EA800系列UPS电源工作原理

主要功能EA800系列UPS是纯在线工频不间断电源，带有液晶显示和智能软件监控功能。>它主要由以下几部分组成：主控板、充电板、显示板、软件接口板、逆变变压器、供电变压器、桥堆、IGBT模块、滤波电容、输入电感、输出滤波板、旁路板、开关板等。主要特点4〜30KVA可改制为DC220V输入的电力逆变器。可扩展为AC110V输入110V输出或220V输入110V输出的UPS。AC输入165〜270V对电网的适应能力强。>对发电机有良好的兼容性(>1.3倍)。>可进行远程网络监控。>输出为正弦波。1、工作电源：此工作电源是典型的高频反激式开关电源，应用最为广泛，是最为常见的电子设备工作电源。其由常见的3843脉宽调制器件作为控制器件。输入的直流电压经R216和ZD4降压稳压后给3843第7脚供电，3843的8脚产生5V电压通过R166、C101外部振荡电路，使3843开始起振，第6脚输出连续宽度可调节的矩形脉冲，其震荡周期为T=R166*C101,其脉冲通过R197去驱动Q14(IRF830),使其处于不断的开关状态，使的高频变压器不断的储能和释能，高频变压器的副变就会产生交变的脉冲，通过D91、C129整流滤波得到直流电压,直流电压再经R169、R168、R167组成的电压负回馈电路送至3843的电压反馈端2脚，来控制6脚输出脉冲的宽度，从而达到稳定输出直流的目的。D91-D96组成的绕组整流后的电源主要供IGBT的驱动电源使用°D88的输出经317稳压成+12V供UPS所有电路板的电源,D97为开关板的辅助电源，输出为24V。并接在高频变压器原边绕组的D83、R215、C119为MOS管的削尖峰电路，即防阻尼震荡电路，防止MOS管在关断瞬间漏极产生的尖峰电压击穿MOS管。此部分电路为UPS工作的最基本条件，若此电源出现故障，UPS表现为开机无任何反应。其损坏的最为常见的为MOS管击穿.Q18(C.E)+VA1VB1VC1VA2VB2VC2

Q18(C.E)+VA1VB1VC1VA2VB2VC2IGBT驱动电路主要由光耦合器TLP250及外围电阻和TIP31C、TIP32C组成。现以其中一路举例：由U31、R235、R233、R234、Q19、Q32、R260、R261、R262组成IGBT一路驱动，SPWM脉宽调制信号经U31隔离后控制Q19、Q23的开通与关闭，VAI、VA2正负电源经Q19、Q23放大后驱动IGBT触发脚，使IGBT开通与关断同SPWM一致。图中R262为IGBT栅极寄生电容的泄放回路，防止IGBT栅极寄生电容上的静电积累导致IGBT损坏。两对接的ZD7、ZD8稳压管为IGBT驱动电压的限幅电路。因IGBT栅源之间的电压最高只能承受+/-20V的电压，故驱动电压应限制在+/-20V以内，两对接的稳压管将IGBT的驱动电压限制在+/-18V内，从而保证IGBT安全稳定的工作。当然，IGBT最佳的驱动电压为+15V/-10V，作为IGBT的驱动电压，这已经成为一个标准。IGBT的其余四路驱动原理同上一样。这里就不在介绍。10101ZD81:V01；D9:V011IV201；239K.265R262TP18R2471KTIP31CQ2R2351KR24043 10KVA3SPW~MR2j61 .270TIP31CQ1|9TIP32CQ23R234C141 10K10410KV~~>VA2SpwmTP16TP17；D11VB2TP14TIP32CQ24fR264*10K|ZD10TIP31CQ21270TIP32CQ25ZD12R27210K—10101ZD81:V01；D9:V011IV201；239K.265R262TP18R2471KTIP31CQ2R2351KR24043 10KVA3SPW~MR2j61 .270TIP31CQ1|9TIP32CQ23R234C141 10K10410KV~~>VA2SpwmTP16TP17；D11VB2TP14TIP32CQ24fR264*10K|ZD10TIP31CQ21270TIP32CQ25ZD12R27210K—VB3SPWMCNI4270TIP31CQ20R238C142 10K104屹VA2270ZD14VC2TP11499<R275>10KTIP32CQ26R246C144 10K104VC3U3118,27，365TLP521U3218,27，365U3318.27.36U3418.27■36在介绍SPWM（正弦脉宽调制）前，先简单了解一下SPWM的工作原理nnnnnnn是根据能量等效原理发展起来的一种脉宽调制法，为了得到接近正弦波的脉份的脉宽 正弦脉宽调在介绍SPWM（正弦脉宽调制）前，先简单了解一下SPWM的工作原理nnnnnnn是根据能量等效原理发展起来的一种脉宽调制法，为了得到接近正弦波的脉份的脉宽宽调制波形，我们将正弦波的一个周期在时间上划分成N等份（N是偶数），每都是2n/No在每个特定的时间间隔中，可以用一个脉冲幅度都等于UAm、脉宽与其对应的正弦波所包含的面积相等或成比例的矩形电压脉冲来分别代替相应的正弦波部分。这样的N个宽度不等的脉冲就组成了一个与正弦波等效的脉宽调制波形。EA800系列SPWM脉冲宽度调制电路就是利用了比较器339和反相器40107构成SPWM电路，如下图。U25比较器的4、7、9、10送如50Hz正弦波信号，5、6、8、11送入9.6KHz三角波信号，此三角波俗称正弦波的载波，U25的8、11脚三角波经过了U16构成的倒相器，故8、11脚的三脚波和5、6脚的三角波是完全反相的，相位相差180度，这就构成了正弦波正负半波驱动的条件，用此相差180度的SPWM波去控制IGBT的开通状态，就可以得到类似正弦的SPWM波。电路中R188和C110主要控制开关过程中的死区，防止两路同时导通误触发而损坏IGBT，其余四组所起作用与此一样。

