简易UPS不间断电源(省市级比赛试题

1、 2011年*第*届中等职业学校电子技能竞赛考题（学生组）考题名称：简易UPS不间断电源完成时间：4小时目录一、电路说明部分1.1电路原理简介1.2电路主要元器件介绍1.3装配及调试说明二、考题答卷部分2.1电子产品装配30分2.2原理分析及参数测试25分2.3电子产品功能测试30分三、电路设计软件Portel应用部分15分备注：请参赛选手认真审题后，再焊接组装。 考 号： 工 位 号： 一、电路说明部分1、1 电路原理简介1、产品功能不间断电源(以下简称UPS)在我们日常生活中随处可见，如学校、企业、银行和机关单位的等，UPS主要作用是在市电停电时，能够继续为不能断电的设备继续提供电能，为用

2、户争取时间停止设备。这里为同学们展现的是一种简单的UPS电路，其主要目的是了解UPS电源的工作原理，电路中J2为交流电源输入端，J1为不间断电源输出端，考虑到装调人员的人身安全，这里的系统工作电压为AC30V。 2、电路工作原理UPS电源主要由以下电路组成：正弦波振荡器、限幅放大器、前置驱动、功率放大器、升压变压器、开关机控制电路、双电源切换电路、失电检测电路、失电报警电路、过流检测保护电路、手动开关机控制电路等，组成框图见图1，电路原理图见图2。图1 UPS电源组成图正弦波振荡电路：正弦波振荡电路为文氏桥振荡器，C1/C2/R1/R22/RP5组成选频电路，调节RP5可调整振荡电路的振荡频率

3、，R3/R4/RP2组成正反馈电路，为振荡电路提供必要的电压增益，调节RP2可调整电路的正反馈量。限幅放大电路：限幅放大电路是为反比例运算放大电路，由R13/R25/R26/RP6/U1B组成，调节RP6可改变电路的放大倍数。开关机控制：开关机控制电路由继电器K1作为执行部件，当继电器吸合时，限幅放大器输出的信号对地短路，后级电路停止工作达到关机目的。前置驱动：前置驱动电路为电压跟随器，由U1C组成此电路不起放大作用，只为驱动功率放大电路，为功率管提供足够的驱动电流。功率放大电路：功率放大电路采用简单的OCL功放电路，由R30/R31/R32/R33/R34/Q6/Q7组成，正半周Q7工作，负

4、半周Q6工作，R34为电流取样电阻，电流越大其端电压越高。升压变压器：升压变压器为普通的工频变压器，电路组成元件为T1/RV1/R2/LED4/D9组成，RV1为压敏电阻，其标称值为36V，此电阻为过压保护电阻，防止因电压过高伤及人身安全，R2/LED4/D9为升压电路的工作指示，当指示灯点亮时证明升压电路已开始工作。输出切换电路：输出切换电路由D1/C13/K2组成，K2为双刀双掷的继电器，线圈工作电压为DC24V，D1和C13为整流滤波电路为K2提供工作电源，当输入的AC24V电压存在时，K2吸合输出自动切换到常用电源，不纯在是，输出切换到由升压电路提供的电源。电源检测：电源检测电路由R3

5、5/D10/C17/U4组成，当输入电源AC24V存在时，光电耦合器U4导通，控制继电器K1吸合，升压电路停止工作，当无电源输入AC24V存在时，U4截止不参与对K1的控制，此时失压告警电路开始报警。失压告警电路：失压告警电路由2个多谐振荡电路组成，R8/C6/U5D/U5E组成音频振荡电路，振荡频率约为2kHz，U5F和R21为振荡电路的输出隔离电路。R29/C8/U5A/U5B组成周期为2Hz间隙振荡电路，通过U5C和R20隔离后由Q4调制音频信号，D7/D6/Q3/R13/Q15组成报警音控制电路。过流保护电路：过流保护电流由取样电阻、三极管放大电路、检波电路、电压比较电路和锁存电路组成

