UPS电源设计

UPS电源设计（精选12篇）

UPS电源设计 第1篇

关键词：UPS,逆变器,冗余,安时

以通过蓝牙接口与车载测控系统的蓝牙接口连接, 在这种情况下, 我们就可以将信息收集模块嵌入到这个手持设备中, 使它作为一个信息传输的中间的平台。 (见图1)

4.2信息收集模块的设计

由于手持设备是一个类似于手机的智能终端, 可以很容易的实现基于.NET平台的程序, 那么在测控系统中我们也嵌入这样一个能与之通讯的接口程序, 接口程序定义如下:

void Get Infoand Send () //关键数据收集并发送程序

{

if (故障发生) {

牙搜索手持设备, 并返回连接成功的手持设备编号;

while (num&&数据未发完)

{

(上接70页) 率为10KVA, 系统的UPS主机输出功率为60KVA, 蓄电池采用12V, 100AH的电池, 每组32块, 则该系统的后备时间计算如下:

3 UPS设计步骤出真实的场景, 问题解决后, 再将包含正确配置信息的XML文档发送回去;如果, 问题比较复杂, 可以通过电话等方式进行交流。

结束语

在现在网络环境还不是特别理想尤其是无线网络更加恶劣的情况下, 介绍了一种利用XML信息远程传输进行技术支持的一种方式。随着网络的高度发展, 计算机管理及技术支持需要的日益增强, 远程控制软件的应用将会在不久的将来取代这种方式。

参考文献

[1]肖碗蓉, 杨生举, 杨灵歌.基于Web的集成化网络服务管理系统的研究与实现[J].现代图书馆情报技术, 2009 (11) .

[2]滕飞, 王常虹, 王玉峰.基于互联网的转台控制监控系统[J].中国惯性技术学报, 2002, (5) :45-46.

[3]张敬东.远程监控技术与监控系统[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2007, (2) :24-26.

确定采用在线式还是离线式;单机工作还是多机并联冗余;再次就是指标的选择也就是技术要求;如电压、频率的稳定度、后备时间多少、智能度等;然后就是蓄电池的选择;相信按照的介绍大家都会对UPS电源的设计有一定的了解。

责任编辑:王青翠

电通过逆变器再转变为交流电, 而这种交流电较市电来说, 其电压的波形, 频率, 电压的稳定度都得到了提高, 且动态特性也有提高。当市电不正常时, 负载的供电完全由蓄电池存储的电量通过逆变器转变为交流电输出, 从而真正地达到了外电不正常时, 负载供电不间断的效果。

1.4 UPS电源优点。UPS电源的出现几乎10KVA, 当一台出现故障时, 控制单元将负载平均分配给5台UPS, 每台UPS均流供电12KVA, 如有两台出现故障, 控制单元将负载平均分配给4台UPS, 每台UPS均流供电15KVA, 也就是本系统可以允许2台出现故障。

UPS电源设计 第2篇

清中断标志位清定时器1读取A/D转换值计算输出电压偏差表指针到最大返回表头表指针加1正半波？正负半波信号置1正负半波信号置0查正弦表计算PWM占空比更新PWM占空比中断返回

图1 CCP1中断服务子程序

算法实现程序

//-----------------------------//

SPWM信号调制

//-----------------------------#include

#include

//系统配置

__CONFIG(HS&PWRTEN&BOREN&PROTECT&WDTEN);//打开看门狗,选择高速晶振,上电延时复位,掉电复位使能,代码保护 //------------------1 //-----------AD1通道转换--------------------void ad_0(){ AN0;

//选择通道0 //延时,采样电容充电 //开启AD //等待AD结束

//结果转存到变量AD_RES_0 DELAY();ADGO=1;

while(ADGO);

ad_res_0=ADRES;} //-----------AD1通道转换--------------------void ad_1(){ AN1;DELAY();ADGO=1;while(ADGO);ad_res_1=ADRES;if(ad_res_1>132){sin_am-=0.005;if((ad_res_1-132)>10)sin_am-=0.04;} else

if((ad_res_1<=132)(ad_res_1>=130))sin_am+=0;else

if(ad_res_1<130){sin_am+=0.005;if((130-ad_res_1)>10)sin_am+=0.04;} if(sin_am>1.6)sin_am=1.6;} //------------AD2通道转换-------------------void ad_2(){ AN2;DELAY();ADGO=1;while(ADGO);ad_res_2=ADRES;2 } const unsigned char

sin_[]={40,50,73,85,100,113,127,141,157,170,180,189,196,200,203,204, //正半周 204,203,200,195,188,179,169,157,144,129,113,96,78,59,39,15 //负半周

};unsigned char sin_num;

//sin函数表查表变量

//------------------void CCP_start(){ CCPR2L=0X0;//设置CCP2,0%的脉宽输出 CCPR1L=0X0;//设置CCP1,0%的脉宽输出 TRISC=0X00;PR2=0Xff;//PORTC are outputs //设置PWM的工作周期,16MHz,PWM周期15.562kHz CCP1M3=1;CCP1M2=1;//CCP1模块PWM模式 CCP2M3=1;CCP2M2=1;//CCP2模块PWM模式 sin_up=1;sin_num=0;sin_am=0;//正负半周SIN函数 //脉宽周期调整计数器 //sin函数的幅值

sin_am=0.3000;//sin函数的幅值 crut_ie=1;} //-------------中断服务程序---------------------void interrupt key_ccp_timer(){ if(TMR2IF&TMR2IE){ TMR2IF=0;//定时器2中断服务函数

if(sin_num==31){sin_num=0;sin_up=!sin_up;} sin_d=sin_[sin_num];

//定时器1中断服务函数 //电流慢保护允许

sin_l=sin_am*sin_d;if(sin_l>=255)sin_l=255;

//限幅

//换向 if(sin_up){CCPR2L=(unsigned char)sin_l;CCPR1L=0;} else {CCPR1L=(unsigned char)sin_l;CCPR2L=0;}

//换向

sin_num++;} CLRWDT();//清除看门狗

if(RBIFRBIE){RBIF=0;if((!RB6)power_ie)k=1;}

if(TMR1IF&TMR1IE){ TMR1IF=0;tm_sum++;if(tm_sum==31){ tm_sum=0;tmr_s=!tmr_s;tmr_d=1;} } } //-------------------//主程序 main(){ CLRWDT();//清除看门狗

port_init();//端口初始化 init_start();//开机状态 adc_init();//ad通道初始化

//--------------------RC4=0;//继电器关闭 RC3=1;//关闭脉冲封锁

//--------------------TMR1CS=0;//同步模式

//端口b中断服务函数 T1SYNC=0;TMR1H=0XFD;//内部指令周期

TMR1L=0X10;TMR1IE=1;//定时器1初值 //定时器1中断使能

//--------------------------TRISC=0X00;

//端口C输出

TRISC1=TRISC2=1;//RC1,RC2输入模式 PEIE=1;

//外围模块中断使能 //打开定时器2中断使能 //开全局中断

//打开定时器2 TMR2IE=1;GIE=1;

TMR2ON=1;TOUTPS3=0;TOUTPS2=1;TOUTPS1=0;TOUTPS0=0;//定时器2后分频器5分频 TMR1ON=1;power_ie=1;while(1)

{

CLRWDT();if(k){

DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();DELAY();if(kRB6){k=0;power=!power;} if(power){

} power_ie=0;//开关间隔开始计时 RC3=0;RC4=1;

//打开脉冲封锁 //打开继电器

//开机

//开关机标志

//延时 //延时 //清除看门狗

//打开定时器1 //允许开机

CCP_start();//开始SPWM 5

} if(!power){

}

//关机

power_ie=0;//开关间隔开开始计时 crut_if=0;//电流保护标志清零 volue_if=0;//电池电压保护标志清零 RC3=1;

//关闭脉冲封锁

//复位CCP模块 CCP2CON=0;CCP1CON=0;RC2=RC1=0;RC4=0;

//置端口固定电平

//关闭继电器

//------输出电流检测------

if(power_up){

if(ad_res_0>=204){ crut_if=1;crut_tmr=0;crut_ie=0;

