第三章小功率在線式UPS

1、 第三章 小功率在線式和在線互動(dòng)式UPS-2 小功率在線式UPS一般的功率范圍小于5kVA，它在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用很廣。它比后備式產(chǎn)品有著很多優(yōu)點(diǎn)，比如它的輸出電壓精度高、抗干擾能力強(qiáng)、切換時(shí)間短或無切換時(shí)間等。但它也有效率低、帶載能力差和輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)。效率低的原因是當(dāng)百分之百的負(fù)載電流通過時(shí)，整流器和逆變器都消耗一定的功率，一般小率約為85%，為了提高系統(tǒng)的效率，普遍推出了ECO（Economy）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，一舉將效率提高到97%。但由于這種模式實(shí)際上是旁路（Bypass）工作，將市點(diǎn)直接送往負(fù)載，降低了供電的質(zhì)量，一般不推薦使用；帶載能力差的原因是單功率因數(shù)值所致，這雖然節(jié)約了逆變器

2、功率器件的額定功率，卻減小了帶載的范圍；輸入功率因數(shù)低的原因是：大部分UPS產(chǎn)品的輸入整流器由于沒有功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，使輸入電流呈脈沖狀，從而導(dǎo)致了輸入電壓波形的失真，形成了許多高次諧波，產(chǎn)生了無功功率，從而降低了輸入功率因數(shù)。雖然也有一些小功率UPS采取了功率因數(shù)校正措施，但由于其電流波形正弦波上有兩個(gè)振蕩點(diǎn)，會形成干擾，其干擾隨著功率的加大而提高。 在線互動(dòng)式UPS是為了解決傳統(tǒng)雙變換UPS的低效率而問世的，這種UPS的可貴之處在于是后備式的工作方式在線的效果，其效率也可達(dá)到97%，其性能比傳統(tǒng)雙變換的ECO（Economy）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式強(qiáng)多了。它不但有了一定的穩(wěn)壓能力，而且有的產(chǎn)品電磁兼

3、容性能比一般傳統(tǒng)雙變換UPS工作在正常模式還要好。其不足是對輸入功率因數(shù)不能調(diào)整，它的輸入功率因數(shù)基本和負(fù)載一致。 以上兩種結(jié)構(gòu)的UPS在應(yīng)用領(lǐng)域和性能上都非常接近。下面就分別作已簡單介紹。 第一節(jié) 10kVA以下傳統(tǒng)雙變換小功率UPS 一、小功率UPS的性能參數(shù)與系統(tǒng)框圖(1) 容量劃分及性能參數(shù)1容量規(guī)格的劃分對一般UPS而言，在同一系列中應(yīng)有很多規(guī)格，但這種規(guī)格不是無限的，不能滿足用戶提出的所有需要。因?yàn)橛脩舻囊笫袩o限的，而UPS制造商的制造能力和條件是有限的。根據(jù)生產(chǎn)條件把產(chǎn)品分成幾個(gè)技術(shù)級，再根據(jù)大多數(shù)用戶的要求分成幾個(gè)商業(yè)級。比如制造商在10kVA以下的技術(shù)級為：1kVA、2kV

4、A 、3kVA、5kVA、8kVA和10kVA。用戶的要求可能1.5kVA、2.2kVA、6kVA或9kVA，只有在接近技術(shù)級的容量上選擇。也有的供應(yīng)商為了滿足用戶的需要，將一個(gè)技術(shù)級貼上不同功率的標(biāo)簽，比如將2kVA貼上1.5kVA的標(biāo)簽、將8kVA貼上7.5kVA或6kVA的標(biāo)簽等，這就是商業(yè)級。為甚麼要這樣做呢？這主要是因?yàn)橛脩舻乃刭|(zhì)高低不一，比如一用戶需要6kVA的UPS,供應(yīng)商只有8Kva的規(guī)格，為了做成生意，就把8kVA按6kVA的價(jià)格賣給用戶，對用戶而言是一件好事，但得到的回答往往是做不成這樁生意：有的用戶覺得受了“騙”，認(rèn)為供應(yīng)商用8kVA的UPS去塘塞它；有的用戶怕8kVA的

5、UPS把6kVA的負(fù)載燒壞了！也有的用戶覺得真正6kVA的UPS也許會更便宜等等，總之是用戶覺得不劃算。供應(yīng)商費(fèi)了力氣，降低了利潤反而做不成生意，倒不如貼上使用戶“放心”的標(biāo)簽來的簡單一些。一般一個(gè)技術(shù)級同用一個(gè)級柜標(biāo)準(zhǔn)尺寸。2. 性能參數(shù)一般說，一個(gè)系列產(chǎn)品的性能參數(shù)是一樣的。所以如果看到了一個(gè)系列中一個(gè)產(chǎn)品的性能參數(shù)表，該系列其它規(guī)格的產(chǎn)品也就差不多了，表1中就是某一品牌系列C1kVA至C3kVA產(chǎn)品的性能參數(shù)，此類產(chǎn)品，不論品牌如何差異，大都有著相似的性能。表3.1 C1kVA至 C3kVA基本性能參數(shù)型號項(xiàng)目輸出額定容量1kVA2kVA3kVA輸入電壓范圍160276V頻率范圍50Hz