用于SPWM的基准正弦波由运放U1将VR1调整好的基准电压经反相线性放大后，送到U1的另外两个运放，产生基准正弦波的峰峰值电压，电阻R30-R37构成分压电路，将基准正弦波电压划分为8个电压分别送入U2(4051)多输入受控电子开关，根据4051第6、9、10、11脚的电平状态控制3脚输出选通输入的脚位。6、9、10、11脚的时钟信号由U5(4029)计数器提供，4051的脚输出从13脚开始选择，当选择到此为4脚时，又开始反向选择，故4051的3脚输出就类似于一个台阶式的50HZ正弦波，此正弦波经过U29和外围电路所组成的隔离低通滤波电路后，在U29的7脚输出一基准正弦波信号，此正弦波信号便是SPWM的基准正弦信号。如果此基准正弦信号没有产生，就不可能产生SPWM波，所以此正弦信号是SPWM必不可少的信号。

UPS产生三角波最常用的方法就是将方波信号经积分电路即可。SPWM三角波产生电路如图，方波输入信号经C37隔直电容后，经电阻R111送入U16的反相输入端，经C46积分电容后便可输出一频率等同与输入频率的三角波信号。电路中R135、R136、C103主要起改善三角波的线性度，防止三角波输出波形畸变。此三角波频率为9.6KHZ。6、方波产生电路：EA800控制电路方波发生器采用了555时基电路，如图，其3脚振荡输出频率由R62、VR3、R63和C36控制，改变VR3便可改变输出方波频率，从而改变了正弦波的输出频率。