}

//高于2v电流慢保护

//电流高于4v,快保护

if((ad_res_0>=102)(ad_res_0<204)){

if(tmr_stmr_dcrut_ie){

} tmr_d=0;crut_tmr++;if(crut_tmr==10){ }

//时基,时基变化标志,保护允许

crut_tmr=0;crut_ie=0;crut_if=1;//保护

} if(ad_res_0<102)//电流正常低于2v { crut_tmr=0;L2_OFF;if(crut_if);} //------电池电压检测------

if(ad_res_2>=102){L1_OFF;if(volue_if);} //电池电压大于2v，if((ad_res_2<102)(ad_res_2>=91))//电池低于2v大于1.8v if(ad_res_2<92)//电池低于1.8v { volue_if=1;}

} //-----模拟采集

}

} if(power)ad_1();//在开机状态下检测反馈电压 ad_2();ad_0();//采集电池电压 //采集电流

if(power_ie==0)//开关机时间间隔 {

} if(power_up==0)//上电延时1秒检测电池电压 {

UPS电源设计 第3篇

关键词：多路输出电源；UPS；DC/DC；多路比例反馈

中图分类号：U6；TM9文献标志码：A文章编号：16717953(2009)03001402

某船舶航行数据记录仪电源要求输入为DC110V，有110V/2A、50V/10A、5V/15A三路DC输出，并且要求具有在线UPS功能，输入停电时要无间隙切换，保证设备继续正常工作。例如船舶出现倾斜全船失电甚至沉没，应能在供电状态下记录所有船舶信息，以备日后取证。且要求电源效率>93%，工作稳定，可靠性高。

1、系统结构组成

目前国内外较为先进的UPS装置是利用微处理器控制的工频高压直流电源。虽然利用微处理器可以使电源输出电压根据负载进行跟踪优化，但由于采用工频高压直流装置，直流电源很庞大、沉重，而且根据回路电压控制可控硅导通角，虽可调节输出电压，但输出电压波动很大。

本电源是采用脉宽调制(PWM)技术和变频(PFM)技术的功率转换电路。如图1.将直流电滤波后，通过微机控制逆变为高频方波交流电压后，再经高频变压器升压，高频整流桥整流，在UPS上得到电压波形。

2、主电路介绍

主电路的原理如图2.所示，直流电路供给逆变模块的C、E极，逆变主要靠微机控制模块各个桥臂的导通和截止来得到20KHZ的高频矩形波交流电压，电容C1、C2、电感L1与变压器串联构成谐振支路，从高频升压变压器得到的交流电通过高频整流硅堆，得到所需可控的直流电。把输出的电流、电压、反馈至微机控制器改变脉冲工作频率或脉冲宽度经隔离驱动器送给IGBT全桥高频逆变模块以对输出电流和输出电压进行调节。

3、逆变器开关管的选择

采用传统的晶闸管作为逆变元件时，由于晶闸管的开关速度慢，因此逆变器的工作频率不可能很高，这就限制了储能元件的充电速度和充电精度。功率场效应管MOSFET具有优越的高频开关特性，无疑是一种更加理想的逆变用器件。同时，由于它的加入，电力电子器件在节省电能方面发挥了很大的潜力，使得半导体器件在中小功率中的应用有了迅速发展。

但是，MOSFET作为多子器件也有它的缺点，即高压MOSFET的正向电阻很大。因而就诞生了绝缘栅双极型晶体管IGBT，由于它比MOSFET多一个PN结，本质上是个双极型晶体管。而这个附加的PN结注入的少子改善了通态特性，使得IGBT既具有MOSFET的下作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR (Giant Transistor巨型晶体管)的载流量大，阻断电压高等多项优点，从而极大的扩展了半导体器件的功率应用领域，开辟了电力电子技术向高压高频化迈进的现实道路。

4、控制方案

逆变电源系统分为开环控制系统和闭环控制系统，因为开环控制系统的输出在电网电压和负载变化时，无稳定作用，控制效果不理想，一般只用于小功率、波形质量要求小高的场合。我们采用闭环控制系统，把输出电流和输出电压一起引入控制系统。采用PWM和PFM结合来实现电压和电流等的控制。控制系统结构如图3.控制方法如下：

驱动电路的设计

驱动电路的作用是将控制电路输出的脉冲放大到足以驱动功率开关管，采用不同的驱动电路将得到不同的开关特性。设计优良的驱动电路能改善功率开关管的开关特性，从而减小开关损耗，提高电源的效率及功率器件工作的可靠性。因此，驱动电路的优劣直接影响电源的性能。随着开关工作频率的提高，驱动电路的优化设计显得越来越重要。驱动电路保持最佳驱动特性，需要注意以下方面：

1)功率管开通时，驱动电路提供的基极电流应有快速的上升沿，并一开始有一定的过冲，以加速开通过程。

2)IGBT是电压驱动，它具有一定的阀值电压和容性输入阻抗，因此IGBT对栅极电荷集聚很敏感，必须要保证有一低阻抗值的放电回路，即驱动电路与IGBT的连线要尽量的短。

3)用小内阻的驱动源对栅极电容充放电，以保证栅极控制电有足够陡的前沿，使IGBT的开关损耗尽量小。另外，在IGBT开通后，驱动

电路提供的基极电流在任何负载情况下都能保证IGBT处于饱和导通状态，使IGBT的饱和压降较低，以保证低的导通损耗。

4)驱动电平U_CE必须综合考虑。当正的U_CE过大时，IGBT通态压降和开通损耗均增加，负载短路时的电流增大，IGBT能承受的过电流时间减少，对其安全不利，因此在有短路过程的设备中认U_CE应选小些。而在关断瞬间，为尽快抽取PNP管结电容存贮的电荷，须施加一足够负的偏压U_CE，使集电极电流迅速下降以减少下降时间。但受IGBT的G，E间最大反向耐压的限制，负偏压取也不宜过大。

5)大电感负载下，IGBT的开关时间不能过分短，以限制di/dt所形成的尖峰电压，保证IGBT的安全。

6)IGBT的栅极驱动电路损耗要小，电路应尽可能简单可靠，最好自带有对IGBT的保护功能，并有较强的抗干扰能力。

6、结束语

UPS电源技术不断在发展，该电源主要器件开关管在谐振状态下开关条件大为改善，实现了电流谐振软开通和零电流关断，使得开关管和续流二极管的开关损耗大为减少。该类电源具有体积小、效率高，并且适用性广、调节范围大、电磁干扰小的特点，实测表明，在110V 、50V、 5V满载输出时，各电压纹波峰峰值 (频带宽20MHZ)分别小于150mV 、100mV 、80mV，满足要求，非常适合于船舶电源而得到广泛的应用。

参考文献

［1林辉，王辉.电力电子技术［M］.武汉：武汉理工大学出版社.2001.

［2］ 吴志良.船舶港口电气系统可靠性工程及应用［M］.大连：大连海事大学出版社.2006.

［3］ 陈坚. 电力电子学——电力电子变换和控制技术(第2版)［M］.北京：高等教育出版社.2004.