6、±5%輸出電壓220V頻率50Hz電壓穩(wěn)定度±2%頻率穩(wěn)定度±0.5%（電池供電時(shí)）過載能力110% 時(shí)10s，130% 時(shí)200ms電池直流電壓36V96V閥控電池12V/7.2Ah×312V/6.5Ah×812V/7.2Ah×8備用時(shí)間（滿載/半載）7min/17min8min/25min5min/20min充電時(shí)間回充至90%8h轉(zhuǎn)換時(shí)間停電或恢復(fù)零中斷噪音1m距離< 45dB< 50dB環(huán)境溫度040濕度10%90%（不結(jié)露）性能參數(shù)表中的許多數(shù)值都只是一個(gè)平均值或接近值，不是一成不變的標(biāo)準(zhǔn)值。這是因?yàn)槠渲写蟛糠种?/p>

7、也受各種條件的影響。比如，表中2kVA UPS的后備時(shí)間在滿載時(shí)為8min,半載時(shí)是25min，在測試中決不會正巧是8min和25min，噪聲也不會是45dB和50dB、過載能力也不會正好是110%(10s)，130%(200ms)等等。一般UPS產(chǎn)品都應(yīng)該有這樣一個(gè)表，使人一目了然就可以了解該產(chǎn)品的性能和功能。(2) 系統(tǒng)框圖及構(gòu)成圖1 山特 C2kVA/ C3kVA在線式UPS系統(tǒng)框圖 一般電子電路都應(yīng)該有一個(gè)方框圖，目的是使人們了解電路的總體工作原理概況。其系統(tǒng)框圖如圖1所示，當(dāng)市電正常時(shí)，主電路由功率因數(shù)校正電路產(chǎn)生逆變器工作所需的±370V的直流電壓，再經(jīng)逆變器將

8、直流轉(zhuǎn)換為交流輸出；另一路市電經(jīng)充電器電路產(chǎn)生110V的直流電壓對蓄電池充電；當(dāng)市電中斷時(shí)，蓄電池所儲存的能量經(jīng)DC/DC變換器轉(zhuǎn)換為±400V的直流電壓作為逆變器輸入，使輸出實(shí)現(xiàn)不間斷供電。下面分別對各環(huán)節(jié)作一簡單介紹。二、電路工作原理（1）小功率級電路的工作原理圖3-1示出了小功率UPS系統(tǒng)方框圖，目前該電路的主要組成部分由輸入輸出波器、具有功率因數(shù)校正和無功率因數(shù)校正的輸入整流器、逆變器、充電器、旁路靜態(tài)開關(guān)，有的還架了維修旁路開關(guān)和RS232或RS485接口和感接點(diǎn)接口等。下面就對一些旁路輸入濾波器AC/DC功率因數(shù)校正器DC/AC逆變器逆變器輸出濾波器充電器市電輸入U(xiǎn)PS

9、輸出DC/DC逆變器 圖3-1 UPS系統(tǒng)方框圖環(huán)節(jié)進(jìn)行討論。1. 充電器電路 充電器電路是UPS的一個(gè)必要組成部分，其電路如圖3-2所示。它的工作原理是這樣的：市電經(jīng)P(L)、P(N)進(jìn)入功率板做為充電器的輸入電源， 經(jīng)由BR01、 VM208、 U206、 TX1、IC202、IC203等構(gòu)成隔離反激式變換器，轉(zhuǎn)換為直流電壓對電池充電。為確保電池壽命，充電器輸出電壓必須保持穩(wěn)定，調(diào)整VR301可得到110V的充電電壓Uch，同時(shí)TX1的PWM控制P(L) NTC2P(N) BR01 C16 R238 DIC206 VM208 G S R230VD511 Uch C219 PF VCC+ P

10、F VCC0 PF VCC- R27 IC202 R234 IC203 VR301TLP5213845TX1 圖3-2 充電器電路副邊還為功率因數(shù)校正電路提供驅(qū)動(dòng)電源PFVCC、PFVCC0、PFVCC；該反激式變換器由開關(guān)型PWM集成電路UC3845 (即IC206)是該充電器電路的控制電路，CPU通過(加在TLP521上的)信號來控制UC3845的工作。當(dāng)有市電時(shí)，光電耦合器的三極管TLP521截止，UC3845起振,正常工作，給蓄電池充電；當(dāng)無市電時(shí)，TLP521導(dǎo)通，將定時(shí)電容(C221A)對地短路，UC3845停振，從而停止充電,同時(shí)功率因數(shù)校正電路也停止工作。當(dāng)電池充電到一定值時(shí)，