6、。R34为取样电阻。R28/R17/RP4/C16/C12/C11/Q1组成放大电路，将取样电阻的电压进行放大，调节RP4可调整放大电路的静态点。D8和C11组成检波电路，将交流信号转换成直流电压。RP3/R16/R15/R27/U1D组成电压比较器，调整RP3可设置比较器的参考点电压。U3A/R9/C9/S1组成过流锁存电路。LED1和R6组成过流保护指示电路，LED1点亮时过流保护启动。手动开关机电路：C15/R10/R11/S2/R24/LED2/U3B组成手动开关机电路，U3B为D触发器，按一次S2输出翻转一次，U3B的输出端Q通过D4控制开关机电路。3、电路目的将12V通过J3接入，

7、AC24V通过J2接入，J1为电压输出端，LED5为输出指示灯。A、 开启12V电源，关闭AC24V电源。输出端电压为30V2V；喇叭BT1发出滴滴滴.的报警音；按S1键可开关机，关机后输出为0V；短接输出端，保护电路启动，电路停止工作，输出为0VB、 开启12电源，开启AC24V电源。输出端电压J1=输入端电压J2，报警音消失。C、 关闭12电源，开启AC24V电源，输出端电压J1=输入端电压J2，报警音消失。图2 电路原理图4.PCB元件布置图，详见图3和图4图3 顶层元件布置图图4 底层元件布置图5.元件清单序号名称规格代号封装序号名称规格代号封装1色环电阻1kR32AXIAL0.351

8、电解电容10uf/50VC12RB2.5/52色环电阻1kR33AXIAL0.352电解电容10uf/50VC9RB2.5/53色环电阻1/1WR34AXIAL0.553电解电容100uf/25VC19RB4/74色环电阻3kR4AXIAL0.354电解电容100uf/25VC20RB4/75色环电阻4.7kR24AXIAL0.355独石电容0.1ufC3RAD0.26色环电阻4.7kR7AXIAL0.356独石电容0.1ufC4RAD0.27色环电阻4.7kR6AXIAL0.357独石电容0.1ufC2RAD0.28色环电阻4.7kR5AXIAL0.358独石电容0.1ufC7RAD0.29

9、色环电阻10kR35AXIAL0.359独石电容0.01ufC16RAD0.210色环电阻10kR10AXIAL0.360独石电容0.1ufC5RAD0.211色环电阻10kR13AXIAL0.361独石电容0.1ufC8RAD0.212色环电阻10kR16AXIAL0.362独石电容0.1ufC1RAD0.213色环电阻10kR18AXIAL0.363贴片电容0.1ufC6080514色环电阻10kR12AXIAL0.364二极管1N4007D111N400115色环电阻10kR17AXIAL0.365二极管1N4007D101N400116色环电阻10kR9AXIAL0.366二极管1N4

10、007D91N400117色环电阻10kR15AXIAL0.367二极管1N4148D3DIODE7.7518色环电阻10kR14AXIAL0.368二极管1N4148D6DIODE7.7519色环电阻10kR11AXIAL0.369二极管1N4148D5DIODE7.7520色环电阻20kR22AXIAL0.370二极管1N4148D7DIODE7.7521色环电阻22kR2AXIAL0.371二极管1N4148D2DIODE7.7522色环电阻22kR1AXIAL0.372二极管1N4148D8DIODE7.7523色环电阻22kR3AXIAL0.373二极管1N4148D4DIODE7.

11、7524色环电阻47kR23AXIAL0.374二极管1N4148D1DIODE7.7525色环电阻47R36axial0.375二极管1N4007D121N400126色环电阻100kR27AXIAL0.376发光二极管M3 红色LED2LED0.127色环电阻100kR28AXIAL0.377发光二极管M3 红色LED3LED0.128色环电阻100kR25AXIAL0.378发光二极管M3 红色LED4LED0.129色环电阻100kR26AXIAL0.379发光二极管M3 红色LED1LED0.130色环电阻200kR30AXIAL0.380发光二极管M3 红色LED5LED0.131

