UPS系统的设计副本.docx
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UPS系统的设计副本
目录
一UPS概述1
二UPS系统结构框图1
三UPS总电路图2
四单元电路3
4.1稳压调整电路3
4.2逆变电路3
4.3充电电路5
4.4整流电路5
4.5UPS电源的切换开关6
五芯片介绍8
5.1SG3524引脚图与内部框图8
5.2LM317芯片管脚图和内部原理图9
六心得体会11
七附录12
八参考文献13
九电气信息学院课程设计评分表14
一UPS概述
随着微型计算机应用的日益普及和信息处理技术的不断发展,对电网供电提出了更高的要求。
一是要解决市电中端或瞬变时对计算机等负载产生的不良影响,这些不良影响包括电涌、高压尖峰、暂态过电压、线路电噪声等;二是要保证输出优质正弦波。
为此,引入一种新型不间断电源技术(UninterruptiblePowerSystem,简称UPS)。
目前,市场上销售的UPS电源种类繁多,但按功率分为小功率、中功率、大功率。
UPS电源的需求量越来越大,但对其要求是低成本,高可靠性,小型轻量,高效率,低噪声,输入电源的高功率因数与较少高次谐波,适应负载特性,维护简单,结构合理,容量系列化及电路结构合理等。
二UPS系统结构框图
UPS的结构原理如下图所示。
它的基本结构是一套将交流市电变为直流电的整流/充电装置和一套把直流电再度转变为交流电的PWM逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时储存能量,此时它一直维持在一个正常的充电电压上。
一旦市电供电中断时,蓄电池立即对逆变器供电,以保证UPS电源交流输出电压供电的连续性。
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。
三UPS总电路图
四单元电路
4.1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,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。
4.2逆变电路
1、逆变器
逆变器采用正弦波PWM逆变器方式。
如下图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,并应用瞬时波形控制方式使输出电压接近正弦波。
2、逆变电路
SG3524为逆变器的核心电路,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0.6V~3.5V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。
4.3充电电路
充电电路如下图。
其中,晶闸管整流器型与二极管整流器加斩波器型用于并联系统的蓄电池共用时蓄电池容量较大的系统中,作为分离专用充电器。
升压型是由供给恒直流输出的二极管整流器的直流输出电压加上晶闸管整流器的直流输出电压构成的方式。
DC/DC变换的斩波型是用二极管整流器的直流输出电压供给斩波器,即用斩波器对蓄电池进行充电的方式,它与其他方式相比效率高,适用于中小容量的UPS.。
4.4整流电路
整流电路图如下。
图中为晶闸管可控整流方式这种方式易于稳压控制,并可用作充电器。
它可通过控制来抑制输入突变电流。
但因是电容输入型,输入电流峰值较大。
由于采用移相控制,输入功率因数低,所要求的交流输入电压高。
在图中,220V交流电源输入,接入桥式整流电路。
给晶闸管一个触发电路,使晶闸管导通,由于电路中有电感存在且电感很大,使负载电流不能突变,电流波形为一条水平线,实现整流作用。
其中电感释放能量,给电容充电及给负载提供能量。
使得输出端为直流。
4.5UPS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。
在下图中应用的是一种切换开关。
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。
如下图所示,这是UPS——1000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。
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。
五芯片介绍
5.1SG3524引脚图与内部框图
1(a)
1(b)
SG3524是定频PWM电路,采用16引脚标准DIP封装。
其各引脚功能如图1(a)所示,内部框图如图1(b)所示。
脚9可以通过对地接阻容网络,补偿系统的幅频和相频响应特性。
根据试验结果,对地接电容就可以实现软起动功能。
GS3524是一个通用型PWM控制芯片,用于电机控制与开关电源等。
一般的SG3524的设计与应用是把芯片内部的误差比较放大器的反相输入端接主电路的反馈信号,或者是把误差比较放大器接成电压跟随器的形式。
此设计中,把芯片内部的误差比较放大器接成差动放大器的形式,使调节范围展宽,以适应特殊的需要
目前,开关电源越来越广泛地应用于各行各业中,是各种用电设备的重要组成部分。
5.2LM317芯片管脚图和内部原理图
LM317管脚图
LM317工作原理:
LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。
输入引脚输入正电压,输出引脚接负载,电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容。
LM317内部原理图:
六心得体会
两周的电力电力实习,收获颇多,同时也发现了自己的很多不足,看到了自己的实践经验和理论联系实际的能力都还比较缺乏,同时体会到了在实践中学习的道理。
六月八号拿到课题,回去之后整理一下思绪,就去图书馆借书,查阅资料,由于课上老师告诉了几本可以参考的书籍,这样到图书馆就可以直奔主题了,我借了新型稳压电源及应用实例的书,书上有一些具体设计的实例很有帮助。
刚开始时最迷惑的就是LM317与SG3524是做什么用的,什么样子,具体怎么操作。
这些在我借的几本书上都没有涉及到,于是我上网查资料,才基本弄清楚了LM317与SG3524的情况。
准备工作都做完之后就具体的构思了。
期间遇到了很多不懂的地方,通过自己上网查阅别人的设计,跟同学交流,向老师请教基本上还是弄的差不多了。
还有一个重要的环节就是用protel画图,彭老师上课的时候我没有认真听,现在真是很后悔,别人很快画完了,我却用了很长时间才画好。
以后一定吸取教训好好听课。
。
对我而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就,人生就像在爬山,一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
总的来说这个设计还是比较顺利的,在这里要感谢老师的指导,让我们少走了很多弯路,也感谢学校给了我们一个好的学习环境,感谢同学们的帮助。
希望以后学校能多给我们一些课程设计的课题,能让我们在步入工作岗位之前有更高的专业水平。
七附录
八参考文献
(1)新型稳压电源—何希才、张明莉编著,电子工业出版社。
(2)电力电子技术—第四版,西安交通大学,王兆安、黄俊主编,机械工业出版社。
九电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
硬件制作或软件编程完成情况*
硬件制作测试或软件调试结果*
设计说明书质量
设计图纸质量
答辩汇报的条理性和独特见解
答辩中对所提问题的回答情况
完成任务情况
独立工作能力
组织纪律性(出勤率)
综合评分
指导教师签名:
日期:
注:
①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容;
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序:
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件(非16K大小的图纸及程序清单)。
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