11、光電耦合器U203導(dǎo)通，從而也使UC3845停振，停止充電；電池電壓低到一定值時(shí)，隨著IC203的截止又使TLP521截止，恢復(fù)對電池的充電。2. 開機(jī)電路UPS的開機(jī)并不像電爐子或電烙鐵那樣簡單，為了使電路在開機(jī)時(shí)不出現(xiàn)故障，就必須建立一些電壓條件，使機(jī)器在具有保護(hù)條件的情況下正常啟動(dòng)。其電路如圖3-3所示，直流、交流開機(jī)均是在接到由CNTL電路板送來的開機(jī)信號后，用一個(gè)高電平(電池IC302TX305UchCN15+UBATCN15- R31A R31B VD6A VT8SD ZD01 +12V 輔助電源24V 圖3-3 開機(jī)電路電壓或充電電壓)去觸發(fā)三極管VT8的基極，使VT8導(dǎo)通，給工

12、作電源的集成控制電路IC302送去正常工作電壓，使其開始工作，送出多個(gè)直流電源，并用其中的24V電源繼續(xù)維持VT8的導(dǎo)通狀態(tài)，使開機(jī)程序正常進(jìn)行。3. 輔助電源電路圖3 開機(jī)電路 UPS的輔助電源是供機(jī)器本身各種工作電路的電源，由專門的電路產(chǎn)生。其電路如圖3-4所示，電池電壓UB+、充電電壓Uch由變壓器的TX305第6腳輸入，來自開機(jī)電路的信號電壓Ue經(jīng)由PWM控制電路IC302、場效應(yīng)管VM3、變壓器TX305等所構(gòu)成的開關(guān)電源電路，產(chǎn)生多組相互隔離的逆變器功率管所需的工作電源IGBT 12V、截止電源IGBT 5V及控制工作電源24V、12V等。其中12V電源再經(jīng)由穩(wěn)壓組件IC

13、311(7805)產(chǎn)生+5V電源，供控制板或其他控制集成電路作的工作。7 8 TX305 IC302 PWM控制器 6 5 17805Ue 來自開機(jī)電路UchUB+ 7 6 D VM3 SG 5 1 R12 0.5W 6 5 8 8 9 8 10 2 8 4 3 8 VD335 C357 R40C371 ZD3+IGBT +12V+IGBT 0+IGBT 5V-IGBT +12V-IGBT 0-IGBT 5V VD330 VD7 C371 IC311 C364 +24V HF POWER +12V +5VC365 C361 圖3-4 輔助電源電路4. 升壓變換器電路UPS發(fā)展的趨勢是取消輸出變

14、壓器。為了使逆變器電路能正常工作，就必須為正負(fù)半波分別設(shè)立電源+BUS和- BUS，又由于取消了輸出變壓器而使得低壓電池電壓幅度無法和220V的正弦波峰值電壓匹配，就要求逆變器二輸入電壓+BUS和- BUS的值能充分滿足這個(gè)要求。因此就必須將電池電壓通過一個(gè)升壓電路環(huán)節(jié)將低壓升高到要求值，圖3-5 SG3525OUTBOUTA9 1271 152 199 127 151 162 19 +12V IC501來自CPU的信號B+ VM504506R514516 VD501504 L501 +BUS GND VD505508 L502 - BUSTX501TX502 VM501503 R510513

15、圖3-5 升壓變換器電路就示出了這個(gè)電路的一種方案。如圖5所示，由TX501、TX502、VM501、VM502、VM503、VM504、VM505、VM506及控制組件U501構(gòu)成了升壓斬波電路，將單一的低壓直流電壓(電池電壓)轉(zhuǎn)換為高壓正負(fù)直流雙電壓。在市電正常供電時(shí)，逆變器電壓來自整流器和相應(yīng)的升壓電路；當(dāng)市電中斷時(shí)，電池電壓就通過VD501、VD502、VD503、VD504、VD505、VD506、VD507、VD508和電感L501、L502產(chǎn)生出±DC BUS(±400V)電壓，繼續(xù)提供電源給逆變器， 使供電不致中斷， 并用IC501 來控制 DC BUS 的

