小功率UPS供电系统设计方案.一

小功率UPS供电系统设计方案目录摘要3Abstract4第一章小功率UPS供电系统设计简介51.1简介51.2设计目的61.3设计要求7第二章UPS电源分析82.1UPS电源开展历史82.2UPS电源工作原理8第三章UPS中主要电路介绍113.1整流滤波电路局部113.2开关电源局部123.3逆变电路局部133.4充电电路局部16第四章UPS蓄电池介绍184.1蓄电池的工作原理184.2蓄电池供电时间计算204.3蓄电池容量选择204.4蓄电池的充放电21总结23致谢24参考文献25附录1小功率UPS电路框图26附录2小功率后备式UPS主电路图27摘要不间断电源〔UPS〕，是能够提供持续、稳定、不间断电源供给的重要外部设备，可以在市电出现异常时，有效的净化市电，还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，使工作人员有充裕的时间应付。随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。根据设备的情况、用电环境以及想到达的电源保护目的，可以选择适合的UPS。本文主要讨论小功率UPS供电系统，选用后备式工作方式，UPS平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急迫换到工作状态，将电池提供的直流电流转变为稳定的交流电输出，以满足内置开关电源的小功率设备不间断供电要求。关键词:不间断电源用电环境电源保护供电系统AbstractUninterruptiblepowersupply(UPS),isabletoprovidesustained,steady,uninterruptedpowersupply,canbeinpowerisabnormal,effectivecleaningpower,canalsobeinthecityelectricityissuddenlyinterruptedforacertaintimetocomputersandotherequipmentpowersupply,sothatthestaffhaveplentyoftimetodealwith.Withthecomingofinformationsociety,UPSiswidelyusedininformationcollection,transmission,fromprocessing,storagetotheapplicationofthevariouslinks,itsimportanceisasinformationapplicationofthegrowingimportanceofincreases.Accordingtothesituationofelectricityequipment,environmentandtomeetthepowerprotectionpurposes,canchoosetosuitUPS.ThispapermainlydiscussesthesmallpowerUPSpowersupplysystem,selectionofmothballtypeworkingmode,UPSisusuallyinastateofchargeofabattery,incaseofpowerinverteremergencyswitchingtoworkingcondition,thebatteryprovidesDCcurrentintothestablealternatingcurrentoutput,inordertosatisfytheinnerswitchofsmallpowerequipmentuninterruptiblepowersupplyrequirements.Keywords:uninterruptiblepowersupply；electricalenvironment；powerprotection；powersupplysystem第一章小功率UPS供电系统设计简介UPS是一种向负载提供不间断、优质、高效、可靠的交流电能的重要外部设备，并且具有保护和检测监控功能的供电设备，对于计算机及其网络、通信、金融、电力、交通、国防及高等院校、科研院所等部门的供电起着关键的作用。1.1简介不间断电源是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成局部的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供给。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供给给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断〔事故停电〕时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供给220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。不间断电源工作原理框图UPS电源系统由4局部组成：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〕，输出幅度根本不变的整流电压。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，对整流器来说就像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。