UPS电源容量选择及配电设计 第4篇

1 UPS电源运用分析研究

在人们的生产、生活中, UPS电源属于常用的后备电源, 广泛应用于各个行业当中。这是因为其可在市电断电之后及时提供足够的电能。目前, 社会的发展越来越离不开电能, 因此, 意外停电会对人们的生产、生活造成极大的影响。尤其是在信息社会中, 为了防止因意外停电而造成不必要的损失, 就必须保证计算机系统在停电之后能继续工作一段时间, 以便于用户备份资料, 避免因停电而影响工作。

UPS作为现代最主要的供电后备电源, 其日常管理主要包括电源的巡检、故障的检查和定期放电等。

2 UPS电源容量选择分析研究

对于UPS电源而言, 一定要选择合适的容量, 这是因为UPS电源的容量过大或过小都会影响其正常运行。如果UPS电源的容量过大, 则其会长时间处于轻载运行的状态。这样虽然能有效保护逆变器不受损害, 但极有可能导致电池保护装置发生故障后, 引发电池组的深度放电, 进而对设备造成损坏, 且大容量的UPS电源的价格相对较高。如果UPS电源的容量过小, 则其会长时间处于重载运行的状态。虽然这样能降低一部分成本, 但可能导致UPS电源的逆变器驱动元件受损。由此可见, 科学、合理地选择UPS电源的容量是非常重要的。通常而言, UPS电源的负载为额定有功功率的25%~80%时最合适。

为了有效计算计算机系统运行的实际容量, 需要确定UPS电源的负载总容量。UPS电源的负载功率与其输出功率有密切的关系。下面在10~300 k VA的范围内对二者的关系进行分析。UPS电源的输出电流与负载功率因数的关系如图1 所示。

由图1 可以看出, 当感性负载功率因数<0.8 时, UPS输出的电流大于额定电流。而当负载为容性时, 其输出的电流要远远小于感性负载。

在分析了UPS电源的实际容量后, 为了有效解决负载不断分期扩容的问题, 需要增大UPS电源的额定容量。而UPS电源的备份方案与UPS电源的冗余容量紧密相连, 这就需要第一次配置UPS电源的容量时充分考虑其中远期的基本发展趋势, 并在选型过程中选择可支持多机运行的机型, 从而有效增大UPS电源中远期的负载容量。

3 UPS电源配电设计分析研究

UPS配电设计的主要内容包括负荷的计算、输出回路开关的选择、输出回路导线的选择、主开关和进线电缆的设计等。

3.1 负荷的计算分析

在UPS电源配电设计中进行负荷计算的主要目的是科学、合理地选择开关电流的整定值、导线。因此, 需要对单相回路电流、三相回路电流和配电箱负荷进行计算。

单相回路电流的计算公式为:

式 (1) 中:I为单相回路的计算电流;P为单相负荷容量;U为单相电压, cos F为功率因数, 0.9.

三相回路电流计算公式为:

式 (2) 中:I为三相回路计算电流;P为三相负荷容量;U为三相电压;cosf为功率因数, 0.9.

装机容量Pe是所有输出回路负荷容量的总和, 因此, 计算装机时, 如果一个机房的末端负荷回路共有8 条单相回路, 则每一条回路为2 k W;如果一个机房的末端负荷回路有2 条三相回路, 则每一条回路为7 k W。由此可见, 装机容量Pe=30 k W。

3.2 输出回路开关选择分析

低压空气开关又称为低压断路器, 具体包括框架断路器、微型断路器和塑壳断路器三种类型, 它们的用法各不相同。框架断路器的额定电流为800~6 300 A;微型断路器的额定电流一般为63 A, 其主要作用是对末端配电箱的输出回路开关或小容量的配电箱主开关进行控制;塑壳断路器的额定电流为100~800 A, 其主要作用是对低压母线馈电回路开关或落地式配电柜主开关进行控制。

由于微型断路器末端配电箱内微型断路器的排列非常的密集, 因此, 其降容系数通常为0.8 左右, 即10 A的开关一般用于<8 A的计算电流, 16 A的开关一般用于<12.8 A的计算电流。

依据用电规范标准, 插座回路必须选择带有漏电保护器的开关。如果在弱电竖井中使用了插座箱, 并在插座箱内设置了漏电保护器开关, 则可不安装漏电保护器开关。

3.3 输出回路导线选择分析

配电箱末端的输出回路通常会使用导线, 尤其是机房内的负荷回路。如果在弱电竖井管理间安装了插座箱, 则需要利用桥架。值得注意的是, 对于1 类型或2 类型的建筑而言, 最好使用阻燃型导线、电缆。

通常情况下, 导线的选择需要按照负载流量分析。如果导线的负载流量超过了开关的整定电流量, 则就可根据表1 选择导线。

在插座与插座箱之间的回路需要装有PE线, PE线截面与相线截面的关系紧密。如果相线截面≤16 mm2, 则PE线就会与截面一致。必须注意的是, 相线截面必须>2.5 mm2。如果相线截面为25 mm2和35 mm2, 则PE线的截面为16 mm2;如果相线截面>35 mm2, 则PE线截面为相线截面的50%.一般而言, 常使用多股铜导线来保证PE线电源的质量。

3.4 主开关和进线电缆的设计分析

对于主开关而言, 可按照电流的大小选择微型断路器或塑壳断路器。一般而言, 如果整定电流<63 A, 则最好选用微型断路器;如果整定电流≥63 A, 则可选用塑壳断路器。

如果配电箱的计算容量为45.6 A, 降容系数为0.8, 则45.6/0.8=57 A, 而主开关的整定电流为63 A。因此, 可选择微型断路器C65N/3P63A, 其进线电缆可以选择ZR-BV-4×25+BVR-1×16。

4 结束语

综上所述, UPS电源容量的选择和配电设计对保证其正常运行至关重要, 因此, 相关设计人员需要考虑多方面的因素。只有这样, 才能有效降低运行成本, 保证UPS电源的正常运行, 促进我国经济的发展。

参考文献

[1]卢庆新.智能建筑弱电机房UPS配电设计[J].智能建筑与城市信息, 2006 (11) .

[2]李先进.UPS容量选择与负载的关系[J].建筑电气, 2010 (09) .

UPS电源、电池搬家方案 第5篇

武汉群光广场机房现有一套 系列 40KVA 的 UPS 不间断电源系统，其中后

备电池为松下 NP100-12 的阀控式免维护铅酸蓄电池共 64 节（即 NP 系列 12V-100AH 的蓄电池）。目前 UPS 主机和蓄电池运行正常，但由于电池组是 用的，使用寿命已经超过 年 月投入使 年。为了避免蓄电池老化，搬迁后对 UPS 主机供 电系统运行的影响和 UPS 后备时间的保证。

二、搬迁规划

1、实施流程： 现场勘察

与甲方技术人员 现场交流 确定实施方案

对设备进行分 析，制定应急方 案

流程主要根据搬迁前的需要制定，主要详细了解当前系统设备情况，系统运 行情况。针对所了解情况制定详细搬迁方案以及应急方案。

2、工程师了解用户现在机房的现状以及搬迁后的具体要求。充分考虑在实施 过程中可能出现的各种情况，定制详细可行性的迁移实施计划，将机房迁移工作 对用户的影响降至最小。

3、在搬迁过程中需要 UPS 厂家技术人员密切配合。

4、为保证搬迁工作顺利、有序、安全的进行将制定详细的搬迁流程，进行细 致的分工，具体工作安排到人，责任到人。

三、详细实施方案

本次 UPS 主机及电池搬迁共 任务安排保证工作顺利进行。

1、实施流程： 天时间，时间较为紧张。我们将尽量细化 工具准备 新机房现场检查 设备标记 电池标记 目的机房检查 设备情况记录 电池连线及电压 值记录 设备关机 设备下架 设备搬运 设备连接

电池连接检查、电压值记录 设备开机 功能测试 完成

2、实施时间 由于更换的电池的数量比较多，电池的重量也比较重；而且考虑现场的施工 条件，安装工作有一定的难度，加上安装前的准备工作和安装后的调试工作估计 总的施工时间约

3、实施相关人员 电池的拆除及安装由我方的电气工程师负责电池的拆除及安装工作，并且安 排两位技术人员进行电池搬运等辅助性工作。实施人员的具体信息情况如下： 小时。人员分类 实施工程师 辅助工程师 辅助工程师 姓名 联系方式

相关资质 电工证、电工上岗操作证

四、施工过程中注意事项

在电池拆除安装及搬运过程中应注意几点问题：

1、注意人身安全和设备安全，施工前必须了解现场情况，施工时避免影响其它设 备的正常运行；

2、搬运电池的过程中注意避免电池的碰撞和摔坏，做到轻拿轻放，搬运时由两人 进行操作；

3、由于现场空间比较狭窄，注意保持通道的畅通，同时注意甲方周围的环境，避 免影响甲方的正常工作；

4、操作时注意电池的正负极接反，安装人员在施工时不应带手表等金属物件，避 免造成短路打火现象；

5、对在电池架下层的施工时要注意安装空间和安装光线问题，每做一步都要仔细、认真、正确、规范；

6、每安装完一组电池时应测量电池电压，确保每组电池电压相同后再做并联连接，禁止不同电压的电池组并联；并且把更换下来的旧电池安放到用户指定的位置，禁止乱摆乱放；

7、电池端子连接时不能过紧和过松，安装完一组后都要手扳动一下电池接线端子，检查是否连接牢固；

8、和用户的相关负责人保持联系，如有任何问题应及时向相关负责人沟通、报告。

五、电池安装完成后的检查工作 主要检查以下几个方面：

1、UPS 电源室的现场环境情况、电池的摆放和联接情况。

2、检测 UPS 主机的输入输出的电压、电流；充电电压；工作状态等情况，确 保全部检测数据达到要求的参数范围内，并做好记录。

3、确认 UPS 主机和电池处于正常运行，然后进行市电断电试验，检测电池自 动切换和电池供电时间情况等。通过这一次电池的拆除安装及搬迁工作，UPS 电池有可能会出现以下情况：