16、輸出電壓， 由CPU進(jìn)行設(shè)定并控制，不需人工調(diào)整。CPU通過U501（SG3525）的OUTA和OUTB端控制該直流變換器的工作狀態(tài)。當(dāng)市電正常時(shí)，關(guān)閉集成控制片SG3525，使變換器不工作，只有在蓄電池供電時(shí)，該電路才工作。5. 功率因數(shù)校正電路圖5 斬波器電路 輸入功率因數(shù)校正是當(dāng)代UPS的另一個(gè)特點(diǎn)。以往UPS的輸入整流器破壞了市電電壓正弦波的形狀，產(chǎn)生了具有干擾能力的高次諧波，使輸入的市電能量得不到有效利用。因此制造商就首先在小功率UPS中采用了輸入功率因數(shù)校正技術(shù)。如圖3-6所示，就是這個(gè)電路的結(jié)構(gòu)方框圖。其工作原理是，輸入交流電通過繼電器觸點(diǎn)經(jīng)電流傳感器CT2，電感L1、

17、L2，MOS管VM1A、PWM控制電路IC305、驅(qū)動(dòng)組件IC10組成升壓斬波器電路，在電容C320和與其并聯(lián)的C332、C334、C338及C313和與其并聯(lián)的C321、C333、C335上產(chǎn)生±370V的BUS4066 - BUSVD50繼電器1 4PWM A1、A0 A1、A0 VD509 +BUS VM1A C320 C313VM1A BR02 VD50L1 L2IC10驅(qū)動(dòng)CT2 IC1 4066 IC304IC304正半周信號 來自CNTL負(fù)半周信號IC305圖3-6 功率因數(shù)校正電路電壓作為逆變器輸入電壓，經(jīng)逆變器的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生正弦交流輸出。與此同時(shí)，PWM控制電路UC3

18、854將檢測市電電流和市電電壓，對功率元件進(jìn)行控制，使輸入電流的波形與電壓波形相近，相位相同，以提高輸入功率因數(shù)，避免了對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波干擾。穩(wěn)定的DC BUS有助于穩(wěn)定交流輸出電壓，因此要特別注意DC BUS電壓的穩(wěn)定度。本機(jī)由電路板CNTL直接根據(jù)輸入交流電壓的高低和當(dāng)前±BUS電壓高低進(jìn)行控制，不需人工調(diào)整DC BUS電壓。6. 逆變器電路逆變器電路是UPS的主要構(gòu)成部分，它的作用就是將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成符合負(fù)載要求的交流電壓。如圖3-7所示就是這個(gè)電路的結(jié)構(gòu)原理方框圖，由功率因數(shù)校正電路+BUS +12V 0V -5VC320 PWM12V IC2 PWM+ TLP250

19、PWM12V IC3 PWM- TLP250C313 +12V 0V -5V - BUSVD10 VM1213 VD12 L57 R30 C1112 VD14 VM57 R11 VD13圖3-7 逆變器電路的輸出電解電容C320和與其并聯(lián)的C332、C334、C338及C313和與其并聯(lián)的C321、C333、C335和MOS管VM12、VM13及VM5、VM7一起組成半橋式逆變器，L5、L6、L7及C11、C12組成低通濾波器，在CNTL板所產(chǎn)生的PWM信號控制下，驅(qū)動(dòng)信號經(jīng)由IC2、IC3隔離，推動(dòng)半橋逆變器兩功率管工作，產(chǎn)生正弦波輸出。7. 輸出電路一般在線式UPS的啟動(dòng)都分兩個(gè)步驟，即首

20、先閉合UPS的輸入電壓開關(guān)，有的機(jī)器也用這同一個(gè)開關(guān)控制電池輸入，目的是首先建立電路的正常工作電壓。比如輸入開關(guān)閉合后，充電器開始給電池充電，各輔助電壓開始建立，輸出端也有了通過旁路（Bypass）而送來的市電電壓，此時(shí)的電壓也可使用，但精度不一定高。當(dāng)各項(xiàng)工作狀態(tài)建立正常后，就開始啟動(dòng)逆變器，有的是自動(dòng)啟動(dòng)，有的是人工欽一下啟動(dòng)按鈕。如圖3-8所示，市電 RJ04逆變器 RL04 R71 U+ INRLY 來自CNTL板 VD6164 CN17L L.C- CN17NL.C+CT1圖3-8 輸出電路當(dāng)CPU檢測到逆變器工作正常后，就向繼電器繞組RL04發(fā)出INRLY信號，使RJ04切換到逆變

21、器輸出。反之，則仍由旁路輸出電壓通過CN17L、CN17N向負(fù)載供電，并由CT1和VD61及其并聯(lián)的VD62、VD63、VD64和R71對負(fù)載進(jìn)行檢測，將信號L.C、L.C送到CNTL板，供面板顯示及其他保護(hù)用。(2)控制板電路工作原理1. 輸入CPU的各監(jiān)測信號電路(a) 過零信號發(fā)生器在線式UPS的一個(gè)性能是切換時(shí)間為零，不論是由逆變器切換到旁路還是由旁路切換到逆變器都應(yīng)符合這個(gè)指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，逆變器的輸出電壓就必須保持與市電同步同相。為了保持同相，就必須有一個(gè)參考相位，而零相位是一個(gè)最好取得位置，在此就以零為基準(zhǔn)。如圖3-9(a)所示，市電過零產(chǎn)生器和逆變器過零產(chǎn)生器均采用此電路。