频率的稳定那么由变换器来完成，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；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。UPS电源系统主要分两大局部，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机局部，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。1.2设计目的有的时候，正在写一段文章，或者编一个程序，或者在用画笔画一幅画，突然屏幕一下子黑了—停电了。哎，里面的东西都不见了，白干了半天，连存盘的时机都没有。要是搞科研的科学家也遇到这样的情况，损失就更大了。能不能想个方法，使电脑继续工作，或者在市电停止的时候，机器能在短时间内保持一段时间的电，使人们有时机把已经干完的工作存盘，以便下一次接着工作呢？方法一，买一台发电机，这种方法对于一般用户来说是比拟困难的；方法二，买一台UPS，这个方法较为容易实现。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，以效劳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，因此为防止数据丧失而配备UPS也是十分必须的。综上所述，设计一个小功率UPS供电系统，来满足对电能质量非严格要求的供电场所如个人家庭用户等的不间断供电需求是非常有必要的。1.3设计要求主要研究小功率UPS的设计原理及简单设计，设计方案采用UPS后备式工作状态，对非严格要求的供电场所提供较为优质的不间断电源系统，防止突然断电而影响正常工作或是给机器造成损害，论文着重对UPS供电设计方案中的整流滤波电路局部、逆变电路局部、蓄电池局部进行介绍和分析，对该UPS小功率的供电系统进行简单的介绍，包括其功能、用途、工作方式等，根据已掌握的知识对小功率UPS供电系统的原理进行分析和简单设计，并且能满足非严格要求的供电场所不间断供电的要求，通过针对UPS的各不同工作方式进行比拟分析，并根据设计要求进行方案设计，其电路主要参数：输入电压：单相220V±20%；输入频率：50Hz±5%；输出电压：220V；输出频率：50Hz。UPS电源分析2.1UPS电源开展历史最早的UPS现在看起来是个非常乖僻的东西：采用了非常原始的机械储能方式，是带有一个大飞轮的电动机——发电机组，在发电机上带有一个数吨重的飞轮，市电停电后该发电机可以维持正常供电数秒钟。现代的逆变式UPS问世后，在近十几年中得到了迅速开展。就其技术性能讲，它走过了从方波到正弦波、从离线式到在线式、从小功率到大功率、从常规延时〔分钟级〕到长延时〔小时级〕、从简单不停电供电到智能化操作和处理功能的开展历程。随着蓄电池和半导体技术的开展，其控制电路也开展很快，由开始的立分元件的简单控制开展到今天的微处理机控制，由硬件控制又开展成软件控制，如软件滤波器；甚至光纤通讯也被引入UPS，而且，微处理机也已被广泛应用于小容量的UPS中，甚至还专门为蓄电池的监控设立了微处理机，以保持电池的最正确状态。随着计算机网络结构的扩展，现在在网络中应用的UPS不再只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网络中电源的管理中心，UPS由最初单纯不间断供电已开展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，而且当作为负载的设备在无人值守时，当市电故障后，UPS可以按照事先的约定顺序关机，甚至还可以自动发传呼或E-mail给管理者。现代的UPS与效劳器上的软件协同工作，还能实现事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分析、调节等多项功能，提供了完全的电源管理解决方案。现在有些UPS甚至可以对环境温度、湿度和烟雾等进行监视。UPS的智能化还表现在加强UPS的节能功能即所谓“绿色UPS〞上。“绿色UPS〞可以减少PC系统使用的电能量，既降低了费用又保护了环境。比方“绿色UPS〞在检测到打印机长时间空闲后,就会把打印机的电源关闭。当出现打印排队请求时，UPS可以马上给打印机恢复供电，随着“绿色UPS〞的出现，为节约能源又提供了理想的解决方案。2.2UPS电源工作原理UPS电源主要由主机及蓄电池、电池柜等组成，分为在线式、后备式及在线互动式等多种，根据频率分高频机和工频机，它在机器有电工作时，就将市电交流电整流，并储存在自己的电源中，一旦停止供电，它就能提供电源，使用电设备维持一段工作时间，保持时间可能是10分钟、半小时等，延时时间一般由蓄电池的容量决定。●高可靠性不间断供电——保证动力的连续性●电网稳压、净化功能——消除电网波动、污染●电池管理功能——延长电池使用寿命●智能监控功能——有效解决电源维护功能UPS的电路结构形式多种多样，各种结构形式UPS的出现和电路技术水平、半导体器件的开展水平以实际应用的需要等因素有密切的关系。技术不断进步、电路结构不断更新和完善以及多种电路结构形式并存，各不同电路结构形式的UPS都有各自的优点及应用场合，当前市场上普遍应用的主流UPS是静止变换型UPS，包括后备式、在线互动式、在线式，以下对这几种电路形式的UPS的电路结构特点、工作方式、主要电性能指标和应用对象做简单说明。