交流不间断电源UPS的维护及使用 第6篇

关键词：UPS工作原理  维护  电源  使用

中图分类号：TN86    文献标识码：A  文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0051-01

UPS（Uninterruptible Power System）是一种含有储能装置的恒压频电源，即不间断电源。UPS能提供不间断的电力输出，服务对象有电力电子设备、单台计算机、网络系统等。

UPS要长期安全、稳定、可靠工作，主要决定因素有：UPS本身质量、安装质量和用户使用质量。在用户使用质量方面，要注意使用环境、供电质量及日常维护质量。

1 UPS电源组成及工作原理

UPS从60年代的旋转发电机发展至具有智能化程度的静止式全电子化电路，一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

UPS的组成包括整流充电器、储能机构、逆变器、旁路开关及测控电路。主要组成部分是逆变器。

进入市电输入正常时，UPS通过市电转化为负载供电，在这种情况下UPS相当是一台交流市电稳压器，与此同时，UPS也为可成为自身的内部充电电池;当市电中断发生停电事故时，UPS能将内部的电能转化成220 V的交流电供应给负载，确保负载能够正常的使用，并且受到保护。

2 UPS电源日常维护

2.1 UPS主机的维护

UPS电源主机属于重要的供电设备，对于UPS主机来说一般情况下维护量并不太多，技术参数是维护工作的重点，另外还要检查UPS各连接线有无松动和接触不牢的情况，定期进行防尘和除尘。

2.1.1 运行环境要求

（1）设备应当处在干净的环境，周围应预留50～80 cm的空间，以便设备的散热和维修。

（2）设备安装的位置不应被阳光直射，设备所处的环境不应过于潮湿，不应有可燃及腐蚀性气体。

（3）电池组最佳工作环境为15～25 ℃，如环境温度超出此范围，每生高或降低10℃，则电池组寿命将降低50%。

2.1.2 相关参数的监测、调整及功能实现

（1）每天观察 UPS显示控制操面板，确认液晶显示面板上的各项图形显示单元都处于正常运行状态，所有电源的运行参数都处于正常值范围内，在显示记录内没有出现任何故障和报警信息[1]。

（2）观察面板显示屏三相 UPS的负载分配，使其尽量平衡，可以减少输出零地电压升高和斜波电流。

（3）值班人员在巡视 UPS设备时要闻一闻主机有无异味。听一听主机风扇和变压器有无异常声音。

（4）感性负载如日光灯、激光打印机、电动机、空调等一定不要带。启动冲击大，启动电流大，如果UPS容量不足，容易造成瞬间超载。

2.2 蓄电池的维护

保证蓄电池处于良好的工作状态，尽早发现性能下降的电池，改善其使用状况，能够有效地延长蓄电池的工作使用时间，使UPS对系统供电的稳定性和安全性得到提高，大大提高系统的可靠程度。

2.2.1 运行环境要求

20～25 ℃是电池的最佳环境温度，电池的实际使用寿命会因温度每增加10℃而缩短一半，电池会因温度过低而内阻增大，其放电容量會降低[2]。

2.2.2 物理性检查项目

（1）若电池有连接线松动变形和漏液甚至破裂的现象，应马上更换电池组。

（2）检查电池及连接处升温有否异常;极柱是否有变形、损伤或腐蚀现象。

2.2.3 日常维护

检查电池外观是否完好，清洁电池，外壳是否有变形和渗漏情况，测量电池温度、电池两端电压;检查连接部分是否有松动，重新拧紧连接处的螺钉;检查连接触点有无“盐化”现象，检测连接条压降，用测温仪检查电池触点有没发热。

2.2.4 定期维护

浅放电的维护时间每月要进行一次，每次的时间为1个小时左右。主要是为了检测各个单体电池的容量，从中发现个别电池的容量是否下降，若出现容量下降，那么就会造成UPS在电池模式带载时由于放电的时间不够长，会直接影响到整个电池组的效率，从而也将导致UPS无法正常工作，易出现系统关机、负载断电等现象，从而产生巨大影响。

2.2.5 注意事项

（1）避免过电流充电和过电压充电，否则蓄电池寿命缩短甚至烧坏。

（2）避免用快速充电器充电，应使用有防过流和过压功能的充电器充电。

（3）禁止超负载使用，UPS电源的负载控制在30%～60%额定输出功率范围内较为合适。

（4）电池放电至保护关机后不要重新开机，否则会造成电池过放电。UPS的电池必须重新充电后才能投入正常使用。

2.3 操作规程

（1）按照开机、关机顺序操作，避免负载突然加上或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大而无法正常工作。

（2）禁止频繁地关闭和开启UPS电源，一般要求在关闭UPS电源后至少等待6s钟后才能开启UPS电源。

2.4 运输及故障处理

（1）运输。

UPS是精密仪器设备，在运输途中请不要有大的倾斜及震动。在搬运是应使用插车。

（2）故障处理。

首先请检查设备的安装，布线，以及输入市电是否符合要求，确认是否是由于操作的失误引起的问题。

3 结语

如何确保UPS能正常的运行系统工作，那么维护是关键，只有对UPS电源的维护足够重视，采取科学的维护手段，才能将UPS发挥的淋漓尽致。

参考文献

[1] 周志敏.UPS应用与故障诊断[M].中国电力出版社，2008：305.

一种小型应急UPS电源的设计 第7篇

UPS电源是近年来发展起来的一种新型不间断电源技术。UPS电源按其工作方式可分为后备式UPS和在线式UPS两大类[1];在线式UPS电源在市电正常供电时, 它首先将市电交流电源变成直流电源, 然后进行脉宽调制、滤波, 再将直流电源重新变成交流电源, 即它是由交流电整流逆变器方式向负载提供交流电源, 一旦市电中断, 立即改由蓄电池逆变器方式对负载提供交流电源[2]。对在线式UPS电源而言, 在正常情况下, 无论有无市电, 它总是由UPS电源的逆变器对负载供电, 这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰而带来的影响。在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源, 它可以实现对负载的稳频、稳压供电, 且在由市电供电转换到蓄电池供电时, 其转换时间为零[3]。现设计了一种简易的由软件控制的应急在线式UPS电源。并用DT9205数字万用表、DS-5120M 100MHz示波器、自藕调压器测试了其参数。

1 方案与论证

设计输出电压为24VAC在线式不间断电源, 方案结构如图1所示。

要实现在线式不间断电源的功能, 电路中最主要的部分就是SPWM法的实现。使用软件生成SPWM波形比较容易, 因此, 采用软件生成法。用软件来实现调制, 产生窄脉冲, 模拟正弦波, 使电路简化, 实现精确的控制, 并对蓄电池的充放电及保护电路具有控制作用。

在电路的脉宽调制部分应用SPWM法[4,5], 产生冲量相等而形状不同的窄脉冲。通过软件调制方法, 用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断, 使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等, 再通过反馈电路来改变调制波的频率和幅值, 则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值, 从而达到理论要求的幅值。当交流电工作时, 蓄电池充电但不工作;当交流电断电时, 可由软件检测到, 并控制电路使蓄电池放电, 同时软件也可控制蓄电池的维护电路, 相比纯硬件电路而言, 操作简捷, 可行性高[6]。