22、由圖中看出，220V交流市電輸入Line L經(jīng)R61送至運(yùn)算放大器IC5的反相端，R59、R60 設(shè)置IC5的靜態(tài)工作點(diǎn)，組成交流差動(dòng)放大器，輸入為正弦波，輸出為方波，如圖3-9(b)所示。另由C55和R61組成了輸入濾波器，濾掉輸入正弦波中的高頻諧波成分，二極管VD13將電位減少至約340mV，并通過C22濾波使其輸出方波波形更加完美。CPU通過對該方波零點(diǎn)的偵測可以確定其相位與頻率，CPU根據(jù)所測得的相位來設(shè)定逆變器的相Line LR61 5 - IC5 339 1R57 20k C55 7+ R59 100k R60 4.99k C22R58 10k +5VR55 49.9k VD13

23、(a) 電原理圖U7+Line L輸出輸出輸出過零點(diǎn) (b) 波形圖圖3-9 過零信號發(fā)生器電路位，以達(dá)到同相的目的。(b) 電流峰值保護(hù)電路圖7 逆變器電路 這是UPS的保護(hù)電路。因?yàn)閁PS除了正常供電的性能外，還必須有一些自保的功能，以保證故障時(shí)不損壞或少損壞元器件。如圖3-10所示電路為典型的比較器。通過（PSDR電路）送出的CT1負(fù)載檢測電流，將其轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，經(jīng)R82送至比較器IC7的同相端，并在反相端設(shè)一閾值電平5V，R84為上拉電阻，將IC7的1腳置為高電平；R85為限流電阻，將信號送至IC4的4腳。在正常帶載工作時(shí)，電流傳感器CT1檢測到的負(fù)載電流信號為小于5V

24、的直流電壓量，故IC7的輸出為一低電平，使IC4不致被復(fù)位；當(dāng)UPS超載或在瞬間投入大容量整流性負(fù)載或大容量電感性負(fù)載時(shí)，CT1檢測到的直流電壓會高于5V，從而使IC7的輸出為高電平，將IC4復(fù)位，進(jìn)而關(guān)閉PWM信號，UPS停止工作，此時(shí)面板上55負(fù)載燈和FAULT燈會一起亮，蜂鳴器長鳴。LC+ R83 10k VD18 +5V C33LC- +12V 3- 8 R84 IC7 1 2+ 4 R8549.9k IC4-4+5VR82圖10 電流峰值保護(hù)電路保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為峰值電流額定電流的峰值系數(shù)一般為31。峰值系數(shù)的含義是：電流脈沖峰值與有效值值比?，F(xiàn)在已有的產(chǎn)品將該值做到了51，增強(qiáng)了耐沖擊能

25、力。(c) 輸出電壓監(jiān)測電路為了保證UPS逆變器輸出電壓的穩(wěn)定度和精度，就必須對該電壓進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。輸出及市電電壓監(jiān)測均采用此電路，如圖3-11所示。此電路采用運(yùn)算放大器進(jìn)行監(jiān)測，IC3INV.L C12 +5VR43 R42 150k VD9 1M - VD10 INV.V-CPU + R34 C32 200k圖3-11 輸出電壓監(jiān)測電路220V交流從INV.L端輸入。在市電正半周時(shí)，輸入電壓經(jīng)R43、R42、R34分壓，由INV.V輸出至CPU，因輸入電壓正半波時(shí)IC3反相端電壓比同相端電壓高，其輸出為低電平，二極管VD10反向偏置，故U3在正弦波正半周時(shí)不起作用；負(fù)半周時(shí)，同相端電壓高于

26、反相端，IC3輸出為高電平。VD10正向偏置，將此高電位輸出給CPU，從而使INV.V為一全波整流脈動(dòng)波形(市電電壓監(jiān)測電路在 PSDR 板上結(jié)構(gòu)與INV.L一樣)。CPU會根據(jù)INV.V監(jiān)測值來判斷逆變器的輸出電壓是否已達(dá)到穩(wěn)定。(d) 溫度監(jiān)測電路一般都有這樣的體會：在UPS中最容易出故障的是功率器件，而出故障又大都發(fā)生在高溫情況下。為了保證功率器件的安全，一般都在功率器件模塊上裝上一個(gè)溫度傳感器，對該器件的溫度進(jìn)行檢測，并把檢測到的信號送到溫度監(jiān)測控制電路，通過溫控開關(guān)的動(dòng)作來達(dá)到保護(hù)供率器件的目的，如圖3-12所示就是這樣一個(gè)電路環(huán)節(jié)，這里采+5V 溫度開關(guān)R14 4.99k C34