输出反馈电路由U29及外围电路所构成的差分放大电路组成，输出反馈回来的正弦信号和基准正弦信号同时送入U29反相输入端，构成加法电路，再同10脚比较构成差分放大电路，电阻R222为回馈电阻，C116为防止高频振荡而设置。R209和C116构成PI调节器，主要防止动态调整过程中的突变，C115、R206、R208为输出反馈的选频校正网络，滤除反馈信号中的干扰信号。VR5起调节正弦波输出上下平衡而设置，防止输出上下不平衡而引起变压器偏磁，产生噪音等。整个稳压过程我们可以这样理解：输出电压U29的9脚电压 U29的8脚电压 输出电压18、市电电压跟随电路：市电电压跟踪电路的设置，主要是防止UPS在旁路和逆变之间切换时，因两者电压差太大而导致切换瞬间产生电弧，若采用可控硅控制切换，有可能损坏可控硅而导致静态旁路出现故障，严重时，甚至会损坏UPS。故UPS在切换电路上必须设置电压跟踪电路。如图，B点和C点分别为逆变输出和市电输入采样信号，两者相位上相差180度，其电压之差与U4的2脚基准电压比较放大后通过电子开关4016送往基准正弦电压调整电路。当UPS切换到逆变工作时，4016的E点被置为低电平，封锁市电电压跟踪电路，输出稳定的220V电压。43U43>1AB*5E6VR26R28330KR29c2330KR43U43>1AB*5E6VR26R28330KR29c2330KR276 120K12V调整I_逆变 >1八R25-470K|~市电 >10K4016C+12VR53AR521.8K220K—+12VR53AR521.8K220K—I—C19锁相电路的作用是控制UPS输出频率在有市电存在时，同市电输入频率一致,防止UPS因异常在向旁路切换时，因两者相位上的误差而产生环流，损坏UPS。如图所示，A点市电采样信号经D3、D4限幅后分别经R21和VR2送入U4的反相端和同相端。同相端VR2和C11构成低通滤波，C11俗称移相电容，通过调整VR2，改变反相端和同相端的瞬时差值，并U3差分放大后，经4016后直接控制方波发生器的振荡频率，方波振荡频率决定着输出频率，故只要改变方波振荡频率就可改变输出频率。同步检测实际就是过零检测，通过检测两相电的过零点，不同相时检测电路便会产生一脉冲，此脉冲经滤波后的电压控制方波发生器555的5脚（阀值门坎电压控制端），达到控制振荡频率的作用。电路中U3的8、9、6便是过零点开关电路，10、11、12是锁相封锁电路，当市电异常时，U3的12出现低电平，封锁采样信号，振荡频率以自身频率振荡。10、IGBT保护电路:1>R282,50k\ 1>R282,50k\ 孑14"110IGBT保护电路主要防止IGBT因电流过大或触发异常等状况而设置的保护IGBT的电路，图中，D107、D108分别采样IGBT正负半波的SPWM信号，经C147滤波后，与8脚的基准电压相比较，正常情况9脚电压高于8脚电压，U35输出高电平，再与U35的10脚6V基准比较，132脚输出高电平，Q17不导通，D104和D98二极管均反向截止，保护不动作，当SPWM驱动异常或IGBT栅极损坏时，U35的9脚便会出现低于8脚的脉冲，U35的13脚输出低电平，通过D104将SPWM封锁，同时，Q17导通，D98输出高电平，蜂鸣器报警鸣叫，并送出故障信号。

驱异常输出过压电源监测电池压过冲击夕部紧急关几保护电路共有8驱异常输出过压电源监测电池压过冲击夕部紧急关几保护电路共有8路输入，分别为外部紧急关闭、过载冲击、电池欠压、电源监测、输出过欠压、驱动异常8路故障信号，经二极管组成的或门送入U13（4013双D触发器）的8脚S（置1端），其中任何一路出现故障，均会送一个高电平信号给4013的8脚,4013的13脚（Q端）输出一高电平，送往故障报警电路，4013的12脚（Q的反相端）输出低电平，经二极管D64封锁SPWM驱动，从而关闭逆变输出，保护IGBT不受损坏°D64的另一路经U17（4017或门）输出到旁路逆变切换电路，关闭旁路切换继电器，使UPS切换到旁路供电。12、输出过欠压保护电路:EA800系列输出设有过欠压保护电路，防止输出电压过高或过低导致UPS后续设备无法工作，甚至损坏。过欠压保护电路主要利用比较器339来完成。如图，输出电压由输出采样变压器经D25、26、27、36整流后滤波分别送入U8（339）的两个比较器反相端和同相端，与R57、R71、R72组成的分压电路的基准电压比较，U8的7脚和4脚分别为过压和欠压的基准点，当输出电压过高或过低时，U8的1脚和2脚就会输出一高电平，通过D17送入保护电路，关闭逆变输出，起到保护设备的作用。判断是否为过欠压保护电路异常，只要将测试点JP3短接，封锁此部分电路即可。