㈠在线式在线式UPS〔On-LineUPS〕的运作模式为“市电和用电设备是隔离的，市电不会直接供电给用电设备〞，而是到了UPS就被转换成直流电，再兵分两路，一路为电池充电，另一路那么转回交流电，供电给用电设备，市电供电品质不稳或停电时，电池从充电转为供电，直到市电恢复正常才转回充电，“UPS在用电的整个过程是全程介入的〞。其优点是输出的波型和市电一样是正弦波，而且纯洁无杂讯，不受市电不稳定的影响，可供电给“电感型负载〞，例如电风扇，只要在UPS输出功率足够的前题下，可以供电给任何使用市电的设备。性能特点：①市电正常时，工作效率极高，可达98%以上；②输入功率因数和输入电流谐波成分取决于负载性质，它本身不对电网附加谐波干扰；③输出能力强，适应各种阻抗性质的负载，对负载电流波峰系数、浪涌系数、输出功率因数和过载能力等没有严格要求；④输出电压精度和稳定度均差，但能满足一般负载的供电要求；⑤逆变器直接接在UPS输出端，并处于热备份状态，对输出电压尖峰干扰有一定的抑制作用；⑥电路简单、本钱低、可靠性高；⑦变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强；⑧因为输入开关存在断开时间，所以UPS输出仍有转换时间，但比后备式要短，一般为4～6ms。㈡后备式后备式又称为非在线式不间断电源〔Off-LineUPS〕，它只是“备援〞性质的UPS，市电直接供电给用电设备也为电池充电〔NormalMode〕，一旦市电供电品质不稳或停电了，市电的回路会自动切断，电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务〔BatteryMode〕，直到市电恢复正常，“UPS只有在市电停电了才会介入供电〞，不过从直流电转换的交流电是方波，只限于供电给电容型负载，如电脑和监视器。后备式UPS是静止型UPS的最初形式，应用广泛，技术成熟，一般只应用于小功率供电的范围，其特点是电路简单，可靠性高，价格低廉，电性能指标能满足一般负载要求。对于计算机负载输入开关电源而言，方波和准正弦波都是可用的。因为开关电源的输入电路是整流滤波电路，只要方波和准正弦波电压的幅值接近正弦波电压的峰值，那么这两种波形整流后的直流电压都是一样的。市电正弦波的三个重要参数是频率、峰值和有效值，准正弦波的这三个参数可以做到与正弦波电压完全相同，对于计算机输入开关电源而言，它无异于真正的正弦波。在正弦波输出电压和准正弦波输出电压所形成的输出电流波形的面积一样的情况下，正弦波输出时的输出电流幅值高而时间短，准正弦波输出时的电流幅值小而时间长。再者，准正弦波输出时的逆变器工作在低频状态，而正弦波输出逆变器工作在高频状态，所以相对于正弦波输出，准正弦波输出使UPS逆变器的控制电路简单易行，对逆变器开关器件的性能要求低，逆变效率和可靠性都高一些。性能特点：①市电正常时，工作效率极高，可达98%以上；②输入功率因数和输入电流谐波成分取决于负载性质，它本身不对电网附加谐波干扰；③输出能力强，适应各种阻抗性质的负载，对负载电流波峰系数、浪涌系数、输出功率因数和过载能力等没有严格限制；④输出电压精度和稳定度均差，但能满足一般负载的供电要求；⑤抗高频干扰的功能主要靠输出、输入端设置的高频滤波器；⑥市电掉电后，电池逆变输出电压多为方波或准正弦波；⑦市电掉电时输出电压切换时间取决于继电器转换开关的动作时间，一般为4～10ms；⑧输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制，一般的后备式UPS输出功率多在2KV·A以下；⑨电路简单，可靠性高，价格低廉。第三章小功率UPS供电系统方案设计比照上述两种UPS工作方式及主要电性能指标、应用对象的说明和比拟，根据设计要求和目的，基于后备式的各个性能特点及价格方面在小功率的应用场合优于在线式，故设计采用UPS后备式工作方式。以下对后备式供电系统中几个主要电路及技术进行分析和介绍。3.1整流滤波电路局部在UPS中，输入电路的第一个环节就是整流器/充电器，不过小功率的整流器和充电器是分开的，在对UPS进行设计分析时，非常有必要对整流滤波电路进行分析。由于变化多端的市电输入后，首先由整流器进行加工，所以掌握整流器中电流的流向和一般计算方法，知道几种整流的区别及特点，对于正确使用UPS和判断故障是很重要的。㈠单相半波整流滤波电路如上图示为单相半波整流滤波电路原理图，由于整流器具有单向导通的特性，所以输入电压U1经二极管VD整流后就变成了单相脉动波U0，而输入的负半周被隔离掉。一般整流器后面都有电容滤波器，如上图中C将脉动波变成直流波Uc。㈡单相全波整流滤波电路单相半波整流电路一般都用于小功率的情况，当功率稍微增大时必须用全波整流。上图所示为单相全波整流电路原理图及整流波形图，不难看出，这是两个单相半波整流器的组合，电路前增加变压器，目的是为了使次级电压可以根据设计的要求随意变换。㈢单相桥式整流滤波电路如上图所示为单相桥式整流滤波电路原理图，这种整流工作方式和前两者不同，前两者的工作过程中电流在每半波只流过一只整流二级管，而这种工作方式下每半波的电流流过两只整流二极管。综合讨论上述三种整流滤波电路，均非常简单，但是各有特点。全波整流虽然只用了两只二极管，但是却多用了一组变压器绕组，且要求二极管反向耐压值为输入电压峰值的二倍，单相桥式整流电路虽然多用了两只二极管，却少用了一组变压器绕组，对二极管反向耐压的要求也低了一半，因此，虽然后两种电路都是输出全波，但综合各自优缺点，最终选用单相桥式整流滤波电路。3.2开关电源局部UPS电源系统由4局部组成：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〕，输出幅度根本不变的整流电压。