27、到CPUq NTC1 圖3-12 溫度監(jiān)測電路用了溫度傳感器與溫控開關(guān)并用的方案，以保證電路的可靠性。當(dāng)溫度正常時(shí)，5V通過溫控開關(guān)(在PSDR散熱片上)加到R14上，R14與地GND之間接有C34和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC1并聯(lián)環(huán)節(jié)，在正常溫范圍情況下，輸入到CPU的是高電平；當(dāng)本機(jī)溫度過高時(shí)，溫控開關(guān)斷開，5V中斷，溫度信號變?yōu)榈碗娖?。CPU識別此信號后，發(fā)出過熱保護(hù)報(bào)警信號，UPS關(guān)機(jī)；如果溫控開關(guān)失靈，當(dāng)溫度過高時(shí)，NTC1將會隨溫度上升而減小阻值，漸漸將溫度信號拉為低電平，直到CPU識別溫度信號，做出相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作(在這里其溫控開關(guān)的動(dòng)作溫度為80，輸出電壓的上限電平設(shè)置為大于3.5V

28、,下限電平設(shè)置為小于1.5V)。(e) 自動(dòng)開機(jī)及開機(jī)消音、自檢電路此電路包括手動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)開機(jī)、開機(jī)消音、開機(jī)自檢四種功能，如圖13所示。在這里的開機(jī)過程示：用手觸摸面板上的SW ON開關(guān)約1s，電池電壓就從機(jī)器CN1 SWON +5V VD2 R15 SD 49.9k VD3SHUTDOWN 2003 R16 C53SWSTUTS C50 47m/50V圖3-13 自動(dòng)開機(jī)消音、自檢電路上的16腳送到15腳，SWPOWER與SW1接通(SW1與SW-ON為同號信號分為兩路傳遞：一路經(jīng)VD2到PSDR板的VT8基極，且PSDR的ZD01(12V穩(wěn)壓管)工作，將SW-ON電壓箝位于12.45V

29、左右，使VT8導(dǎo)通，啟動(dòng)工作電源產(chǎn)生電路，產(chǎn)生CPU及逆變器工作所需的各種電壓。另一路經(jīng) R15、 R16 分壓后，在R16上得出約為5.5V電壓電平送入CPU作為SWSTUTS信號(開機(jī)命令)，命令CPU進(jìn)行開機(jī)，并將此命令狀態(tài)存貯于CPU的EPROM中，做自動(dòng)開機(jī)之用。自動(dòng)開機(jī)當(dāng)CPU接到SWSTUTS信號后，首先將此信號狀態(tài)存貯于CPU的EPROM中。若當(dāng)機(jī)器因電池電壓低等原因而關(guān)機(jī)，待故障消除后，CPU就可以根據(jù)存貯在EPROM中的信號狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)開機(jī)。開機(jī)消音在電池供電時(shí)，蜂鳴器會根據(jù)電池電壓監(jiān)測值而發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲，以表示電池容量情況，若再按下SW-ON約1s，SWSTUTS信號第

30、二次送入CPU，CPU接受此信號后，操作蜂鳴器，使之停止鳴叫，若再按SW-ON約1s，則蜂鳴器又開始鳴叫。開機(jī)自檢UPS在每次工作模式轉(zhuǎn)換后，都會對系統(tǒng)進(jìn)行自檢，以確定轉(zhuǎn)換的正確性。其表現(xiàn)形式為面板負(fù)載指示燈開始時(shí)全亮，在機(jī)器監(jiān)測程序運(yùn)行中再逐個(gè)熄滅，表示狀態(tài)正常；若在機(jī)器監(jiān)測程序運(yùn)行中有的指示燈未按規(guī)定熄滅，就表示某個(gè)地方的狀態(tài)出了問題。(f) 輔助電源監(jiān)測電路UPS中有CPU和其它許多控制電路組件，需要為它們提供工作電源，其工作電壓主要是12V和5V。當(dāng)其中任何一個(gè)電源故障都不能使這些電路正常工作，從而也就破壞了整個(gè)UPS的正常供電工作。所以就必須對這些電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，其電路如圖3-14

31、 +12V +5V R78 4.99kR77 6 - IC7 10k 393 7C42 R80 5 104p 10k 到CPU R113 圖3-14 輔助電源監(jiān)測電路所示。此電路給CPU提供5V工作電源，當(dāng)控制電源12V/5V發(fā)生故障時(shí)，CPU將被復(fù)位或停止工作。此電路采用LM393運(yùn)放作為比較器，由12V直流電源經(jīng)R77、R80分壓后在R80上得到約6V的電壓，送至IC7的第5腳（即運(yùn)放的同相端），與反相端的5V進(jìn)行比較。正常情況下，運(yùn)放的輸出經(jīng)R78上拉電阻箝位為5V，若12V電源因某種原因低于10V或5V電源因某種原因高于5V（1 +20%），則運(yùn)放的輸出會變?yōu)榈碗娖?，CPU將停止工作。

