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毕业设计论文）题目：0.5kw小功率UPS的设计2/21设计题目0.5kw小功率ups设计主要研究内容主要研究小功率ups的设计的原理及设计，对小功率ups中应用的芯片和开关器件进行学习选择。主要技术指标或研究目标1输入电压：220V±20%输入频率：50Hz±5%2输出电压：220输出频率：50Hz3电压稳定度：±2%频率稳定度：±0.5%电池供电）基本要求1简介ups的工作原理。2针对ups的不同拓扑结构进行比较分析。3根据设计要求进行方案设计。4PWM芯片和开关器件的选择及功能介绍。5绘制各部分电路原理图，列出元件清单。3/21摘要我设计的UPS主要分为，UPS的运行方式部分，开关电源部分和电源逆变部分。且每一部分都有其典型的控制芯片组成。该UPS不间断电源为在线式UPS电源，这种方式的不间断电源在UPS电源当中性能是比较完美的一种。它可以很好的解决市电的浪涌.持续的高压或低压.断电等问题。而在市电故障的时候则有蓄电池给电源逆变部分供电，从而保证UPS的不间断供电。UPS作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽，则表明对市电的利用能力强减少电池放电）。输出电压、频率范围小，则表明对市电调整能力强，输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性,而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性。智能型UPS是当今UPS的一大发展趋势，随着UPS在网络系统上应用，网络管理者强调整个网络系统为保护对象，希望整个网络系统在供电系统出现故障时，仍然可以继续工作而不中断。因此UPS内部配置微处理器使之智能化是UPS的新趋势，UPS内部硬件与软件的结合，大幅度提高了UPS的功能，可以监控UPS的运行工作状态，还可以通过软件对电池进行检测、自动放电充电，以及遥控开关机等。网络管理者就可以根据信息资料分析供电质量，依据实际情况采取相应的措施。当UPS检测出供电电网中断时，UPS自动切换到电池供电，在电池供电能力不足时立即通知服务器做关机的准备工作并在电池耗尽前自行关机。智能型UPS通过接口与计算机进行通讯，从而使网络管理员能够监控UPS，因此其管理软件的功能就显得极其重要。关键词：运行方式开关电源脉宽调制逆变器维护4/21目录第一章引言5.6第二章硬件设计62.1工作原理6，72.1.1UPS的分类8.92.1.2UPS的运行方式102.2硬件框图102.3开关电源部分112.3.1开关电源原理图112.3.1MC44608的介绍112.3.2MC44608的引脚122.3.3开关电源部分的解读13第三章逆变部分143.1.1逆变部分电路原理图143.1.2NB950芯片143.2电路的技术指标153.3逆变电路的工作原理153.4元件选择16第四章蓄电池部分164.1蓄电池的选择164.2免维护电池的使用16.17总结18致谢19参考资料205/21第一章引言UpsUninterruptedPowerSupply）又称不间断电源，它通常被置于市电电网和用电负载之间，其目的是改善对负载的供电质量，并在市电故障时，保证负载设备的正常运行。随着现代工业的发展，供电网络的负载越来越复杂，特别是大型用电设备的启动和停止，大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外，自然界的雷电，电网的接地不良等因素均影响到电网的供电质量。由于以上因素的影响，可能会导致接在电网上的计算机设备，包括通信﹑医疗﹑金融﹑武器控制等精密的仪器设备发生失控﹑丢失数据﹑停机﹑损坏等严重后果，直接影响用户的正常工作，造成严重的经济损失。随着现代网络技术和信息产业的进一步发展，供电中断所带来的损失的也变的越来越严重。UPS就是为了解决供电系统存在的问题应运而生的，至今已经历了几十年的发展历程。现代社会对电力的依赖程度是无法估量的，试想一下，停电了我们还能干什么：工作？看电视？坐地铁？吹风扇？吃冰激凌？没可能了！还好现在的电力供应已经稳定了，长时间的停电现象已很少出现。但是由于各种原因造成的局部短时间的停电还是不可避免的，据IDC统计，全部电脑故障的45%是由电源问题引起的；在中国，大城市停电的次数平均为0.5次/月，中等城市为2次/月，小城市或村镇为4次/月，电网存在至少九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰；因此从改善电源质量的角度来说给电脑配备一台UPS是十分必要的。另外，精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的，以服务器为核心的网络中心要配备UPS是不言而喻的，即使是一台普通电脑，其使用三个月以后的数据文件等软件价值就已经超过了硬件价值，因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必须的。大家可以想象，今天如果未使用不间断电源系统，那6/21么当市电发生异常，将造成计算机死机，甚至造成硬件故障，到时维修费将不可预期；硬件的故障可花钱消灾，但是存在硬盘中的资料呢？