微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)(論文)微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源院（系）名稱專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院教研室學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)任務(wù)要求：微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中，可以防止微機(jī)在使用過程中由于發(fā)生斷電等問題時(shí)，造成信息數(shù)據(jù)丟失或使系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行等狀況發(fā)生。由電源電路、充、放電電路等部分組成。技術(shù)要求：輸出直流電壓。最大輸出電流。穩(wěn)壓系數(shù)。具有斷電保護(hù)功能。5、利用Multisim（或EWB）進(jìn)行電路仿真與調(diào)試指導(dǎo)教師評(píng)語及成績平時(shí)成績：答辯成績：論文成績：作品成績：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：平時(shí)成績占20%，答辯成績占20%，論文成績占40%，作品成績20%。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）PAGEII摘要微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源是防止使用過程中一旦發(fā)生斷電等異?，F(xiàn)象，造成信息丟失或使系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。設(shè)計(jì)由整流濾波電路，充放電控制電路和啟動(dòng)與保護(hù)電路組成。其中整流濾波電路為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲(chǔ)能作用的電抗元件如電容組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動(dòng)成分以獲得直流電壓。充放電控制電路是由蓄電池和發(fā)光二極管完成，當(dāng)外電源正常工作的時(shí)候，220V經(jīng)過整流電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?，此直流電一方面?duì)充放電控制系統(tǒng)中的蓄電池進(jìn)行充電，另一方面通過濾波，穩(wěn)幅等措施對(duì)負(fù)載進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)外電源出現(xiàn)斷電或其他故障，不能正常的供電時(shí)，這個(gè)時(shí)候，充放電控制系統(tǒng)進(jìn)行放電。啟動(dòng)電路設(shè)置在串聯(lián)負(fù)反饋式穩(wěn)壓電路中，作用是防止電流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立，啟動(dòng)電路可以給電流源提供基極電流，使基極電位上升導(dǎo)通，以使整個(gè)電路進(jìn)行工作狀態(tài)。保護(hù)電路目的主要是使調(diào)整管能在安全區(qū)以內(nèi)工作。經(jīng)過MULTISIM仿真，驗(yàn)證了微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵字：斷電保護(hù)；直流不間斷；充放電電路

目錄4982第1章緒論 112411.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源發(fā)展概況 155971.2本文研究內(nèi)容 120789第2章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源總體總體設(shè)計(jì)方案 1148972.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源設(shè)計(jì)方案論證 1152652.2總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析 16619第3章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源單元電路設(shè)計(jì) 2206083.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源具體電路設(shè)計(jì) 235273.1.1電源變壓器電路設(shè)計(jì) 2293773.1.2整流濾波電路設(shè)計(jì) 2276673.1.3串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路和啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 3192773.1.4保護(hù)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 4164473.1.5充放電電路設(shè)計(jì) 433153.2元器件型號(hào)選擇 5148283.3參數(shù)計(jì)算 5309043.4微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源總體電路圖 611871第4章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源仿真與調(diào)試 7117054.1Multisim仿真與調(diào)試 7111164.2仿真結(jié)果分析 926877第5章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源實(shí)物制作 10200895.