32、當(dāng)CPU第一次收到此電路產(chǎn)生的5V信號時(shí)，處于復(fù)位狀態(tài)，對系統(tǒng)自檢。(g) 基準(zhǔn)電源產(chǎn)生電路如圖3-15所示。該電路的作用是給CPU內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供高穩(wěn)定度的5V直流電壓。一般PSDR的5V由7805產(chǎn)生，其精度范圍為24,而A/D轉(zhuǎn)換器要求精度小于1才能保證其轉(zhuǎn)換精度。為此，這里的電路采用了TL431穩(wěn)壓組件，其做法是將12V -12V R53 1k R54 20k C43 VRH TL431 R R13 104p C54 圖3-15 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路輔助電壓經(jīng)R53、R54、R13分壓后，把組件TL431測量端R的電位設(shè)置為2.5V，則從VRH端就能得到高穩(wěn)定度的5V電壓。 (h) 振

33、蕩器電路UPS在市電故障時(shí)就改為電池供電，這時(shí)的輸出交流電壓頻率必須由機(jī)器本身產(chǎn)生。為了頻率的穩(wěn)定，一般都采用晶體振蕩器，將晶體振蕩器產(chǎn)生的高頻振蕩頻率經(jīng)多級分頻后得出50Hz。圖3-16就是一種這樣的晶體振蕩電路，它是由晶振XL1及輔助元件C40、C41、R12組成的振蕩器電路，這種電路在加上電壓厚就會產(chǎn)生高穩(wěn)定度的振蕩頻率，這里的振蕩頻率為6.37MHz。由該振蕩器產(chǎn)生的高精度頻率還可提供給本機(jī)其它控制電路使 C41 220p XL1 R12 12M 4.7k C40 220p圖3-16 振蕩器電路用，比如功率因數(shù)校正電路、A/D轉(zhuǎn)換電路等。2. CPU輸出控制及保護(hù)電路在UPS中除了許多

34、電子電路外，還采用了一些有觸點(diǎn)的器件作為控制環(huán)節(jié)對電路的工作狀態(tài)做出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。比如輸入/輸出的控制，告警信號的產(chǎn)生，各種工作波形和控制信號的產(chǎn)生等等。(a) I/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路這個(gè)電路的作用主要是對輸入電源的控制，從而達(dá)到保護(hù)UPS本身的目的。此電路為典型的開關(guān)線路，如圖3-17所示。當(dāng)輸入手動(dòng)開關(guān)閉合后，CPU就監(jiān)測到有市電輸入， 在控制電源正常時(shí)， 會發(fā)出一個(gè)高電平信號給MOS管VM3的門極，使VM3導(dǎo)通，其漏極連接著I/P繼電器饒組的一端，繼電器饒組的另一端連著24V直流電源，此市繞 INV.RLY- R10 VM2 INV.RLY+0.51k C4 R101 R9 10k 10

35、m +24V I/P R10 VM3 K9410.51k R9 10k圖3-17 I/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路 圖3-18 O/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路組因通電而動(dòng)作，觸點(diǎn)閉合，接通旁路和逆變器。當(dāng)輸入斷電或出現(xiàn)短路錯(cuò)誤、或充電故障時(shí)，CPU將MOS管VM3的門極置于低電平，從而將其截止，I/P繼電器繞組因切斷了電流通路而推出激勵(lì)狀態(tài)，I/P繼電器觸點(diǎn)復(fù)位，將旁路和逆變器切斷。(b) O/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路此電路的作用主要是控制輸出端，其控制環(huán)節(jié)也是典型的開關(guān)線路，它的作用原理和上面相似，如圖18所示。當(dāng)CPU檢測到高壓直流電壓及逆變器電壓正常時(shí)，會給MOS管VM2的門極送入一個(gè)高電平而使其導(dǎo)通。O/P繼電器線

36、圈一端接INV.RLY,另一端也是連接24V直流電源。當(dāng)VM2導(dǎo)通時(shí)，INV.RLY變?yōu)榈碗娖?，線圈加電，O/P繼電器動(dòng)作，將輸出接通。(c) 蜂鳴產(chǎn)生電路為了安全的目的，當(dāng)市電故障、輸出端異常等故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，要有一個(gè)聲音信號告警，以提醒值班人員的注意，蜂鳴產(chǎn)生電路就是為此目的而設(shè)置的。如圖3-19所示，振蕩器BUZ接通電源后就開始工作，其振蕩信號通過另一個(gè)輸出端輸出到蜂鳴器或放大器，產(chǎn)生告警信號；當(dāng)三級管VT1導(dǎo)通時(shí)，由于振蕩器工作電源被短路而停振，告警信號停止。CPU就是利用電路的這個(gè)性能根據(jù)監(jiān)測到的工作狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)觸的發(fā)信號，使VT1導(dǎo)通，從而控制蜂鳴器的工作模式：+12V R3 5