2 系统的硬件设计

2.1 总体设计

系统的总体设计如图2所示, 包括逆变电路和反馈电路模块、冲放电模块、过冲保护, 欠压保护模块。

2.2 功能模块的设计

2.2.1 逆变电路和反馈电路模块

市电220V经过变压器降压为36VAC, 经过整流滤波, 为后面电路供压, 同时单片机提供SPWM波形信号, 通过光电耦合器驱动半桥式逆变电路, 在经过变压器转变成24AC给负载供电[7,8]。负载端通过电阻降压后送入光电耦合器, 经过分压, 滤波后由比较器进行比较, 输出信号送入单片机, 从而组成了一个反馈电路, 对负载端电压幅度进行控制, 达到标准。

2.2.2 冲放电模块

36V交流电通过整流滤波, 有光电耦合器进行交流检测, 信号送入单片机P2.2口, 电路处于交流供电状态。当P2.5输出低电平, 左侧光电耦合器导通, 充电电路导通。当需要直流供电时, P1.5口输出高电平, 继电器处于常开状态, 右侧的二极管导通, 蓄电池处于放电状态, 为负载供电。

2.2.3 过冲保护, 欠压保护模块

欠压部分:当蓄电池两端电压低于29V时, 经过分压后送入比较器, 比较器输出低电平送入单片机P1.4口, 继电器断开, 使蓄电池不再放电。

过充保护部分:当蓄电池两端电压高于43V时, 比较器向P2.4口送入高电平, 使单片机控制的光耦截止, 达到保护目的。

3 系统的测试结果

3.1 在交流供电和直流供电U1, U3=36V两种情况下, 输出电压U2=24±0.3VAC, 其频率为50±1Hz, 额定输出功率大于80W;

3.2 切断交流电源后, 在输出满载情况下工作时间大于2分钟;

3.3 交流供电时, 在满载条件下, U1从29VAC增至43VAC, U2变化不超过2%;U1=36VAC、U2=24VAC, 电源负载从空载到满载, U2变化不超过2%;

3.4 直流供电时, 满载条件下, 效率不低于80%;

3.5 具有输出短路保护功能;

3.6 满载条件下, 输出正弦波失真度不大于5%;

3.7 具有给蓄电池充电功能, 充电电流不小于0.1A, 充电电路对蓄电池不能过充;

3.8 具有欠压保护功能:当蓄电池的放电电压29V时整机自动保护停止工作;

总结

该作品设计简明, 软硬件相结合。很好地展现了在线式不间断电源特点, 且电路中设计了可调制的反馈环节, 可稳定地给负载供电, 并对蓄电池电路具有良好的保护功能添加了交流检测、欠压保护、过充保护等功能模块, 充分体现了该设计作品的优越性。

摘要：在线式UPS电源将市电转化为直流电给蓄电池充电, 同时将此直流电逆变为24V交流电为负载供电, 并利用STC89C52单片机实现脉宽调制、反馈控制、交流检测、蓄电池的欠压及过冲保护功能, 极大减少了电路复杂性。经调试所获得的数据表明, 系统的各项基本指标很好。

关键词：UPS电源,脉宽调制,单片机

参考文献

[1]祝岩海.浅谈UPS电源的应用与维护[J].科教文汇, 2009 (10) .

[2]李晓兵, 王小波.不间断电源UPS的浅析[J].北京电力高等专科学校学报, 2009 (5) .

[3]王庆国, 董超.浅谈UPS电源的基本工作原理、分类及配置方法[J].能源技术与管理, 2008 (6) .

[4]东栋, 何向涛.刘建政.用MCS-51实现UPS电源SPWM控制的一种方法[J].通信电源技术, 2007, 24 (1) .

[5]熊善清.UPS电源中SPWM控制技术的研究[J].通信电源技术, 2005, 22 (3) .

[6]刘天羽, 沈任元, 田玉冬.提高开关电源效率和节能电源的研究与设计[J].上海电机学院学报, 2007, 2 (10) .

[7]陈道炼.逆变技术及其应用[M].北京:机械工业出版社, 2005:1.

UPS电源 第8篇

交流不停电供电系统简称UPS电源,现对UPS电源的工作原理、组成结构、技术特点等进行分析介绍。

1 UPS不间断电源的基本原理及组成

UPS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,按工作方式可分为后备式(离线式)和在线式2种。

1.1 后备式UPS的工作特性

当输入电源的电压、频率满足输入指标时,由市电逆变供电转换控制电路输出3路信号,其中1路信号控制由电磁继电器构成的单刀双掷开关接通市电供电(这条线路就是交流旁路),此时负载直接由市电供电,对市电品质基本没有改变;第2路控制信号送到面板显示电路,用来显示市电的供电状态;第3路控制信号送至逆变器,以切断逆变电路;同时,市电还经过降压、整流,再经由充电电路给蓄电池充电。当市电因意外而中断时,市电逆变供电转换控制电路输出信号会发生变化,蓄电池内的直流电源会经过逆变器的作用而转变为交流电源,经输出变压器升压后,向负载提供220 V的交流电。不过,由电磁继电器控制单刀双掷开关从市电供电状态切换到逆变器供电时有一小段时间间隔,在此期间电流供应会发生中断;不过,像计算机这样的用电设备由于主机电源内有滤波电容的存在,因此当断电的瞬间滤波电容所储存的电能可以维持计算机继续工作至少8 ms～10 ms,而电磁继电器的切换时间一般只有2 ms～4 ms,所以不会发生因计算机重新启动而引发数据丢失的情况;但是,如果用电设备要求断电时间不得超过4 ms,则必须选用以双向可控硅作切换元件的UPS或在线式UPS。

1.2 在线式UPS的工作特性

在线式UPS的结构与后备式UPS很相似,二者之间的最大不同之处在于在线式UPS不再采用断电切换的工作方式,而是可以持续供电。简单地说,当市电供电正常时,它首先将市电交流电压经整流器和滤波器变为直流电送入逆变器,接下来逆变器将直流电变为功率放大的脉宽调制驱动电源信号,再经逆变器的输出滤波器重新变成交流电提供给负载。在线式UPS机内采用了反馈控制系统,可以向负载提供稳压精度高、频率稳定、波形失真度小、无干扰的瞬态响应特性好的高质量交流电。当在线式UPS的输出端承受100%的加载或减载时,它的输出电压波动不但小于5%,而且即便是这样小的瞬态电压波动也会在20 ms内恢复到正常稳压值。此外还配置了蓄电池作为储能单元,当市电供电中断时,UPS中的逆变器利用机内蓄电池所提供的直流电来维持负载的正常运转,由于不存在从市电供电到逆变器供电的转换步骤,因此就不存在转换时间长短的问题。一般在线式UPS电源均有旁路开关与备用电源相连(备用电源可以是另一路交流电,也可以是柴油发电机)。在线式UPS电源输出的是与市电电网完全隔离的纯净的正弦波电源,大大改善了供电的品质,保证了负载安全、有效的工作。可以向用电设备提供可靠的高质量的电流,这是在线式UPS的最大优势。

1.3 在线式UPS电源的原理图:

由图1可以看出UPS系统的基本组成主要有4部分:a)能源:市电电源;b)储能装置:蓄电池组;c)能量转换部件:主要包括整流器和逆变器,是UPS的核心部分;d)静态开关:是由晶闸管等大功率电子器以及逻辑控制电路组成。

2 各组成部分的作用及要求

2.1 逆变器

逆变器是UPS电源的关键设备,它由晶闸管主电路、输出变压器、交流滤波器以及各种控制电路组成,主要任务是将经过滤波的平稳直流电源变换为一定波形和一定频率的交流电,经过交流滤波装置,使负载得到50 Hz的正弦交流电压。

UPS的逆变器不仅仅是将直流简单地变换为交流输出,而是有一系列的要求:a)UPS的交流输出电压必须具备自动稳压性能,因此逆变器电路的输出波形,应该容易实现电压自动调节;b)UPS的输出通常为二频正弦波,对非线性失真有一定的要求,因此,逆变器输出波形的谐波成分应尽量小,这样才便于进行正弦化滤波,并可使滤波器简化;c)逆变器的交流二频输出要求能与市电或另外一台逆变器的二频输出锁相同步,以便进行同频切换或并机运行,因此,主电路输出波形的频率和相位应能方便地随时进行调;d)其他要求就是逆变器的效率要高,动态特性要好,触发控制回路要简单,元器件及材料消耗要少,无特殊规格要求,加工容易,成本低等。