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源電路焊接 10155905.2微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源電路焊接 115.3微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源作品 267961117702第6章作品測(cè)試與數(shù)據(jù)分析 12392第7章總結(jié) 1317249參考文獻(xiàn) 145001附錄I 1512775附錄II 16PAGEIIPAGE16第1章緒論1.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源發(fā)展概況不間斷電源，它的功能是使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在失去供電之后仍舊能持續(xù)工作一定時(shí)間以便用戶緊急存盤，不至于因?yàn)橥ｋ姷耐庠谠蚨斐蓴?shù)據(jù)的丟失。伴隨計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)而誕生的不間斷電源，從其出生的那一刻就被視為數(shù)據(jù)的保護(hù)神。當(dāng)今世界處在信息爆炸的時(shí)代，金融管理、辦公自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息高速公路、數(shù)字通訊和各種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，以及所有與信息有所聯(lián)系的行業(yè)領(lǐng)域，都在飛速發(fā)展。為了保證相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠、安全和穩(wěn)定，給一些重要的負(fù)載持續(xù)穩(wěn)定提供優(yōu)質(zhì)的電能，在這些領(lǐng)域當(dāng)中就需要采用了不間斷電源。不間斷電源正在迅猛發(fā)展，并且越來越廣泛地得到應(yīng)用.數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在當(dāng)今信息社會(huì)中愈加明顯。在不間斷電源產(chǎn)品的研發(fā)和制造過程中采用全數(shù)字化技術(shù)可有效縮小產(chǎn)品體積、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品的可靠性及針對(duì)用戶需求的匹配性；而數(shù)字化控制技術(shù)則會(huì)在不間斷電源系統(tǒng)運(yùn)行過程中準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行信號(hào)采樣、處理、控制（包括電壓電流環(huán)等）、通信等工作，并將各環(huán)節(jié)的控制參數(shù)優(yōu)化統(tǒng)一后發(fā)送給不間斷電源綜合控制單元，從而使不間斷電源系統(tǒng)的運(yùn)行更具效率，實(shí)現(xiàn)更簡單、更穩(wěn)定的通信與均流，并獲取優(yōu)良的電磁兼容指標(biāo)。1.2本文研究內(nèi)容微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源廣泛應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中，可以防止微機(jī)在使用過程中由于發(fā)生斷電等問題時(shí)，造成信息數(shù)據(jù)丟失或使系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行等狀況發(fā)生。由電源電路、充、放電電路等部分組成。要求輸出直流電壓、最大輸出電流、穩(wěn)壓系數(shù)、具有斷電保護(hù)功能。技術(shù)要求：輸出直流電壓。最大輸出電流穩(wěn)壓系數(shù)具有斷電保護(hù)功能利用Multisim（或EWB）進(jìn)行電路仿真與調(diào)試第2章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源總體總體設(shè)計(jì)方案2.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源設(shè)計(jì)方案論證方案一：在電源變壓器和整流之后使用UPS（UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply）電源，其中包括逆變電源，有逆變過程，UPS電源的作用就是在正常使用下，使外電源經(jīng)過整流后，一方面給蓄電池充電，另一方面經(jīng)逆變換再變成交流電供給負(fù)載。當(dāng)外電源出現(xiàn)故障或者突然中斷時(shí)，逆變器立即利用蓄電池的儲(chǔ)能進(jìn)行工作，可以做到毫無間斷的繼續(xù)對(duì)負(fù)載充電。方案二：有不間斷電源由變壓、整流濾波、充放電控制、保護(hù)和啟動(dòng)電路及穩(wěn)壓濾波器部分電路組成。儲(chǔ)能部件是鎘鎳蓄電池組，在在濾波電路后，添加一個(gè)蓄電池組，當(dāng)外電源正常工作時(shí)，一方面對(duì)電路供電，另一方面對(duì)蓄電池組供電。當(dāng)外部電源出現(xiàn)故障或者突然中斷時(shí)，電路進(jìn)行零輸入響應(yīng)，蓄電池組進(jìn)行供電，為電路提供不間斷電源。經(jīng)兩方案對(duì)比，選擇第二方案，首先，第一方案；使用UPS電源電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。第二，第一方案包括逆變過程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但是第二方案結(jié)構(gòu)簡單，器件容易尋找。