不间断电源设计

不间断电源设计参考 介绍 有的时候，从墙上插座来的市电并非都是清洁和不间断的。许多诸如供电的突然中断 或供电质量严重超出设备（或系统）的标准要求之外,尖峰,突波,浪涌,以及噪声会发生。轻者， 电源的中断可能只是引起不便；重者可能造成电脑系统的数据丢失或者系统瘫痪造成难以估 量的损失。 所谓不间断电源就是当交流电网（市电）输入发生异常或中断时，它可以继续向负载供 电并能够保证供电质量，简称ＵＰＳ。其基本概念是在正常的操作情况下存储能量（通过给 电池充电），在电源故障时释放能量（通过从直流到交流的转换）。 传统的ＵＰＳ的设计是使用模拟器件。随着技术的发展我们可以将它们集成为一个微控 器，利用微控器可以产生正弦波，提供以下优点： ＰＩＣ１７Ｃ４３微控器的优点 ·高质量的正弦波：高的输出能力允许高质量的输出 ·灵活性：内核的控制特性和操作可以只修改软件元器件（不必更动硬件） ·设计的可移植性 ·多种循环响应 ·数字滤波 ·减少元器件及复杂性 ·集成外部设备 ·接口简单 ·容易测试 ·缩短产品投入市场的周期 ＰＩＣＲＥＦ－１总览 集成电路科技的ＰＩＣＲＥＦ－１ＵＰＳ参考文档提供了使用灵活的单片机设计不 间断电源的解决。 ＰＩＣ１７Ｃ４３单片机可以应用于所有ＵＰＳ的控制系统。ＰＩＣ１７Ｃ４３是独 一无二的，因为它提供了高性价比的解决方案，这在其他的单片机上是找不到的。 ＰＷＭ（脉冲宽度调制）技术：所谓 PWM 就是在所需的频率周期内，将直流电压调 制成等幅的系列交流输出电压脉冲，以达到控制频率、电压、电流和抑制谐波的目的 ＰＩＣ１７Ｃ４３ＰＷＭ控制一个反向器输出，当滤波之后，反向器以正弦波形输出交流波 形。报错对于ＰＩＣ１７Ｃ４３来说，可以被初始化为内部的或是外部的响应，故障信号的 修正依赖固化在ＰＩＣ１７Ｃ４３中的数据，。一个错误可以使整个逆变器失效。输出电压 和电流被ＰＩＣ１７Ｃ４３监控，来实现“实时”调整直流偏移量和适应外部负载的改变 ＰＩＣ１７Ｃ４３控制所有的组件同步，精确控制和反馈。ＰＩＣ１７Ｃ４３利用零 横越同步输入电压/相位以及输出电压/相位。ＰＩＣ１７Ｃ４３使所有的内部组件同步。控 制运算法则和改写软件实现了可维护性和可行性。 ＰＩＣＲＥＦ－１的主要特点 ·真正ＵＰＳ的拓扑结构 ·真正的正弦波输出 ·点对点输出纠错 ·１４００ＶＡ额定电压 ·１２０／２４０Ｖ输入 目 录 系统总览…………………………………………………………………………………３ 硬件总览…………………………………………………………………………………６ 软件总览…………………………………………………………………………………９ 测试结果…………………………………………………………………………………１３ 设计背景…………………………………………………………………………………１５ 设计修改…………………………………………………………………………………１７ 附录Ａ：系统规格………………………………………………………………………１９ 附录Ｂ：电路原理图……………………………………………………………………１９ 附录Ｃ：软件列表………………………………………………………………………３７ 附录Ｄ：ＰＣＢ布线图及工程图………………………………………………………４１ 附录Ｅ：材料清单………………………………………………………………………４５ 附录Ｆ：ＵＰＳ演示单元………………………………………………………………５３ 感谢以下工程人员 总设计师 罗勃特 Schreiber,微处理器技术 叁考设计文献 贝丝 MC 路易斯,微处理器技术 系统和编码的开发 空气动力(顾问) 大卫 泰瑞 SYSTEM OVERVIEW 系统概述 chopper which both isolates the DC bus from the 从直流总线上用断路器将两者隔绝 The power flow for the PICREF-1 system is shown in H-Bridge inverter and doubles the DC voltage for the Figure 1. The Uninterruptible Power Supply (UPS) is inverter to operate at 120 or 240 volts. The output of the either supplying power based on the input power, if the chopper is filtered to remove switching noise and then 图表 1。不间断供电（UPS）通过换流器控制 120 或 240 伏特的输出 而输出却取决于输入电源 unit is plugged in, or based on the batteries. fed into the H-Bridge. Power Flow The PIC17C43 microcontroller controls the inverter by driving the H-bridge through Hardware Protection cir- When available, the input power is filtered for common cuitry and Insulated Gated Bipolar Transistor (IGBT) mode noise and is protected from surges/spikes by drivers. The output of the H-bridge is filtered and drives input power protection circuitry. The power then goes the load with an AC sine wave that is synchronized to into the power factor correction (PFC) module which the input AC voltage. forces the input current to be sinusoidal so that power utilization is more efficient. The PFC module also recti- An A/D converter provides feedback to the PIC17C43 fies the input AC power to produce voltage-regulated for output monitoring. DC power which is used by the rest of the functional All module synchronization, control, and fault detection modules. are handled through the PIC17C43. This rectified AC power is OR’d through diodes with the DC voltage generated from the battery boost circuit. The battery boost voltage is set slightly lower than the rectified AC input voltage so that, under normal condi- tions, the rectified AC input power provides power to the load. Once the voltage from the rectified AC input source drops below the battery boost DC voltage, the power is drawn from the battery boost module. In this mode the battery charger is turned off so as not to cause an additional load on the battery (i.e., so the bat- tery is not charging itself).