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。频率的稳定那么由变换器来完成，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；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。开关电源原理图：UPS电源系统主要分两大局部，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机局部，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，

通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量，UPS电源系统的工作时间当储能电池满容量时为2小时，半容量为1小时。3.3逆变电路局部在逆变器中，完成直流变交流的电能前向主通道为逆变主电路，它主要由功率开关元件，变压器及电解电容等构成，通过控制功率开关元件有规律的通和断，使电流按预期的途径流通而实现直流到交流的变换。㈠单相全桥式逆变电路单相全桥式逆变电路的根本结构如下列图所示。它主要由直流电源E、输出变压器T、四个功率开关器件组成。工作原理：在如下图的电路中，首先令VT2和VT3的控制电压为负值，使VT2和VT3截止，令VT1和VT4的控制电压为正值，使VT1和VT4导通，VT1和VT4导通后，电流的流通路径为：E→VT1→变压器初级→VT4→E。如果忽略两个导通管的管压降，那么变压器初级电压为U1=E，变压器次级电压为U2=EN2/N1，其中N1和N2为变压器的初、次级匝数。VT1和VT4在接下来的时段关断，VT2和VT3导通，电流流经路径为：E→VT2→变压器初级→VT3→E。使电路按上述方式周而复始地工作，那么可在变压器次级获得交变的电压，从而实现直流变交流的功能。㈡单相推挽式逆变电路单相推挽式逆变电路主要是由直流电源E、输出变压器和功率开关器件VT1、VT2等组成，在这种结构的电路中，要求两个初级绕组的匝数必须相等，即N1=N2。工作原理：VT1和VT2交替导通，当VT1导通而VT2截止期间，忽略管压降，那么变压器初级电压为U21=﹣U23=E，变压器的次级电压为U45=﹣N3E/N1,VT2承受的电压为2E。当VT1关断VT2未导通时，变压器初级等效串联电感维持原电流不变，因而导致初级绕组的电压极性与VT1导通时相反，即N1绕组的“1〞端为正，而“2〞端为负，N2绕组的“2〞端为正，而“3〞端为负，故该等效电感的能量只能通过VD2向直流电源E反响。当VT2导通而VT1截止期间，那么变压器初级电压为U21=﹣U23=﹣E，变压器的次级电压为U45=N3E/N2，期间VT1的电压为2E，当VT2关断VT1未导通时变压器初级等效串联电感的能量只能通过VD1向直流电源E反响。此后，使电路按此规律周而复始地工作，那么可在变压器次级获得交变的输出电压，实现直流变交流的功能。㈢单相半桥式逆变电路单相半桥式逆变电路是由直流电源E、分压电容器C1和C2、功率开关器件VT1、VT2和输出变压器T等所组成，其电路结构如下列图所示。工作原理：在说明半桥式逆变电路的工作原理之前，要明确的是电路中的分压电容器C1与C2的容量相等，即C1=C2，同时，假设电容器的容量足够大以至于在电路工作过程中C1和C2两端电压几乎不变，即此时有UC1=UC2=E/2。下面说明电路的工作原理。首先，令UG1＞0，UG2＜0，VT1导通，VT2截止。期间，C1放电，其路径为C1+→VT1→变压器初级绕组→C1—，电容器C2充电，其路径为E+→VT1→变压器初级绕组→C2→E—，前面已经假定，在UC1和UC2均不变的前提条件下，变压器的初级两端电压U12=UC1=E/2。在VT1关断而VT2未导通前这段时间，电路中“1〞端和“2〞端间的等效串联电感通过VD2向电容C2释放能量。在接下来的时刻，UG2＞0，UG1＜0，于是VT2导通，VT1截止。期间，电容器C1充电，其路径为E+→C1→变压器初级绕组→VT2→E—，电容器C2放电，其路径为C2+→变压器初级绕组→VT2→C2—。在VT2关断而VT1未导通前这段时间，电路中“1〞端和“2〞端间的等效串联电感通过VD1向电容C1释放能量。通过对单相推挽式逆变电路的分析可知，假设在直流电压E和输出功率相同的条件下，该电路与全桥式逆变电路相比拟，虽然少用了两个功率开关器件，但是所用的器件的耐压值却要高一倍，而且变压器的初级要有中心抽头，这给变压器的制作增加了难度。但是由于小型UPS中的蓄电池组电压较低，功率开关器件耐压值就算取4倍的直流电压值也不过几百伏，加上推挽式逆变电路的变压器初级回路只有两个功率开关管，因而其功率开关管的导通损耗比全桥电路的少，所以在小功率UPS供电系统中逆变电路局部选择使用单相推挽式逆变电路。