2.2總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路啟動(dòng)保護(hù)電路充放電電路整流濾波變壓器串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路啟動(dòng)保護(hù)電路充放電電路整流濾波變壓器圖2.2總體設(shè)計(jì)框圖本方案充放電電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電路進(jìn)行不間斷供電的目的，正如框圖所見但外電源正常工作時(shí)，交變電流經(jīng)過變壓器和整流濾波電路，將交變電流變成合適的直流，一方面此電流對(duì)充電電路進(jìn)行充電，LED（紅)將會(huì)亮起，另一方面通過穩(wěn)幅穩(wěn)壓措施對(duì)負(fù)載充電。當(dāng)外部電源出現(xiàn)故障或者突然中斷時(shí)，電路進(jìn)行零輸入響應(yīng)，蓄電池組進(jìn)行供電，為電路提供不間斷電源，此時(shí)綠燈亮起。第3章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源單元電路設(shè)計(jì)3.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源具體電路設(shè)計(jì)3.1.1電源變壓器電路設(shè)計(jì)如圖3.1電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。圖3.1電源變壓器3.1.2整流濾波電路設(shè)計(jì)如圖3.2所示通過電源變壓器將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐担缓笸ㄟ^整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。R1是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管接成電橋形式。濾波電路用于濾去整流輸出電壓的紋波，在負(fù)載兩端并聯(lián)電容器C，由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量儲(chǔ)存起來，當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把電場能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容具有平波作用。+__==ViiiVo_+__==ViiiVo_+圖3.2整流濾波電路3.1.3串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路和啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖3.3所示該穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)節(jié)作用的BTJ與負(fù)載串聯(lián)，輸出電壓的變化量由負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)比較放大電路放大后去控制調(diào)整管T的c-e級(jí)間的電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓輸出Vo的目的。工作原理：當(dāng)輸入電壓Vi增加（負(fù)載電流減?。r(shí)，導(dǎo)致輸出電壓增加，隨之反饋電壓也增加，反饋系數(shù)Fv與基準(zhǔn)電壓相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使Vb和Ic減小，穩(wěn)壓管的c-e級(jí)間電壓也增大，使輸出電壓下降，從而維持輸出電壓Vo基本穩(wěn)定。啟動(dòng)電路當(dāng)輸入電壓為一定值時(shí)，且高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓使三極管導(dǎo)通，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。_Vo+Vi——+_Vo+Vi——+圖3.3串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓和啟動(dòng)電路電路3.1.4保護(hù)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示電壓電路正常工作時(shí)，負(fù)載電流不超過額定值，電流在Ro上的壓降很小，故三極管T1截止，保護(hù)電路不起作用。當(dāng)負(fù)載電流超過某一定臨界值后，Ro上的壓降使T1導(dǎo)通。由于T1中流過一個(gè)集電極電流，將使調(diào)整管T的基極電流被分流掉一部分，于是限制了T中電流的增長，保護(hù)了調(diào)整管。圖3.4保護(hù)電路3.1.5充放電電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示當(dāng)外電源正常工作的時(shí)候，2V經(jīng)過整流電路，將交流電變?yōu)橹绷麟奦i，此直流電一方面對(duì)充放電控制系統(tǒng)中的蓄電池進(jìn)行充電，另一方面通過濾波，穩(wěn)幅等措施對(duì)負(fù)載進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)外電源出現(xiàn)斷電或其他故障，不能正常的供電時(shí)，這個(gè)時(shí)候，充放電控制系統(tǒng)進(jìn)行放電，當(dāng)蓄電池進(jìn)行充電過程，充電控制系統(tǒng)兩端電壓大于12V，D2導(dǎo)通、對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，并且D2發(fā)紅光，當(dāng)電量充滿的時(shí)候，充電控制系統(tǒng)相當(dāng)于開路，當(dāng)外電源出現(xiàn)異常的時(shí)候，整個(gè)電路進(jìn)行零輸入響應(yīng)，蓄電池開始放電，此時(shí)D1導(dǎo)通、D2截止，并且D1發(fā)綠光,為整個(gè)電路提供不間斷直流電源?！?