《OnlineUPS架构》PPT课件

1、Online UPS 架构1精选PPT目录UPS的分类在线式UPS的定义在线式UPS硬体架构2精选PPTUPS的分类UPS( Uninterruptible Power System )，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。从其发展历史来说，UPS经历了两个阶段:旋转式UPS和静态变换式UPS。静态式UPS从技术模式上又分为三类：离线式（OFF LINE）、在线式（ON LINE）和在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）。UPS从其工作原理上可分为后备式（OFF LINE ）和在线式（ON LINE ）两种。从备用时间上则可分为标准型和

2、长效型两种。 3精选PPT在线式UPS的定义在线式UPS的工作过程是： 当市电正常时，输入的交流电压通过充电电路不断对电池进行充电，同时AC/DC电路将交流电转换为直流电，然后通过逆变器再将直流电逆变为交流电供给负载。 而当市电异常时，蓄电池开始工作，此时电池中的直流电通过逆变器变换成交流正弦波电能供给负载，因此无论市电正常与否，逆变器始终处于工作状态，从根本上消除了电网的电压波动和干扰对负载的影响，真正实现了对负载的无干扰、稳压和零转换时间。4精选PPT在线式UPS硬体架构整机方框图整机架构说明硬体线路说明5精选PPT整机方框图整机方框图（图1）：6精选PPT整机架构说明整机架构图整机工作原

3、理市电模式-电池模式电池模式-市电模式7精选PPT整机架构图整机架构图（图2）：8精选PPT整机工作原理在线式UPS整机工作原理：在线式UPS正常工作于2种工作模式：电池模式市电模式9精选PPT整机工作原理1、 电池模式 1)、不开机。UPS不工作。 2)、开机。CPU拉低3525OFF信号，DC to DC斩波部分电路的控制芯片3525开始工作，产生推挽式电路中开关管Q4、Q6和Q10、Q11的驱动信号。通过推挽式电路，把电池电压斩波成BUS电压。BUS电压的反馈信号送给CPU，再由CPU发出BUS电压调节信号来实现BUS电压的软启动。当BUS电压逐渐上升并稳定在380Vdc左右后，BUS电

4、压软启动结束。接着开始逆变电压软启动，CPU发出PWM.SINE信号，经过控制板上的滤波电路形成正弦波，同时逆变电压的反馈和逆变电流反馈会进行补偿，得到标准正弦波。CPU还发出CLOCK信号，经积分电路后形成三角波，与标准正弦波进行脉宽调制，产生INV IGBT Q12、Q13的驱动信号。逆变电压逐渐上升到220Vac并稳定，逆变电压软启动结束。O/P RELAY跳到逆变端，UPS工作于电池逆变模式，有逆变电压输出。10精选PPT整机工作原理2、 市电模式 1)、有正常市电输入后未开机。充电部分开始工作，并给工作电源部分控制芯片UC3845提供电源。工作电源产生后，CPU根据对旁路的软件设置做

5、如下操作： A、 无旁路，UPS无输出。 B、 有旁路，进行BUS软启动后闭合I/P RLY， O/P RLY处于断开状态，市电经旁路直接输出。11精选PPT整机工作原理 2)、有正常市电输入后开机，先进行BUS软启动，软启动结束闭合I/P RLY,市电由旁路输出，关掉DC to DC升压电路，打开PFC， AC to DC整流升压部分电路开始工作，然后启动逆变电压软启动，逆变电压升至220V,闭合O/P RLY,UPS工作在市电模式。12精选PPT市电模式-电池模式市电模式和电池模式的相互转换1)、市电模式电池模式： 当市电中断或异常时，CPU关掉I/P RELAY和AC to DC整流升压

6、部分，同时打开3525控制的直流升压部分，UPS工作在电池模式。2)、电池模式市电模式： 当市电恢复正常后，CPU先打开I/P RELAY，过一段时间后打开AC to DC整流升压部分并关掉3525，UPS转到市电模式。 13精选PPT硬体线路说明整机架构中具体线路的工作原理：充电器工作原理工作电源部分工作原理AC to DC升压电路工作原理DC to DC升压电路工作原理Inverter电路工作原理控制板线路说明14精选PPT充电器工作原理充电器工作原理图（图3） ：15精选PPT充电器工作原理1)、基本电路工作原理 该电路为一典型的可以有多个输出端的隔离返驰式转换器。电路的输入为市电整流滤