3.4充电电路局部在介绍蓄电池充电电路之前，先介绍蓄电池的充电电压、充电电流、充电方式。充电电压：由于UPS蓄电池属于备用工作方式，在市电正常的情况下处于充电状态，只有停电时才会放电，为延长电池的使用寿命，UPS的充电器一般采用恒压限流控制方式，蓄电池充满后即为浮充状态。对于端电压为12V的蓄电池，正常的浮充电压在13.5~13.8V时，即认为是过压充电，严禁对蓄电池组过压充电，因为过压充电会造成蓄电池中的电解液所含的水被电解成氢气和氧气逸出，使电解液浓度增大，导致蓄电池寿命缩短甚至烧坏。充电电流：蓄电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与蓄电池容量有关，充电电流过大或过小都会影响蓄电池的使用寿命。理想的充电电流应采用分阶段定流充电的方式，即在充电初期采用较大的电流，充电一定时间后改为较小的电流，充电末期改用更小的电流。充电电流的设计值一般为0.1C，当充电电流超过0.3C时可认为是过流充电。过流充电会导致蓄电池极板弯曲，活性物质脱落，造成蓄电池供电容量下降，严重时会损害蓄电池。防止用快速充电器充电，否那么会使蓄电池处于瞬间过流充电和瞬时过压充电状态，造成蓄电池可供使用电量下降，甚至损坏蓄电池。充电方式：铅酸蓄电池放电产物是硫酸铅，假设不及时转化掉，会使蓄电池处于充电缺乏状态，从而降低蓄电池放电容量和缩短蓄电池的使用寿命。因此必须使蓄电池处于充足电状态。一般采用恒压充电制，针对不同情况，可分为浮充充电和均衡充电两种充电方式。①浮充充电：在线式蓄电池组长期并联在充电器和负载线路上作为后备电源，一般情况下都采用浮充充电方式，单体蓄电池电压控制在2.25V〔相对于2V的蓄电池〕，并定期观察、记录电压变化情况。如果单体蓄电池电压偏低，说明蓄电池充电缺乏、容量不够。②均衡充电：所谓均衡充电式把每个蓄电池单元并联起来，用统一的充电电压进行充电。如果蓄电池组在浮充过程中存在落后蓄电池〔单体电压低于2.20V，相对于2V蓄电池〕或浮充3个月后，宜进行均衡充电过程，其单体蓄电池充电电压控制在2.35V，充6—8小时，然后转回浮充电压值。下面对后备式UPS充电电路做简单介绍：为了简化电路、降低本钱，后备式UPS通常采用恒压充电。恒压充电电路由降压变压器、整流桥模块、集成稳压电路组成。该图为后备式充电电路原理图，以24V恒压充电电路为例说明其工作原理。220V市电经降压变压器T后变为27V交流电压，该电压经整流桥及滤波电容C整流滤波后变为平滑的33V直流电压。该直流电压经三端可调集成稳压芯片LM373稳压后输出，通过调整可调电阻VR的大小可调整LM373的输出电压。对于恒压充电电路，一定要合理调整其输出的充电电压。假设充电电压过高，那么充电初期的充电电流就会过大，容易损坏蓄电池，而充电电压过低，那么充电后期的充电电流就会过小，造成充电缺乏，UPS后备工作时间就会达不到设计要求。对于24V蓄电池组，其放电终了电压为1.75×12=21V，充电终了电压即浮充电压为2.25V×12=27V，所以一般将充电电路的输出电压调整在27V左右，此时通过调整串联在充电器与蓄电池之间的限流电阻R0来限制充电初期的充电电流不超过0.2C，充电后期的充电电流接近0.05C。图中二极管VD为保护二极管，其作用是防止当市电中断时，LM373的输出电容C反向放电而损坏LM373。第四章蓄电池局部蓄电池是UPS系统的一个重要组成局部，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间最短的一种器件。目前在UPS系统中广泛使用蓄电池作为储存电能的装置，UPS中蓄电池的根本能量流程是：电能→化学能→电能。在蓄电池中，先用直流电源对其充电，将电能转化为化学能并储存起来，当市电供给中断时，UPS依靠储存在蓄电池中的能量维持其逆变器的正常工作。在这个过程中，蓄电池起了承上启下的作用。不管UPS有多么复杂，其性能最终取决于它的蓄电池，只要蓄电池失效，再好的UPS也无法提供后备功能。UPS一般要输出220V交流电，带动较大功率的用电设备，在蓄电池串联数目有限的情况下，要求有较大的输出电流能力，目前市场上蓄电池的种类很多，但适用于UPS的蓄电池主要有以下几种：HS型蓄电池，AHH型蓄电池，CS型蓄电池，密封式M型蓄电池。以下是对蓄电池的简单介绍。4.1蓄电池的工作原理铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅〔PbO2〕，在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅〔Pb(OH)4〕，氢氧根离子在溶液中，铅离子〔Pb4〕留在正极板上，故正极板上缺少电子。