+———++圖3.5充放電電路3.2元器件型號(hào)選擇采用三極管型號(hào)9014、9015可更有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)本課題中的放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，更好的控制輸出電壓的幅值。采用12V蓄電池可更好的實(shí)現(xiàn)充電控制。采用發(fā)光二極管可更好的實(shí)現(xiàn)用戶外電源是否發(fā)生故障,應(yīng)及時(shí)采取措施。采用電位器100050%可實(shí)現(xiàn)三極管B端的分壓。采用運(yùn)算放大器LM324N可更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的放大。3.3參數(shù)計(jì)算最大輸出電壓（3-1）變壓器二次電壓有效值由(3-2)則(3-3)選擇整流二極管：流經(jīng)二極管的平均電流(3-4)二極管承受的最大反向電壓(3-5)選擇濾波電容器：負(fù)載電阻(3-6)濾波電容(3-7)若考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)，則電容器承受的最高電壓(3-8)3.4微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源總體電路圖圖3.4微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源總體設(shè)計(jì)圖

第4章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源仿真與調(diào)試4.1Multisim仿真與調(diào)試如圖4.1所示，再接入負(fù)載R1時(shí)，變壓器二次電壓V2從0開始上升時(shí)接入負(fù)載R1，由于電容器在負(fù)載未接入前充電，故剛接入負(fù)載V2<Vc,二極管受反向電壓作用而截至，電容器C經(jīng)Rl放電，放電的時(shí)間常數(shù)為,因?yàn)闀r(shí)間常數(shù)一般較大，故電容兩端的電壓Vc按指數(shù)規(guī)律慢慢下降。負(fù)載平均電壓V1升高，紋波（交流成分）減少，且時(shí)間常數(shù)越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。如圖4.1所示圖4.1整流濾波電路當(dāng)有外部電源時(shí)，電壓經(jīng)過變壓器和橋式整流電路，將交流電網(wǎng)電壓變成了整流電路要求交流電壓，整流電路將交流電變成了直流電。電源一方面給負(fù)載充電，另一方面給充放電系統(tǒng)充電。仿真圖如圖4.2斷路前所示。圖4.2斷路前當(dāng)外部電源斷開時(shí)，充放電電路開始工作，輸出的電壓電流沒有改變?nèi)鐖D4.3斷路后所示，所以該系統(tǒng)有效。圖4.3斷路后4.2仿真結(jié)果分析采用MULTISIM進(jìn)行仿真。用220v，50Hz的交流信號(hào)接輸入端，萬能表接輸出端經(jīng)過仿真測(cè)得最后數(shù)據(jù)輸出直流電壓Vo=5.006V，輸出最大電流I=3.02mA。與本文研究的數(shù)值相差不大，可近視為輸出直流電壓Vo=5，最大輸出電流Im=3，所以得出仿真結(jié)果正確

第5章微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源實(shí)物制作5.1微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源電路焊接圖5.1是整流濾波及充放電控制電路所焊的實(shí)物圖圖5.1整流濾波、充放電控制電路5.2微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源電路焊接圖5.2是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的焊接作品實(shí)物圖5.2串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路5.3微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源作品圖5.3微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源作品正面圖5.4微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源作品背面作品測(cè)試與數(shù)據(jù)分析雖然按電路圖焊接出了作品，可是卻沒有成功的輸出正確的電壓和電流，也沒有輸出正確的波形，在失敗之余總結(jié)了一下失敗的原因。第一，設(shè)計(jì)電路時(shí)，不能清楚地了解電路本身。第二，在器件選擇上，因?yàn)橹皼]有太多機(jī)會(huì)接觸過，有很多器件沒法正確的選擇，也因?yàn)樘峁┢骷头抡媸遣惶粯?，例如穩(wěn)壓二極管需要IN4728A,它的穩(wěn)壓電壓是3V左右，但是實(shí)驗(yàn)室只能提供6V左右的穩(wěn)壓二極管，所以按理論來說，輸出的電壓將增加。第三，在焊接過程中，由于焊接技術(shù)不太熟練，導(dǎo)致一些虛焊和錯(cuò)焊。雖然作品沒有成功，但是也學(xué)到了很多知識(shí)。圖6.1焊接作品

第7章總結(jié)時(shí)間一點(diǎn)點(diǎn)的逼近了，耗時(shí)2周的課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和自己的努力下我的實(shí)習(xí)作品也將完成了。微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源的功能已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)。首先，經(jīng)過查閱資料在圖書館的資源以及在網(wǎng)絡(luò)上的查詢，還有老師和同學(xué)的幫助，成功的設(shè)計(jì)出微機(jī)斷電保護(hù)直流不間斷電源的仿真圖，成功的仿真出所要的結(jié)果。然后就開始選擇器件型號(hào)，由于沒有太多的機(jī)會(huì)真正的實(shí)踐，導(dǎo)致在這一環(huán)節(jié)上出現(xiàn)