37、10k VT1 BRR4 4.99k BUZ圖3-19 蜂鳴產(chǎn)生電路 電池供電狀態(tài)四秒鐘響一聲；電池電壓低 一秒鐘響一聲；輸出端過載半秒鐘響一聲；輸出端短路長鳴。 (d) 逆變器參考波產(chǎn)生電路UPS的逆變器具有將直流電壓變換成交流正弦波電壓的功能，而這個(gè)正弦波的失真度應(yīng)是越小越好，為此就需要有一個(gè)理想的正弦波形作為逆變時(shí)的參考，這就需要有一個(gè)參考波形產(chǎn)生電路，圖3-20就是這樣一個(gè)電路。CPU通過監(jiān)測市電電壓的零點(diǎn)(頻率C8 R29 200k 10 R20 IC3 8 C5 200k C7 9 R30 16.9k R33 20k R23 470k+- 來自CPU的方波 圖3-20 逆變參考波產(chǎn)

38、生電路與相位)與逆變電壓的零點(diǎn)，使逆變器輸出電壓幅度正比于市電電壓和逆變電壓相位差的方波控制信號PW2（來自CPU），該控制信號PW2經(jīng)C5、R23低通濾波后，再送到IC3組成的波形轉(zhuǎn)換電路，將PW2方波變?yōu)槔硐氲恼也?，使其成為調(diào)整逆變電壓相位和市電電壓相位同相的參考波。 (e) 逆變器誤差放大器電路 顧名思義，該電路的目的就是將逆變器工作過程中所產(chǎn)生的偏離正確值的誤差檢測出來對其進(jìn)行校正，實(shí)際上這個(gè)誤差值很小，如果把這個(gè)很小的值作為信號反饋回去，由于放大器的輸入有一定的靈敏度限制，將會使校正效果大打折扣。為了得到良好的校正效果，必須將誤差型號放大，由此而引出了誤差放大器電路。如圖3-21所

39、示就是這+5VVR1 R45 2.2M100k R47 C16 49.9k R27 100k C6逆變器分壓信號 R37 220k正弦波參考信號 R38 26.6k+ IC3- C11 R40 100k R39 36k C10UO圖3-21 逆變器誤差放大器電路樣一個(gè)電路。逆變器輸出電壓INVERTER.1端經(jīng)過本身電路的電阻網(wǎng)絡(luò)R24、R25分壓后，向誤差放大器送入“逆變器分壓信號”，與“正弦波參考信號”相減作為誤差放大器IC3的輸入而加到其反向端，經(jīng)放大后的的信號UO送往下一級相應(yīng)電路。VR1用來調(diào)整IC3組件放大器的工作點(diǎn)，。(f) 三角波發(fā)生器當(dāng)代UPS的逆變器都是脈寬調(diào)制（PWM）工

40、作方式，脈寬調(diào)制（PWM）工作方式的脈寬變化來自三角波與正弦波波形的相減結(jié)果，因此，就需要產(chǎn)生三角波的電路。如圖3-22所示，就是這樣一種電路。其工作過程是，從CPU內(nèi)發(fā)出38.4kHz的時(shí)鐘信號送入VT6的基極，經(jīng)幅值變換后送入觸發(fā)器4013，被分頻為19.2kHz，再經(jīng)C19、R45送至由IC3、C13、R44、R49組成的積分器進(jìn)行積分，將方波積分為三角波，送入PWM產(chǎn)生電路。CLKQSET R49 220k + R48 1k R45 127k - C13 R44 410k C19+12V 9 RST 10 R52 10k IC4 D 4013 Q 12 R55 4.99k VT6 11 CLK SET 13 6來自CPUIC3PWM發(fā)生器圖3-22 三角波產(chǎn)生電路(g) PWM發(fā)生器當(dāng)前的逆變器都是脈寬調(diào)制（PWM）工作方式，如圖3-23所示就是這樣一種電路，圖3-23中(a)為電路圖，(b)為波形圖。此PWM發(fā)生器電路采用三角波調(diào)制法來實(shí)現(xiàn)：比較器IC5的反相端為三角波輸入，其同相端為基準(zhǔn)正弦波輸入。當(dāng)正弦波大于三角波時(shí)，IC5輸出一個(gè)寬度為正弦波大