逆变器的主要性能指标:a)直流输入电压:由接有蓄电池的多少而定,每只蓄电池的电压为1.75 V～2.25 V之间;b)交流输出电压:220±5%;c)输入功率:单相UPS一般在2 kVA～30 kVA,三相一般在30 kVA以上;d)频率:内振50 Hz,允许漂移不超过±0.5 Hz～1 Hz;e)谐波:<5%;f)效率:>75%～80%;g)功率因数:Cos滞后可达0.8;h)过流与限流:维持满载电流125%～150%内可调;i)环境温度:0℃～40℃应能工作。

UPS的技术性能很大程度上取决于逆变器的性能,它对UPS装置的输出波形极其谐波含量、装置效率,可靠性、对负载变化的瞬态响应能力、噪声甚至装置的体积重量均有决定影响。迄今为止,已能制造出多种形式的逆变器,其中有代表性的是:方波型、纯正谐波型、准方波型、稳压变压器型、阶梯波型、脉宽调制型、脉宽调制阶梯波型以及微处理器控制合成正弦波型。

2.2 整流器

UPS电源用的整流器由晶闸管及控制电路组成,从不可控的整流直到来往电抗器的双反星可控整流都有。主要功能是在市电正常时或市电故障由柴油发电机组提供电源时为逆变器提供波纹很小的直流电压。因为在UPS中逆变器有自动调节输出电压的能力,所以对整流器的稳压性能一般来说没有什么严格要求,把直流电压的变化作为一个扰动量加入逆变器的自动调压系统。如果直流电压的变化±10%,而逆变器的输出电压变化±(1%～2%),容量同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要,就可满足负载供电的要求。

整流器的主要性能指标:a)输入交流电压:一般均为380 V±10%,三相四线制;b)频率:一般允许为50 Hz±5%;c)容量:应能同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要;d)自动稳压精度:在直流输出镇定点上,交流输入电压波动±10%,负载电流在20%～100%的范围内,可以任意给定;e)自动稳流范围:在额定输出电流的10%～120%的范围内,可以任意给定;f)自动稳压范围:在额定输出电压的±20%范围内,可以任意给定;g)波纹电压:不大于额定输出电压的1%;h)效率:≥80%;i)功率因数:Cos≥0.7;j)限流:多数为额定负载电流的120%～150%。

一般常用整流器电路有不可控整流电路,可控整流电路、三相桥式半控整流电路3种。

2.3 静态开关

静态开关主要由晶闸管等大功率电子器件以及逻辑控制电路组成。可分为2类:1类是转换型,即两路交流电源通过转换开关相互切换的不间断供电方式。另1类是并机型,即由多台逆变器或逆变器和市电电源组成的并机型供电方式。静态开关是UPS的关键,它决定了UPS的“停电连接能力”,静态开关的切换时间主要取决于电压或电流的检测时间,采用瞬时值检测可提高静态开关的切换速度,使UPS的切换时间下降100μs,在开机运行系统中,无切换时间(t=0)。正常情况下,负载由和市电锁相同步的逆变器静态开关转向逆变器一边,再由逆变器供电,同时给电池充电,市电正常时,电池通过逆变器给负载供电。目前,国内外大量采用的是具有转换开关的转换型方式。

2.4 UPS用蓄电池的种类

UPS电源要求所选用的蓄电池必须在全载下供电时间一般在30 min,对电池来说是处于高倍率电流放电,在半载时一般不超过50 min。常用的蓄电池有3种,它们都属于铅酸蓄电池。

a)经济型HS型电池和适合于低温工作的AH型电池;b)适用于长放电时间要求的es型电池;c)小型密封式M型电池。其中M型电池因其体积小,而且密封无需维护,被广泛用于小型UPS电源中。

3 交流不停电电源UPS的种类

3.1 按输出功率分

微型UPS(≤1 kVA)、小型UPS(1 kVA～5 kVA)、中型(5 kVA～30 kVA)和大型UPS(30 k VA～100 kVA)。

3.2 按输出输入方式分

单相输入/单相输出、三相输入/单相输出和三相输入/三相输出。

3.3 按输出波形和逆变器的功率器件分为

正弦波、方波。

3.4 按后备时间分为

标准机和长效机。

3.5 按UPS电源内部线路分

a)在线式(On-Line)UPS;b)离线式也叫后备式(Off-Line)UPS;c)带转换开关的UPS电源;d)采用并机型静态开关的UPS;e)具有多重并联功能的UPS＿冗余系统;f)三端口UPS。

摘要：叙述了UPS不间断电源的基本原理、组成部分和种类,以及各部分的作用和要求。

高压直流UPS电源的研究 第9篇

随着现在越来越多的信息数据化,通信服务器基站的数量也在不断增加,而通信基站中电源的可靠性和效率是关注的重点。一方面,电源的可靠性直接决定机站的稳定性,即使是瞬间的供电中断都会使通信基站全部中断或者瘫痪;另一方面,通信电源的转换效率影响着电能的损耗,2009年,我国服务器拥有量约为366万台,全国数据中心总耗电量约为364亿k Wh,约占当年全国用电量的1%[1],至2015我国数据中心总量已超过40万个,年耗电量超过全社会用电量的1.5%[2],电能消耗量很大,电源效率的提升所能节省的电能相当可观。

国内传统的通信基站供电电源有工频UPS电源、高频UPS电源和-48 V直流电源3种[3]。工频UPS电源出现最早,其缺陷也较多,包括结构复杂、输入功率因数低、电流谐波含量大、效率低、噪声污染大、蓄电池匹配能力差、电网适应能力差、体积和重量大等,现已慢慢被淘汰。高频UPS电源克服了工频UPS电源输入功率因数低、电流谐波含量大和噪声污染大的缺点,并在效率、体积和重量上有了一定改善[4]。但其结构仍需经过AC-DC、DC-AC和AC-DC三级变换才能给服务器供电,结构复杂。且蓄电池仍挂接于第一级整流电路输出直流母线上,蓄电池与服务器之间仍有两级电路,可靠性较低。针对交流UPS电源存在的问题,研究人员提出了直流电源供电方案并研制了-48 V直流通信电源。其采用了两级电路结构,前级电路实现功率因数校正和整流功能,后级电路实现隔离和DC-DC变换功能,结构简单,体积小重量轻,电源最高效率可达92%[5]。且其蓄电池直接挂接于电源输出与通信服务器之间,在发生断电时能瞬时给服务器供电,可靠性高。但因其输出电压为48 V,导致其输出电流非常大,需要线径较大的线缆,增加了线缆成本和布置难度。为了解决以上问题,高压直流UPS电源方案受到了越来越多的关注。根据国际电联(ITU)制定的国际标准ITU L.1200和ITU L.1201,高压直流UPS电源的国际标准输出电压范围为260 V~400 V,过渡电压范围为192 V~288 V[6]。中国国内早期以240 V输出电压等级作为过渡,现已逐渐靠近国际标准。

本研究介绍一种输出直流电压为380 V,采用两级结构的高压直流UPS电源系统。在电路结构上,电源前级采用T型三电平整流电路,后级采用输入串联输出并联型全桥电路;在控制上,通过引入负载电流前馈控制,提高电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时的稳定输出。本研究针对所提出的方案制作功率为15 k W的一台样机,并给出相应实验波形。

1 主电路结构

主电路由两级电路组成。前级为实现整流和功率因数调整功能的T型三电平整流电路,后级为实现输出电压调整和隔离功能的输入串联输出并联型全桥电路。

1.1 前级三相T型三电平整流电路及工作原理

多电平PWM整流技术已逐渐成为功率因数校正技术(power factor correction,PFC)的主流,而其中的三电平整流技术较两电平整流技术性能更加优越,其优点如下:

(1)所使用开关器件少;

(2)开关管所需承受电压应力仅为直流母线电压的一半、能有效减小器件开关损耗;

(3)三电平电路开关时因为承受的电压变化小,可以减小电力电子装置产生的电磁干扰;