铅酸蓄电池充电后，负极板是铅〔Pb〕，与电解液中的硫酸〔H2SO4〕发生反响，变成铅离子〔Pb2〕，铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子〔2e〕。

化学反响过程如下：〔正极〕

〔电解液〕

〔负极〕

〔正极〕〔电解液〕

〔负极〕PbSO4

+2H2O

+

PbSO4

→PbO2

+2H2SO4

+

Pb〔充电反响〕(硫酸铅)

〔水〕

〔硫酸铅〕

可见，在未接通外电路时〔电池开路〕，由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。

铅酸蓄电池充电过程的电化反响如下：充电时，应在外接一直流电源〔充电极或整流器〕，使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。

在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子〔Pb2〕和硫酸根负离子〔SO4-2〕，由于外电源不断从正极吸取电子，那么正极板附近游离的二价铅离子〔Pb2〕不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子〔Pb4〕，并与水继续反响，最终在正极极板上生成二氧化铅〔PbO2〕。

在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子〔Pb2〕和硫酸根负离子〔SO4-2〕，由于负极不断从外电源获得电子，那么负极板附近游离的二价铅离子〔Pb2〕被中和为铅〔Pb〕，并以绒状铅附着在负极板上。

电解液中，正极不断产生游离的氢离子〔H〕和硫酸根离子〔SO4-2〕，负极不断产生硫酸根离子〔SO4-2〕，在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。铅酸蓄电池放电过程的电化反响铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反响。负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子〔Pb2〕与电解液中的硫酸根离子〔SO4-2〕反响，在极板上生成难溶的硫酸铅〔PbSO4〕。

正极板的铅离子〔Pb4〕得到来自负极的两个电子〔2e〕后，变成二价铅离子〔Pb2〕，，与电解液中的硫酸根离子〔SO4-2〕反响，在极板上生成难溶的硫酸铅〔PbSO4〕。正极板水解出的氧离子〔O-2〕与电解液中的氢离子〔H〕反响，生成稳定物质水。化学反响过程如下：〔正极〕

〔电解液〕

〔负极〕〔正极〕〔电解液〕〔负极〕PbO2

+2H2SO4

+

Pb→PbSO4

+2H2O+PbSO4

〔放电反响〕(过氧化铅)〔硫酸〕

〔海绵状铅〕电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。

放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅〔PbSO4〕增加，电池内阻增大〔硫酸铅不导电〕，电解液浓度下降，电池电动势降低。铅酸蓄电池充放电后电解液的变化如下：从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。