7、波后的直流电压值。 当Q8导通时，变压器的初级绕组渐渐会有电流流过，并将能量储存其中，由于变压器的初级和次级绕组极性相反，因此二极管反相偏压，没有能量转移到负载，当Q8关断后，二次绕组极性相反，二极管导通，输出电容被充电，负载有电流流通。 16精选PPT充电器工作原理2）充电器工作原理 充电器的工作是在UC3845的控制下完成的。 首先，当有市电输入时，前面的整流滤波电路把交流输入变为直流，通过分压电路提供3845的工作电源，充电器开始工作后，隔离返弛式的一个输出端为UC3845提供稳定的电源。 其次，3845采样TX2次级充电电压和初级充电电流信号，将取得的充电电压反馈信号通过17精选PPT

8、充电器工作原理 分压电路与标准电压（2.5V）做比较，比较结果送给3845；同时将采样TX2初级的电流信号，直接送给3845，3845根据得到的反馈信号调节输出PWM DUTY。控制充电电压与充电电流的值。 另外，CPU可通过高低电平控制3845是否工作，从而达到开关充电器的目的； 工作电源部分也是采用有多个输出端的隔离返弛式转换器，工作原理与充电器类似。其输入来自于电池，市电模式时亦是充电器的输出。18精选PPT工作电源部分工作原理1、DC开机。当开机键被按下，电池通过分压电路产生的12V电源提供给UPS工作电源部分控制芯片UC3845的工作电源端，UC3845开始工作。驱动返弛式转换器工作

9、，产生12V工作电源，取代由按开机键时电池分压电路产生的12V，从而给UC3845提供稳定的电源。稳定的工作电源建立后，12V开始提供CPU所需的5V工作电源，CPU开始工作，程序中检测到DC开机时，就会执行DC开机的一系列动作。19精选PPT工作电源部分2、有市电正常输入时。由充电器原理可知，功率板上的充电器开始工作。充电器多路输出中的其中一路通过分压电阻与工作电源部分的3845的工作电源相连接，这样UC3845也获得了电源。UC3845开始工作，其后工作电源部分的运行情况与DC开机类似。20精选PPTAC to DC升压电路整流性负载原理图(图4)：VoVsIsIdRL21精选PPTAC

10、to DC升压电路整流性负载电压电流波形（图5）：VsVoIdIs22精选PPTAC to DC升压电路 图4是市电交流/直流的基本电路，可以看出，市电经全波整流后，电压、电流波形如图5所示。二极管只有在输入电压高于输出电压时才会导通。在此导通时间内，输入电流必须供应半周所需的能量，因此其波形呈现高尖特性，这样的电流波形不仅含有大量的低次谐波，而且功率因数也只达0.50.7左右。为降低无功功率在电路中的损耗，提高有功功率，有必要对功率因数进行修正。 23精选PPTAC to DC升压电路1)、功率因数的定义 功率因数（Power Factor），即为有功功率与视在功率的比值。 PF=P/（VR

11、MS*IRMS） 影响功率因数有两个主要方面： 一是电压和电流之间的相位差，若电压和电流是标准的正弦波，PF=COS，其中是电压和电流之间的相位差。若电压相位超前电流，0，负载呈感性；反之负载呈容性。 24精选PPTAC to DC升压电路 二是电流波形中的谐波含量，谐波含量越大，功率因数越低。对于整流性负载（如许多无功率因数校正的开关电源），电压与电流之间的相位差并不大，而是电流谐波大。另外，电流谐波会对电网造成污染。 25精选PPTAC to DC升压电路2)、功率因数修正 所谓功率因数校正(Power Factor Correcting)，就是改善电流波形，使其形状尽量与电压波形一致，这

12、样负载呈现出电阻性负载的特性，功率因数将接近于1。故在整流后加入一级DC/DC的功率因数校正器（PFC），借由主动开关的动作将输入电流修正为与电压波形相似的正弦波，以达到提高功率因数目的。对于改善功率因数，采用升压式电路有不少优势。下面是其工作原理及实现方法。 26精选PPTAC to DC升压电路 A、升压式电路的工作原理 升压式电路原理图（图6）：27精选PPTAC to DC升压电路 如图6所示，当Q1导通时，二极管D1截止，电感L1处于储能状态，在输入电压Vin的作用下L1的电流线性上升，输入的电能转换成磁能储存在电感线圈中，负载靠滤波电容C1提供能量。 当Q1截止时，由于电感电流不能

13、突变，因此L1产生极性为右正左负的感应电势。此时D1导通，电感L1把上一时间段储存的磁能通过D1一方面传递到C1，给C1充电，另一方面提供给负载。 28精选PPTAC to DC升压电路 所以，可以通过调整开关管Q1的导通与截止时间，控制负载两端的电压。并且由于电感电流不能突变，可以比较容易地控制电感电流（输入电流）的波形。29精选PPTAC to DC升压电路B、功率因数校正的实现 功率因数校正的实现是由UC3843的控制下的升压式电路来完成的。 功率因数校正也有专用芯片如UC3854，为使电流波形跟随电压波形，须采样BUS电压信号、输入电流标准波形信号、输入电压有效值和输入实际电流信号，然