12、色环电阻200kR31AXIAL0.381贴片三极管1815Q5SOT-23/C181532贴片电阻4.7kR8080582贴片三极管1815Q3SOT-23/C181533贴片电阻10kR20080583贴片三极管1815Q4SOT-23/C181534贴片电阻10kR21080584三极管1815Q1TO-92C/C181535贴片电阻10kR19080585三极管1815Q2TO-92C/C181536贴片电阻100kR29080586三极管D772Q6D88237压敏电阻7D390RV1RAD0.387三极管D882Q7D88238可调电位器10k*2RP5KT88集成电路4013U3

13、DIP1439可调电阻10kRP1VR336289集成电路40106U5SOP-1440可调电阻10kRP4VR336290集成电路LM324U141可调电阻10kRP3VR336291接线端子CON2J12-5.0842可调电阻10kRP2VR336292接线端子CON2J22-5.0843可调电阻50kRP6VR336293接线端子CON3J33-5.0844电解电容1uf/50VC18RB2.5/594光耦PC817U4DIP445电解电容10ufC17RB2.5/595继电器MR62-24USRK28JJDQ46电解电容10uf/25VC15RB2.5/596继电器SRSB-12VDC

14、K1JH23F47电解电容10uf/50VC11RB2.5/597按键6*6mmS26*6KEY48电解电容10uf/50VC10RB2.5/598按键6*6mmS16*6KEY49电解电容10uf/50VC14RB2.5/599变压器12V/36V 3WT112/1.5W变压器50电解电容10uf/50VC13RB2.5/5100扬声器8/0.5WBT18/28 表 11.2电路主要元器件介绍1、 运算放大器LM324LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，其内部包含4组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，两组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图5所示，LM324具

15、有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中。图 5 2、双D触发器CD4013CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及（Q非）输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。引脚图见图6， 真值表见表2。 图 6 表 23、6非门CD40106（输入带施密特触发） CD40106型是在输入级具有施密特触发功能的反相器。在输入

16、波形的上升段和下降段，其阀值电压不同。CD40106的引脚图如图7。图 74、变压器变压器采用普通工频变压器，初级为12V,次级为36V,外形见图8。图 8 侧视图 高压侧 低压侧压敏电阻器简称VSR，是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。它在电路中用文字符号“RV”或“R”表示，图9是外形图，图10为电路图形符号。5、压敏电阻 图 10图 91.3装配及调试说明1、 焊接说明A、 变压器焊接时应注意高压端和低压端，低压端12V焊接在三极管Q6/Q7侧，高压端36V焊接在继电器输出侧；B、 可调电位器RP5金属部分需接地。2、 调试方法A、 调试前的准备工作通过J3端子接入+12V、-

17、12V和GND工作电源（注意电源极性）。通过J2端子接入AC24V。将RP1调整至接地端，即输出电压为0处；将RP6的电阻值调节到最小位置；将RP4的阻值调节到最小位置。完成以上步骤后可将12电源接通。B、 开关机控制电路：开关机控制电路的执行部件为K1，当K1吸合时由U1B输出的信号对地短接，升压电路无法工作。继电器K1由3个单元电路进行控制，分别为手动开关机电路、过流检测电路和交流电源检测电路，要调试其他电路前，应将先将以上3块电路调试正常，使K1处于断开状态。手动开关机电路调试：手动开关机电路以D触发器为核心，数据输入端D与输出端Q相连，S2作为D触发器的时钟信号，当S2按下时电路翻转一

18、次，当LED2熄灭时，U3的13脚输出为低电平，手动开关机电路不参与对K1的控制。过流检测电路：在此处先不介绍过流检测电路的调试方法，其主要目的是先将过流检测电路关闭，使过流检测电路不参与对K1的控制，关闭过流检测电路的方法，首先调节RP4使Q1电压为最小值（一般为1V以下）。其次调节RP3使RP3动触点的输出电压为12V。最后按下S1键使LED1熄灭，此时U3A的1脚输出为低电平，证明过流检测电路未参与对K1的控制。交流电源检测电路：先不接入AC24V电源即交流电源检测电路不参与对K1的控制。总之在调试升压电路之前应使K1处于断开状态！C、 正弦波振荡电路调试。通电前请将RP1调整到最小点，