(4)三电平电路输入电流波形更接近正弦波,减小了输入电流的THD,可以有效减小滤波电感,从而减小装置体积,降低成本。

本研究所采用的电路为T型三电平整流电路,电路原理图如图1所示。

La,Lb,Lc—输入端起储能和滤波作用的电感;D1~D6—升压二极管;Sa1,Sa2,Sb1,Sb2,Sc1,Sc2—三路双向导通的开关通路;C1,C2—正负母线滤波电容;C3,C4—正负母线储能电解电容

其工作原理可参考T型三电平逆变电路和VIEN-NA整流电路[7,8]。

1.2 后级交错并联型DC/DC变换电路及工作原理

在DC/DC变换电路中,变换器的输出功率通常与功率开关管数量成正比[9],所以本研究选择双管隔离型变换器。其中移相全桥电路与LLC谐振转换电路相比,其多模块并联均流控制简单,所以本研究选用了移相全桥电路。整流电路输出母线电压最大值为800V,为了减小其对开关管的电压应力,并且减小输出电流纹波,本研究采用了输入串联输出并联的结构,并应用了交错并联技术,其优点如下:

(1)每个单元全桥电路功率开关器件的电压电流应力仅为原来的一半,降低了开关损耗;

(2)该电路输入侧上下母线自然均压,产生自然母线中电,降低了控制系统设计难度;

(3)该电路能有效降低输出电流纹波,减小输出滤波电感的体积和重量。

该变换器电路原理图如图2所示。其由两个移相全桥电路单元组成,两个单元工作频率都为100 k Hz,经副边全桥整流电路后电流纹波频率为200 k Hz,为了使减小输出电流纹波,两单元之间错开90°相角进行驱动控制,每个单元内部采用典型的移相控制方式[10]。其中,Vbus+和Vbus-是两个单元的输入,两者自然均压幅值相等;为了提高电源效率,Q1~Q8采用了8个COOLMOSFET开关管,D1~D8分别为Q1~Q8的体二极管,C1~C8分别是Q1~Q8的寄生电容;Lr1和Lr2是谐振电感,主要由变压器的漏感组成,帮助开关管实现软开关。记Q1~Q4所在电路为A单元,Q5~Q8所在电路为B单元。

该电路整体工作波形如图3所示。

以A单元为例,移向控制其基本工作原理如下,每个桥臂的两个开关管均为互补导通,且设有死区,其中Q1、Q3(Q5、Q7)组成超前臂能实现零电压开关,Q4、Q2(Q8、Q6)组成滞后臂能实现零电流开关。两个桥臂相应开关管的驱动信号之间相差一定的移相角δ,通过调节移相角的大小来调节输出电压幅值,移相角越小,输出电压越高,反之则越低。两单元的输出电流iLf1和iLf2相差180°相位,如图3所示,两者合并后的电流iLf的电流纹波大大小于单个单元电流纹波的两倍,减小了输出电流纹波,同时能减小输出滤波电感和滤波电容的大小。

2 负载电流前馈控制

2.1 传统电压电流双闭环控制

前级AC/DC电路和后级DC/DC电路的传统电压电流双闭环PI控制框图分别如图4所示。其有很好的稳态特性,稳态精度高。

AC/DC电路控制框图如图4(a)所示,其中电压环作为外环,电压环的控制较为简单,将输出直流母线上的正母线电压Vbus+和负母线电压Vbus-进行相加,将相加值与电压基准vsum_ref做比较,将比较值再经过PI运算器运算所得输出作为电流环的基准id_ref;电流环作为内环,电流环的控制较为复杂,首先对流经电感La、Lb、Lc的电流ia、ib、ic进行dq变换,将abc自然坐标系下的电流转换为dq旋转坐标系下的电流id和iq,电流环的控制思路是通过控制d轴电流id,实现母线电压的控制,通过控制q轴电流iq使其为0,实现网侧单位功率因数控制。

DC/DC电路控制框图如图4(b)所示,其中外环由输出电压vout反馈电路形成,内环由霍尔采样输出电感电流iL形成。在该双环控制中,由电压外环控制电流内环,即内环电流在每一开关周期内上升,直至达到电压外环设定的误差电压阈值,电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的,并且监测输出电感电流iL的动态变化,电压外环只负责控制输出电压。

2.2 引入负载电流前馈的电压电流双闭环控制

传统双闭环控制能获得非常理想的稳态特性,但是其在负载剧烈变化的情况下,因控制策略自身在结构上存在的滞后性,使得电压环输出即电流环基准无法迅速改变,使得输入输出能量不平衡,进而导致输出电压出现较大的偏差,使得系统动态性能受到影响。对此,本研究根据控制原理中引入负载电流前馈能有效提高系统动态性能的原理,在双闭环PI控制的基础上增加了负载电流前馈控制[11],控制框图如图5所示。

引入负载电流前馈后的AC/DC电路控制框图如图5(a)所示,图5(a)中虚线框所示引入了负载电流补偿变量Δid,其由输出电感电流iL乘以一定比例后得到。当负载发生变化时,补偿量Δid会加在id_ref上迅速调节基准,进而消除了负载电流iL的变化对系统直流输出的影响,使得直流母线输出电压只与电压控制器输出vsum有关。此时,vsum的稳态值恰好完全由负载电流前馈通道的输出决定,电压环路控制器的输出为零,这意味着电压环路控制器在负载突变时只起到微调的作用,保证输出电压的恒定。

引入负载电流前馈后的DC/DC电路控制框图如图5(b)所示,图5(b)中虚线框所示引入了负载电流补偿变量ΔiL。当有负载扰动时,本研究利用负载电流产生的补偿量ΔiL,对iref基准进行快速调节,从而快速使输出电压恢复到所要求值附近,再通过电压环的精细控制来使得系统快速建立平衡。加入负载电流前馈补偿后,输出电压只与电压控制器输出vout有关,输出负载电流的变化对系统直流输出的影响已被ΔiL抵消,只需电压环路在负载突变时起到精确微调作用,引入负载电流前馈减轻了电压环在负载突变时大范围调节输出电压的负担,避免了电压环路控制器由于带宽低、调节速度慢,从而对系统动态调节造成影响,大大提高了系统动态响应的速度。

3 实验及分析

为了验证所提出的高压直流UPS电源方案,本研究设计制作了一台样机进行试验验证,交流输入线电压范围为300 V~410 V,输出直流电压范围300 V~400 V,输出最大功率15 k W。系统参数如表1所示。

实验平台如图6所示。

从50%负载突变为75%负载,再降为50%负载的相关切载波形如图7~9所示。此时高压直流UPS电源在三相输入线电压为310 V交流、直流母线电压为600 V、电源直流输出电压为360 V。图中:1号波形—三相T型三电平电路输出直流母线波形vbus;2号波形—系统直流输出电压波形vout,为了观察其在负载变动时的波动,其基准线已减去360 V;3号波形—交流输入电流波形iin。由图9可得输出电压因负载突变引起的波动完全恢复仅需0.8 s,且其变化幅值仅为5V,仅为输出电压的1.39%。由图8、图9可得,因负载电流前馈的引入,当负载突变时,输入功率会迅速跟随负载变化,动态响应快,使得母线电压和直流输出电压波动范围小于1.5%,提高了电源可靠性。

引入负载电流前馈后负载突变时波形如图7所示。

从50%负载突变为75%负载时波形如图8所示。

从75%负载突变为50%负载时的波形如图9所示。

本研究所做样机效率曲线如图10所示。

在50%负载至75%负载之间系统效率较高,最高效率为96%,相对传统-48 V直流电源和高频UPS电源提高了3%~4%的效率。

4 结束语

本研究提出了一种高压直流UPS电源的设计方案,并进行了参数设计,研制了一台15 k W样机。采用了前级三相T型三电平电路和后级交错并联型移相全桥电路,电路结构简单,最高效率高达96%,在控制方面引入了负载电流前馈控制,实验证明其动态性能良好,负载突变时系统跟随非常及时。

本研究仍存在不足之处。首先在输出电流较小的轻载工作状态下系统不稳定,后续研究中考虑在轻载下使用其他控制模式;另外DC/DC电路中全桥整流电路的二极管尖峰使用了电阻吸收,后续研究中可改进为能量回馈电路吸收。

摘要：针对传统通信基站UPS供电电源存在的系统结构复杂、电源效率低、可靠性差的问题,研究采用了一种两级结构的高压直流UPS电源。在电路结构方面,电源前级采用了T型三电平整流电路,改善了输入功率因数和输入电流THD;后级采用了输入串联输出并联型全桥电路,并采用交错并联技术,减小了输出电流纹波。在控制方面,引入了负载电流前馈控制,提高了电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时输出电压纹波很小。研究结果表明,高压直流UPS电源的最高效率为96%;其负载突变时恢复时间小于200μs,电压波动小于5%,动态响应快,输出特性好。

关键词：高压直流UPS电源,高效率,高可靠性,负载电流前馈控制

参考文献

[1]郭亦兴.数据中心电源系统分析与节能探讨[D],西安:长安大学信息学院,2013.