14、后做相应的运算，才能通过对其输出脉冲脉宽的调节来实现稳定BUS电压和改善电流波形的目的。30精选PPTAC to DC升压电路 与UC3854不同，UC3843只须采样BUS电压信号和电流信号，在升压式电路功率不太大时，对功率因数的改善能取得良好的效果（如在不带充电器时功率因数能达到97%以上）。UC3843有两个反馈环，一是电压反馈，信号送VF端和COMP端；二是电流反馈，采样的电流信号送IS端。另由于UC3843是峰值电流控制模式，故须斜率补偿，变为平均电流控制模式。（有关峰值电流控制模式和平均电流控制模式的详细内容，可以参阅相关开关电源资料） 31精选PPTDC to DC升压电路工作原

15、理DC to DC升压电路主要采用PUSH-PULL架构：1)、推挽式(PUSH-PULL)转换器工作原理 推挽式转换器工作原理图(图7)：32精选PPTDC to DC升压电路工作原理 推挽式转换器在一个周期内Q1、Q2各导通一次，在每一个半周会将功率传至负载。一个完整的周期如下：1、Q1导通时，根据变压器TX的同名端，可知D1反偏而截止，D2正偏而导通且向电容C1充电和给负载提供能量。 2、Q1、Q2同时截止时，D1、D2也截止，由电容C1向负载供电。 3、Q2导通时，D1导通且向C1充电和给负载提供能量，D2截止。33精选PPTDC to DC升压电路工作原理4、Q1、Q2同时截止。 Q

16、1、Q2的导通与关断是通过3525输出控制来实现的。 在电池模式下，3525一直处于工作状态，通过BUS电压负反馈调节Q1、Q2的导通占空比，驱动PUSH-PULL电路工作，为逆变器提供稳定的BUS电压。 UPS在开机时，为保护电路，会先进行BUS电压软启动(SOFTSTART)，当BUS电压上升到正常值，启动各部分工作电路。34精选PPTDC to DC升压电路工作原理 BUS电压软启动在有市电开机时，如果输入开关为SCR，则可以通过对SCR控制其开通的导通角，并在下半周关断达到BUS电压软启动。但如果输入开关为继电器，由于继电器本身开关时间的限制，则必须通过DC to DC升压电路进行BU

17、S电压软启动，软启动结束，关断DC部分电路，启动AC/DC升压电路，进行正常的市电逆变。35精选PPTInverter电路工作原理 逆变部分原理图(图8):36精选PPTInverter电路工作原理 逆变部分采用半桥式(half-bridge)结构来实现，工作于连续电流模式。其驱动信号是由CPU发出的信号通过控制电路产生的，输入是BUS电压（空载时约380V），输出是正弦电压220Vac，频率50Hz。 一个周期的工作如下（假设处于逆变输出正半周）：a、Q13导通，Q12关断，L1左端电压接近+BUS电压，IL1上升，电感储能。37精选PPTInverter电路工作原理b、Q13、Q12同时关

18、断，由于电感电流不能突变，Q12的续流二极管管导通，L1左端电压接近-BUS电压，IL1下降，电感释放能量。c、Q13关断，Q12导通，因为处于逆变周期正半周，IL10, Q12的续流管继续导通，L1左端电压接近-BUS电压，IL1下降，电感释放能量。d、与第b步相同。38精选PPTInverter电路工作原理值得注意的是，虽然在一个周期内Q12、Q13可能会交替导通（也可以只有其中一个导通），但其脉宽不一样。当逆变处于正半周时，Q13导通时间比Q12长。这样，电路中会有持续的电流流过，经L、C滤波后，可得逆变正弦波的上半周。 单逆变处于负半周时与正半周类似。 由于Q12、Q13同时导通时会将BUS电压短路，故在两者交替导通时须有一定的死区时间（即都不导通）。 39精选PPT控制板线路说明 1)、过零侦测电路 市电与逆变采用相同过零侦测电路，此电路的目的是为了将侦测信号送入CPU，触发相应的过零中断，实现相应的市电输入捕获与逆变的输出比较，计算输入输出频率。2)、幅值侦测电路 市电与逆变也采用相同的幅值侦测电路，将侦测信号送入CPU，即对市电电压和逆变电压进行采样，计算输入输出电压幅