19、即RP1的动触点输出电压为0V。接通12V电源，用示波器测量U1的1脚，观察电路是否起振，若未起振调节RP2使电阻减小增大正反馈量，使电路起振。若输出的正弦波失真了，调节RP2使电阻增大减小失真度。调节RP5可改变电路的振荡频率。在调试振荡电路时通过调整RP5和RP3使电路输出频率为50Hz1Hz的标准正弦波。D、 放大和升压电路调试。调节RP6使等效电阻值最小，调节RP1使RP1输出端的正弦波峰值电压为2V。检查压敏电阻RV1是否焊接正确。接入12V电源断开AC24V电源，用万用表测量J1电压，此时调节RP6使J1的输出电压为AC30V。注意：此电路调试时K1不能处于吸合状态，导致K1吸合升

20、压电路将停止工作。E、 交流电源检测和输出切换电路调试：当AC24V接入时，D10和C17组成整流滤波电路，为光耦U4初级供电，光耦初级通电后次级导通，电流通过光耦次级通过D2使三极管Q2导通继电器K1吸合，此时升压电路关闭。AC24V接入时，继电器K2吸合，交流输出端J1通过继电器K2的常开触点与J2接通；当AC24V未接入时继电器K1、K2断开，此时升压电路开始工作，由升压电路产生的交流电源通过K2的常闭触点输出到J1。F、 交流电源失电告警电路：失电告警电路由U5和相关的外部元件组成，当AC24V接入时，光耦U4次级导通，三极管Q3导通，音频振荡电路和间歇振荡电路输出的信号通过二极管D6

21、和D7对地短路，此时喇叭不发出声音证明交流电源存在。当AC24V为接入时Q3截止，通过间歇信号通过Q4调制音频信号使喇叭发出滴滴滴.的声音，告知使用者停电了。G、 过流检测电路调试：先按S2键关闭升压电路，R17/R28/C16/C12/RP4/Q1组成的三极管基本放大电路，调节RP4可改变电路的静态工作点，调节RP4使三极管C极电压为30.5V。RP3为比较器的参考电压设置点，调节RP3可调整过流保护的启动值。D触发器U3A和S1/C9/R9组成的过流保护锁存电路，S端为逻辑1时输出端Q为1，R端为逻辑1时输出端Q为0，S1作为过流保护后的清除按键。若电流过大超出设定值比较器输出为1，此时D

22、触发器U3A输出端Q输出为1，通过二极管D3使K1吸合关闭升压电路，从而起着过流保护的作用，升压电路关闭后取样电阻R34无电压信号，比较器输出为逻辑0，但此时D触发器输出Q仍然为逻辑1，只能通过按下S1键使输出清零，从其启动升压电路。H、 LED指示说明： LED1 过流保护指示灯，点亮时表示过流保护启动；LED2 手动开关机指示灯 ，点亮时表示关机；LED3 电源指示灯，点亮时表示DC12V工作电源正常；LED4 升压电路工作指示灯，点亮时表示升压电路已输出交流电压；LED5 输出指示灯，电路时表示交流电源输出端J1输出正常。 3、整机试验图1 J3接入12V电源，J2接入AC24V电源，此

23、时J1电压等于J2电压，升压电路停止工作，当断开AC24V电压时，喇叭发出滴滴滴.的报警音，J1的电源等于30V，按下S2键可开关J1输出的30V电压，当J1输出端短路时LED1点亮J1输出电压等于0V，短路消除后按下S2键J1从新输出30V电压。二、考 题 答 卷 部 分2.1电子产品装配(30分)元件包中大概有30%的多余材料用于筛选，请根据电路原理图和元材料清单筛选出合适的原材料，并完成2.2项的元件测试报告。元件焊接标准及工具的使用标准见下表：内 容技术要求配分评分标准 得分元器件引脚1、引脚加工尺寸及成形应符合装配工艺要求41、检查成品，不符合要求的，每处每件扣0.5分/件。2、根据