即31—212V■7R10310K即31—212V■7R10310KR1865.1KC561U/50V电池欠压保护电路如图，电池电压米样信号R269和R151送入U21（17458）的反相输入端，与同相端的基准电压相比较，并经过反相放大滤波后分两路输出，分别与由R105，R104、R103组成的分压电路比较，U14的1、6、7为电池欠压（168V）保护，2、4、5为电池低压时控制蜂鸣器快速报警作用。工作过程如下，当电池电压正常时，U21的7脚输出电压低，U14的1、2脚均输出低电平，若电池电压越来越低时，7脚（U21）电压便会越来越高，当电池电压低到180V左右时，7脚电压经滤波后便会高于U14的4脚电压，U14的2脚输出高电平，控制555构成的报警电路，使鸣叫变快。当电池电压再次降低时（168V）,U14的7脚电压便会高于6脚电压，1脚输出高电平，送入保护电路4013的8脚，保护电路动作，关闭逆变器，不再让电池放电，保护电池。14、过载保护电路:LM33921LM33921上图中，输出电流经互感器米样后，经R11、R12分压到U24的4脚，与5脚基准比较，若严重过载，4脚电压高于5脚电压，U24的2脚输出低电平，封锁SPWM,逆变关闭。一般过载时，过载信号经U14组成的电压比较电路后，经U20（4030）缓冲，输出一高电平经稳压管R163、ZD2控制三极管Q8导通，Q8的集电极输出低电平至保护电路，封锁SPWM，同时控制旁路切换继电器动作，UPS输出自动转为旁路输出，并报警。