从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。

实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。4.2蓄电池供电时间计算电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。一般计算UPS电池供电时间，可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。电池放电电流可以按以下经验公式计算：放电电流=UPS容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率如要计算实际负载放电时间，只需将UPS容量换为实际负载容量即可。还有一个简单的方法：要计算的话要把实际负载W转换为VA.效劳器等设备一般功率因素是0.8(如果是8000W的话就是8000/0.8=10000VA)。电池包的选型，现在主流电池都是12V的不同的是"AH数",也是就"安时数",一般UPS的电池要求都是12的倍数.说到这不知道你理解了没有，打个比方如果电池包是24V的话那就要用两组12V的串联，另外AH数是电池上标的,有很多种。然后就算每组电池的电池数，一个很简单的算法,但是并不是非常精确(电池包电压数×AH×电池个数=负载功率×延时时间)根据这个算出电池个数来就可以了。4.3蓄电池容量的选择容量的计算标准公式如下：计算蓄电池的最大放电电流值：I最大=Pcosф/〔η*E临界*N〕注：P→UPS电源的标称输出功率cosф→UPS电源的输出功率因数〔UPS一般为0.8〕η→UPS逆变器的效率，一般为0.88~0.94〔实际计算中可以取0.9〕E临界→蓄电池组的临界放电电压〔12V电池约为10.5V，2V电池约为1.7V〕N→每组电池的数量根据所选的蓄电池组的后备时间，查出所需的电池组的放电速率值C，然后根据：30分钟60分钟90分钟120分钟180分钟0.92C0.61C0.5C0.42C0.29C电池组的标称容量=I最大/C时间与放电速率C蓄电池容量可分为理论容量、额定容量和实际容量三种。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得到的最高理论值，实际容量是指蓄电池在一定的条件下所能输出的电量，它等于放电电流与放电时间的乘积，其值小于理论容量。额定容量也称为标称容量或保证容量，是按国家或有关部门颁发的标准，保证蓄电池在一定的条件下应该放出的最低限度的容量。在衡量蓄电池的指标中，蓄电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标。在恒流放电的情况下，蓄电池的容量为：Q=It式中：Q——蓄电池放出的电量，A·h；I——放电电流，A；t——放电时间，h。4.4蓄电池的充放电蓄电池具有自放电效应。从生产制造车间到用户使用，大约要延误数月时间。以松下蓄电池为例，在30℃的环境温度下储藏8个月的时间，蓄电池的残存容量仅为出厂时的一半，因此对于新购置的UPS配套的蓄电池，一般要进行一次较长时间的充放电，这叫做初充电。蓄电池的初充电电流大小应按0.1C来充电。蓄电池的放电终了后可进行再充电，这叫做正常充电。目前在UPS中用两种较普通的充电方式：浮充和脉冲。所谓浮充是指整流器的输出与蓄电池并联工作。并同时向负载供电。实际上此时整流器提供的电流分两路：一路送给负载，另一路送给蓄电池以补充蓄电池自身内部损耗。浮充充电工作方式接线简单，对改善UPS输出瞬态响应特性有好处。脉冲充电工作方式的特点是充电电流随蓄电池容量而变化，蓄电池和负载不是并联连接的，用这种方式充电可以缩短充电时间。充电操作：蓄电池组放电后，应立即转入充电，开始控制充电电流，以不大于0.2C为宜〔如200A·h蓄电池充电电流应不大于0.2×200=40A〕。当电流变小时，可慢慢提高蓄电池组充电电压，到达均充电压值后再充6h，然后再调回浮充电压值。放电要求：蓄电池实际放出的容量与放电电流有关，放电电流越大，蓄电池的效率越低。例如，对于12V/24A·h的蓄电池，当放电电流为0.4C时，放电至终止电压的时间是110min，实际输出容量为17.6A·h，效率为73.3%，当放电电流为7C时，放电至终止电压的时间仅为20s，实际输出容量为0.93A·h，效率为3.9%，所以应防止大电流放电，提高蓄电池的效率。放电深度：放电深度对蓄电池使用寿命的影响也非常大，蓄电池放电深度越深，其循环使用次数就越少。虽然UPS都有蓄电池低电位保护功能，一般单节蓄电池放电至10.5V〔相对于12V〕左右时，UPS就会自动关机。但是，如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下，尽管采用小电流放电能提高蓄电池的效率，但是当用极小电流长时间放电，将导致蓄电池时间放出容量超过其额定容量，从而造成蓄电池严重的深度放电。当蓄电池放电深度为100%时，蓄电池的实际使用寿命约为200—250次充放电循环，放电深度为50%时，约为500—600次充放电循环。因此在使用UPS时既要防止重载过流放电，又要防止长时间轻载逆变造成蓄电池深度放电，更要防止蓄电池短路放电，否那么会严重损坏蓄电池的再充电能力，缩短使用寿命。放电操作：放电是为了检查蓄电