24、监考记录，工具的不正确操作，每次扣0.5分。元器件安装2、元件高度及字符方向应符合工艺要求3、元件安装横平竖直4、电路板底层安装贴片元件6焊点5、焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺6、焊盘不应脱落7、修脚长度适当，一致，美观9安装质量8、集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求9、元器件安装牢固，排列整齐10、无烫伤和划伤，整机清洁无污物6常用工具的使用和维护11、电烙铁的正确使用12、钳口工具的正确使用和维护13、万用表正常使用和维护14、毫伏表正常使用和维护15、示波器正常使用和维护52.2参数测试（25分）1、筛选元件（10分）将下表中涉及元器件检测结果

25、填入表中。注意：质量判定填写“可用”、“断路”、“短路”、“漏电”。所使用的万用表型号为:_元 器 件识别及检测内容配分评分标准得分电阻器R1标称值(含误差)测量值测量档位每支1分错1项，该电阻不得分。电容器C1标称值( f)介质质量判定每支1分错1项，该电容不得分。二极管D10正向电阻反向电阻测量档位质量判定每支1分错1项，该二极管不得分。三极管Q7画外形示意图标出管脚名称电路符号质量判定每支1分错1项，该三极管不得分。继电器K2画外形示意图标出管脚名称线圈电阻质量判定每支1分错1项，该可调电阻不得分。光耦U4画外形示意图标出管脚名称电路符号质量判断每支1分错1项，该蜂光耦不得分。元件挑选全

26、部元器件元件应用正确2分检查电路板上安装的元件，装错、漏装或操作损坏元件扣0.5分/件。万用表的使用和维护万用表正常使用和维护操作全过程中，对万用表的使用逐工位检查2分各项操作方法不当及错误操作手法扣0.5分/项2、电路原理分析和参数测试（共15分，每空0.5分）（1、电阻R35的作用是什么 。（2、可调电阻RP4的作用是什么 。（3、电容C14的作用是什么 。（4、由U1B和外围元件组成的什么电路 （反比例运算放大电路，同比例运算放大电路，电压比较器）。（5、三极管Q6/Q7和外围元件组成什么功率放大电路 （OTL、OCL、BTL）。（6、压敏电阻RV1的作用是什么 （过压保护、限流、滤波）

27、。（7、二极管D4/D3/D2组成什么逻辑关系 （与、或、异或）。（8、三极管Q4工作于什么状态 （放大、开关、检波）。（9、三极管Q1工作于什么状态 （放大、开关、检波）。（10、U1D和外围元件组成 （反比例运算放大电路，同比例运算放大电路，电压比较器）。（11、二极管D7的作用是 （整流、开关隔离、钳位）。（12、二极管D10的作用是 （整流、开关隔离、钳位）。（13、二极管D1的作用是 （整流、开关隔离、钳位）。（14、电容C18的作用是 （滤波、耦合、振荡）。（15、三极管Q2的C极和E极击穿升压电路将 （停止工作、正常工作、输出电压降低）。（16、若三极管Q3的C极和E极开路告警电

28、路将 发出滴滴滴报警声（正常、连续、始终不）。（17、正弦波振荡电路中的C2增大，其振荡频率 （增大、减小）。（18、音频振荡电路中的R8减小，其振荡频率 （增大、减小）。（19、当升压电路工作时R34两端电压为 V。（20、当升压电路正常工作时整机电流为 mA。（21、电容C15和R10组成什么电路 。（22、当手动开关机电路处于开机状态时，测量U3部分引脚的电压。CD4013U3引脚10111213电位（23、在电路正常工作时,测量U1 第1脚的波形（共2.5分，波形记录1分，测试数据每个0.5分） 记录示波器波形示波器填入数据得分时间档位：幅度档位：频率：峰峰值：周期：3、电子产品功能测试（30分）1、 本电路功能完成，电路的调试方法，详见第8页的装配调试说明。（25分）鉴定内容技术要求配分评分标准得分实现UPS电源的全部功能根据1.3项中的第3项“整机试验”，作为技术要求。25分正弦波振荡电路能输出501Hz的正弦波（3分）升压电路能输出AC30V2V的电压（6分）手动开关机电路能正常工作（2分）失压告警电路正常工作（4分）短路保护电路能正常工作（7分）输出自动切换电路能正常工作（3分）2、 电路路原理分析（5）（1）、描述文氏桥振荡电路的工作原理？(2