那可是有钱也买不到，所以为您的设备添购不断电系统，就如同买保险一样，有备无患；UPS系统并不是只有当停电时才有动作的，前面所提到的市电异常，包含了市电电压过低、过高、突波、噪声等，足以影响设备正常运作的电源品质，因此UPS的重要性可见一斑。为此我们设计了一套供小型家庭使用的UPS设备。第二章硬件设计2.1工作原理UPS电源系统由4部分组成：整流AC-DC变换）、储能电池组）、变换DC-AC逆变电路）和控制(控制驱动和开关。1.AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。2.DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。3.控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。不间断电源工作原理框图如图2-1所示。7/21【图2-1】不间断电源工作原理框图其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。8/212.1.1UPS的分类UPS已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。目前，UPS一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。一）后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电，当市电异常市电电压、频率超出后备式允许的输入范围或市电中断）时，后备式UPS通过转换开关切换到电池状态，逆变器进入工作状态，此时输出波形为交流正弦波或方波，对一般的计算机设备的工作不会造成影响(如图2-2。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有切换时间，且输出波形一般为方波。【图2-2】后备式二）在线互动式UPS在线互动式UPS是界于后备式和在线式工作方式之间的UPS设备，它集中了后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点。在线互动式UPS的逆变器一直处于工作状态，具有双向功能，即在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作给电池组充电，起充电器的作用；在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组的直流电压转换为交流正弦波输出。在线互动式UPS也有转换时间，比后备式UPS短，保护功能较强。采用了铁磁谐波变压器，在市电供电时具有较好的稳压功能。由于充电逆变器共用一个模块，在给电池充电时，9/21由逆变器产生的高频成份很难滤掉，充电效果不是非常令人满意，故不适合作长延时的UPS。在线互动式UPS价格远远低于在线式UPS，只比后备式UPS价格稍高，因此也是一种适合小型办公或家庭使用的UPS。原理框图如图2-3所示：【图2-3】在线互动式三）在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，当市电异常市电电压、频率超出后备式UPS允许的输入范围或市电中断）时，后备式UPS通过转换开关切换到电池状态，逆变器进入工作状态，此时输出波形为交流正弦波或方波。后备式UPS存在切换时间，一般为4毫秒～10毫秒，但对一般的计算机设备的工作不会造成影响。(如图2-4。其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS10/21【图2-4】在线式2.1.2UPS的运行方式运行方式：不断电系统的供电原理是当市电正常时，机器会将市电的交流电路换为直流电，而后对电池充电，以备电力中断时使用；这里跟各位强调的是不断电系统并不是停电时才会动作，像是遇到电压过低或过高、瞬间突波等，足以影响设备正常运转的电力品质时，不断电系统均会动作，提供设备稳定且干净的电力。当市电正常供电时，市电经滤波回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对电池组充电，另一个则是经整流回路，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换提供电力给负载使用；由此可知，在线式不断电系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出均是稳定而不受任何影响。一旦市电发生异常时，将储存于电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到不断电的功能。、2.2硬件框图本次设计的在线式UPS的原理结构框图如图2-5所示）。220V、50Hz的市电经过开关电源转换为几十伏的低压直流电．经二极管D1对铅酸蓄电池组充电的同时，还为逆变器供电。然后由升压变压器B1将逆变器输出的低压交流电升为220V。当外界停电时，开关电源无输出电压，D1截止，铅酸蓄电池组由充电状态迅速转为放电状态。在转换过程中没有后备式UPS那种继电器的切换，杜绝了供电瞬间中断的现象，保证了电能的持续不间断供应。【图2-5】在线式UPS的原理结构框图11/212.3UPS的开关电源部分2-6UPS充电电路图示UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产；当由于生产