^1AB^1AB过温保护电路的设置主要为防止IGBT接触不良或负载过重引起IGBT的结温过高而损坏，过温保护就是利用了一个温度开关，其通过采样IGBT的温度来控制通或断，当采样的温度过高时（＞85度），温度开关会自动断开，三极管Q10导通，经二极管输出一低电平封锁SPWM，关闭逆变器。16、过载保护延时电路:过载延时保护电路主要由4538构成，过载采样信号经U14过载延时保护电路主要由4538构成，过载采样信号经U14和U20后，经C69隔离送入4538的3脚，4538的2脚瞬间变为低电平，泄放完C62上的电荷，12电压经R123开始对电容C62充电，充电时间常数为RC,当电容充电至4538的翻转门坎电压时，4538的7脚瞬间输出高电平，4013的确脚输出高电平，控制Q9导通，经4049输出致保护电路，封锁逆变。V-D3413910CN1510R9Q92士12R142M11R69=34.5K12VR11 10K4.99K1-1412.4K3WR12PROTECT：51空IC80R10210KR8744.7K10KD65V-D3413910CN1510R9Q92士12R142M11R69=34.5K12VR11 10K4.99K1-1412.4K3WR12PROTECT：51空IC80R10210KR8744.7K10KD65LM339 12V4013瞬时保护电路4049R124—|—C6110KC28R97470K瞬时保护电路为当负载超过150%时，UPS不经延时，立即关闭逆变器转旁路输出。电路U13673514利用了4013触发器来完成，当负载超过150%时，U14的3脚输出一高电平到4013的6脚（S端），4013的1脚输出高电平控制Q9导通，从而关闭逆变器转旁路输出。18、软启动保护封锁电路:前面介绍过，整机保护电路有输出过欠压保护，而800系列UPS输出是缓慢输出的，输出电压是渐渐升到220V,如果在启动时，不在电路上采取措施，UPS就无法启动。所以在启动时电路设立了软启动封锁保护电路，如图，电路采用4538作为主要器件，14脚外接RC电路，启动时，4538的9脚输出低电平，通过D54、D31封锁过、欠保护电路，10秒钟后，启动已经完成，此时，4538的14脚电压已经充电到高电平，9脚输出从低电平翻转到高电平，封锁电路取消，保护电路开始正常工作。19、输出切换控制电路:输出切换控制电路主要控制旁路和逆变之间的切换，切换分两个状态，一是从旁路供电向逆变切换，二是从逆变向旁路切换。UPS刚启动时，先工作在旁路状态，约10秒钟左右4538输出切换控制电路主要控制旁路和逆变之间的切换，切换分两个状态，一是从旁路供电向逆变切换，二是从逆变向旁路切换。UPS刚启动时，先工作在旁路状态，约10秒钟左右4538的9脚输出高电平时，Q6、Q5三极管导通，CN8两端有24V电压，继电器吸合，输出转为逆变输出。当UPS故障或过载时，保护电路回送出一个低电平信号，通过D54将三极管基极电压钳位为低电平，Q6、Q5不导通，输出切换继电器释放，UPS自动转为旁路输出。I33/3WLlCNT5-PlQ1CN3R224.7/3W1234r234.7/3W|C140.01uF/250C15I33/3WLlCNT5-PlQ1CN3R224.7/3W1234r234.7/3W|C140.01uF/250C150.01uF/250VRKR102KC4104D10TC2104U9168384574因10KVA以下机器旁路逆变切换采用的是继电器，其存在动作时间，对于某些对断电时间要求严格的场合，其时间完全不能达到要求，所以我们在切换电路上采用了时间补偿技术，即利用可控硅的导通弥补继电器切换时间，因可控硅的导通时间几乎为零，所以采用了补偿技术后，在切换过程中，真正做到了零切换。电路采用了由3845控制的脉冲发生器，当UPS执行切换动作时，同时也会发送一个低电平信号送到Q2的基极，促使Q2截止，3845封锁被取消，开始自激振荡，通过脉冲变压器T3输出触发脉冲，触发可控导通，因可控硅是并联在继电器触点上，所以在继电器动作过程中，输出是经过可控硅到负载的，当继电器动作完成后，3845又被封锁，补偿电路不工作，可控硅不导通，负载电流继续经继电器输出。21、采样电路:采样电路在前面讲解分电路时已经顺带讲过，这里就不再讲解，现主要介绍一下输入、输出电压采样，利用了两个E-5050变压器分别采样输入电压和输出电压，经半波整流后输出直流采样信号，供主板和显示用采样电路在前面讲解分电路时已经顺带讲过，这里就不再讲解，现主要介绍一下输入、输出电压采样，利用了两个E-5050变压器分别采样输入电压和输出电压，经半波整流后输出直流采样信号，供主板和显示用。蜂鸣器报警电路由555时基电路构成方波自激振荡电路，当市电存在时，封锁信号通过D60将555封锁，555无法振荡，蜂鸣器报警电路由555时基电路构成方波自激振荡电路，当市电存在时，封锁信号通过D60将555封锁，555无法振荡，555的3脚输出高电平，Q7不导通，蜂鸣器不叫，当时电断电后,555封锁取消，555开始自激振荡，3脚输出方波，方波频率由R107、R158、C89参数决定，时间常数T=(R107*R158*C89),当电池低压时，RC充电回路将由D69来提供，此时时间常数为T=R158*C89,T变小，故振荡加快，鸣叫急促。EA800系列控制板预留了外部干接点信号，通过光耦隔离输出，分别为外部紧急关机控制,旁路逆变指示、电池低压指示、工作指示、市电中断指示、故障指示。如下图。TOC\o"1-5"\h\z外部EP O切 换信 号电 池低 压工 作指 示市 电中 断故障

3561478356147825、RS232通讯电路:RS232通讯电路主要完成UPS与PC机之间的通讯，通过PC机可以监控UPS工作状况等,并可对UPS进行控制。通讯电路如图，3845及外围电路组成RS232通讯的专用隔离电源，UPS将自身工作状态经显示板CPU转为数字信号分别送入关耦U9、U7，作为与PC机通讯的RXD和TXD信号，实现与计算机的软件通讯功能。现象故障分析现象1：UPS开机，变压器噪音太大。故障：输出反馈异常。可能原因：主控制板输出反馈变压器E-5050损坏；或输出滤波电容损坏。现象2：市电存在，UPS显示电池低压，并急促报警。故障：电池电压偏低。可能原因：充电故障；或电池损坏。现象3：市电存在，面板市电输入指示灯不亮。故障：充电板异常。可能原因：充电板供电变压器E-5053损坏。现象4：UPS开机无任何反应。故障：主控制板无工作电源。可能原因：控制板开关电源异常；或控制板CN12无输入电源。现象5：