控制信号U20被送到电压比较器的A1的同相输入端。+12V电源及电阻R91和R92组成一个电阻分压器。比较器的反向输入端被连接到这个点需分压器R91和R92的中点。当UPS电源处于逆变器工作状态时，由于此时外界电压为零，所以控制电压这时也为零，此时比较器的反相输入端电压高于同相端的电压，故在比较器A1的输出端将送出一个0V的低电平，这个低电平被直接馈送到晶体管VT9的基极，故晶体管VT9处于截止状态。这时转换控制继电器K将处于释放状态，市电工作指示灯LED将熄灭。
11、图8市电供电/逆变器供电转换控制电路当UPS电源处于由市电供电或市电电压高于180V时，直流电压控制信号U20将被送到上述具有滞后特性的电压比较器A1的同相端上。当UPS不间断电源从市电中断转变到市电恢复正常供电，或市电电压重新上升到高于180V的前一时刻，由于晶体管VT9原来处于截止状态，所以此时电压比较器A1反相端的参考基准电压仅仅取决于电源电压12V经过由电阻R93、R91并联阻值与电阻R92所形成的一个带女足分压器的中点电压。线路设计时，已保证党市电电压高于180V时，市电电压检测信号U20的幅值大于参考基准电压U22。这时电压比较器A1的同相端电位高于反相端电位，故电压比较器A1将输
12、出一高电平（12V）。由于这高电平被直接馈送到晶体管VT9的基极，故晶体管VT9集电极上的市电供电发光二极管LED指示灯发亮，而且转换控制继电器K将从释放状态转变为吸合状态，从而实现从逆变器供电到市电之间的自动切换。3.6、保护电路3.6.1 逆变过流保护 当发生逆变过流时，U4的4脚电压将有所升高，U4的4脚电压升高将使U4的PWM脉冲变窄，逆变输出电压下降；当超载非常严重时，U4将关闭其PWM脉冲输出，逆变器停止工作。U2B输出为低电平，报警电路开始工作。3.6.2 逆变过压保护当发生逆变输出过压时，U4的1脚电压升高，U4的PWM脉冲变窄，输出电压变低，以稳定输出电压。当由于某种原因，输
13、出电压过高时，稳压管VD40将击穿，使U4的1脚电压高于2脚电压，逆变器停止工作，报警电路开始工作。3.6.3 电池电压过低保护 在逆变状态，当电池放电到端电压接近保护值时U2C输出低电平，使U3的2、6脚电压下降到2V左右，使蜂鸣器常鸣，当电池电压再下降时，U2D将输出低电平，使U4的10脚为高电平而关断逆变器输出。四、UPS电源性能特点简单介绍4.1 提高供电品质通过输入输出双重隔离以及双变换工作模式，使其输出成为稳压稳频的标准正弦波波形。不受其输入电源变化的影响。4.2 市电掉电保护若输入电源断电，UPS由电力系统自备的直流屏供电（DC110/220V），负载供电无中断。4.3 提高噪声
14、抑制由于使用隔离变压器和交-直-交变换方式，输入电源中的杂波被有效地滤除，使负载能得到干净的电源。4.4 内部安装逆止二极管UPS的直流输入侧与直流母线之间通过逆止二极管相连，可防止直流母线电压比直流输入侧电压高而向直流屏反灌，起到保护直流屏的作用。4.5 交流母线与直流母线隔离完全屏蔽了交流母线与直流母线之间的互相影响。4.6 延时软启动功能具有完备的延时软启动功能，能大大减小系统启动过程中对设备和电网的冲击。4.7 告警和保护功能具有多种告警方式，可通过声、光、LCD、输入输出接点以及通讯传输方式对当前发生的告警进行及时、准确和详细的提示，在提高系统可靠性的同时，帮助维护人员准确快速地定位及排除故障。无源故障接点：“逆变故障、旁路异常、直流异常”AC220V/1A常开触点. 4.8