[2]工信部联节.三部门联合印发国家绿色数据中心试点工作方案[J].石油和化工节能,2015(3):1-4.

[3]郑子欣.基于单片机实现48 V直流开关电源的监控及模块休眠功能研究[D].广东:华南理工大学电子信息学院,2013.

[4]肖斌,曲学基.高频机UPS与工频机UPS优劣势分析-访肖斌高级工程师[J].电源技术应用,2010,17(9):19-21.

[5]宋卫平.高压直流通信电源中高频开关整流模块的研究[D].南京:南京航空航天大学自动化学院,2012.

[6]刘希禹,祁澎泳.电信和数据中心高压直流供电系统的目标电压范围(260 VDC~400 VDC)[J].电源世界:标准解读,2014,17(7):59-65.

[7]权运良.三相三线制VIENNA整流器的研究与设计[D].广州:华南理工大学电力学院,2014.

[8]KOLAR J K,ZACH F C.A Novel Three-Phase Utility Interface Minimizing Line Current Harmonics of High-Power Telecommunications Rectifier Modules[J].IEEE Transactions on industrial electronics,1997,44(4):456-467.

[9]林渭勋.现代电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[10]阮新波,严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].北京:科学出版社,1999.

UPS不间断电源的原理简介 第10篇

UPS是不间断电源 (Uninterruptible Power System) 的英文名称的缩写, 它伴随着计算机的诞生而出现, 是计算机常用的外围设备之一。实际上, UPS是一种含有储能装置, 并以逆变器为主要组成部分的恒压不间断电源。UPS在其发展初期, 仅被视为一种备用电源, 后来, 由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题, 使计算机等设备的电子系统受到干扰, 造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果, 引起巨大的经济损失。因此, UPS日益受到重视, 并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。

1 UPS不间断电源技术特点

随着UPS不间断电源地发展, UPS全面突破了模拟电路时代的技术瓶颈, 已发展为控制器件和最先进软件完美结合的全智能数字化结构, 具有32位DSP高速微处理器 (MCU) 、可编程逻辑器件 (CPLD) 、第六代低损耗大功率IGBT和静态开关, 演绎了数字时代的经典传奇, 容量之大、可靠性之高、性能之稳定的数字化控制技术与高精度SMD技术为一体的电源产品。

1.1 全数字化控制技术

1.1.1 先进的数字电路系统超稳定运行

UPS突破了行业的技术瓶颈, 以先进的数字电路系统替代了传统的模拟电路, 实现了非凡的创新。在数字电路模式下, 高速微控制器和可编程逻辑器件对电路控制、参数设定和运行管理更加完美, 自检和自侦测功能更加强大。全程采样技术不仅有利于对电路板上的所有独立电路连接进行自检和故障分析, 更能经数码变换为纯正和稳定的正弦波电压, 确保系统稳定运行。

1.1.2 电池智能化管理, 耐用省心

UPS导入了先进的智能化电池管理系统, 可根据用户的电池配置自动调整电池的充电电流参数, 并会根据供电环境对电池进行均充浮充转换、温度补偿充电和放电管理。此外, 还可通过监控界面对电池运行状态进行侦测管理, 确保电池高效运行。智能化电池管理系统不仅减少了管理员的负担, 更能延长电池的使用寿命达55%以上。

1.1.3 智能侦测系统全程守护

该系统的微处理器不间断地对所有的电源状态、断路器状态、熔断器状态和所有的电路工作状态进行在线侦测。出现故障时, 侦测系统会即时报警通知管理员, 同步启动UPS全面保护功能。

1.1.4 智能通讯工具远程监控

1) RS232和RS485通讯端口真正实现多用途通讯和远程监视;

2) 标配的SNMP卡, 100%实现远程监控和网络管理;

3) 采用无源接点有效实现了对UPS的状态监控。

1.2 高精度SMD技术

改变了传统的插入式电路处理工艺, 全部采用高精度SMD技术, 既省空间, 又彻底消除传统UPS电路中的脚刺, 便于提高集成电路的安全运行, 同时提高可靠性和运行精度。

采用多层电路板设计和高精度SMD元件完全清除了由芯片自身产生的各种高频信号对其他芯片的干扰, 从而让各个芯片模块能够不受干扰的正常工作, 抗干扰性大为改善。

全面采用SMD技术, 耐高温、准确度高、滤波性能极好, 整机性能更加稳定, 更牢固耐用, 使用寿命增加了80%。

1.3 第六代IGBT逆变技术

IGBT良好的高速开关特性;具有高电压和大电流的工作特性;采用电压型驱动, 只需要很小的控制功率。第六代IGBT具有更低的饱和压降, 逆变器的工作效率更高, 温升低, 可靠性更高。

1.4 超清晰界面信息处理技术

1) 人性化的触摸式大屏幕LCD中英文显示, 流程图运行状态直观显示, 智能图标的触摸按钮, 表格式的数据资料、事件记录显示, 中英文可选菜单操作。

2) 直观的LED状态指示:工作流程式状态指示, 一目了然。

1.5 环保节能关键性技术

经科学的生命周期评价, 采用了抗老化性能优异的触摸屏面板和经氟碳工艺处理的机箱外观, 环保耐用, 历久如新;采用先进的电路设计, 易维护并高度节约资源;采用新型涡流风扇, 散热性能优异, 高度节能;采用无环流控制电路, 节电性能良好;采用绿色整流和逆变技术, 为用户提供清洁的能源;采用先进的数字电路及高精度SMD技术, 整机寿命同比延长了80%。

1.6 其他性能优点

1.6.1 优越的负载特性

完全满足从0到100%负载的跃变, 而无需切换到旁路, 并保证输出稳定可靠。

1.6.2 完善的保护功能

具有优异的输入输出过欠压保护、输入浪涌保护、相序保护、电池过充过放保护、输出过载短路保护、温度过高保护等多种系统保护和报警功能。

1.6.3 高性能的动态特性

采用瞬时控制方式和有效值等多种反馈控制, 实现了高动态调节, 减小输出电压失真度。

1.6.4 三相分调, 平衡稳压

三相独立控制, 实现了以瞬时过载平衡度的控制, 可实现输出100%的负载不平衡。

1.6.5 可选的电池巡检模块

可对单个的参数进行测量, 并在显示板上显示出来。如有电池故障立即报警, 通知管理员。

1.6.6 个性化的设置

可根据用户设备用电要求对UPS进行工作状态设置, 用户可选UPS工作模式、ECO节能工作模式。每年可节省电费10%以上。

2 UPS不间断电源工作原理

UPS是一个多重保护的交流供电设备。当主电正常时, 主电输入经整流开关控制, 首先经谐波滤波器, 再经主电整流变换成纯净的直流电, 滤除主电中的干扰, 然后通过逆变器将直流电变换成纯净的正弦交流电输出, 同时给蓄电池充电;当UPS连接上电池组时对电池组的电压和电池进行测量, 整流器进入电流和电压双环控制, 当电池电压低时为恒流模式充电, 当电池电压达到浮充电电压时, 自动转为恒压充电模式。当主电异常时, 则将蓄电池储存的直流电逆变成交流输出, 保证用户负载长期处于不断电高质量电源下可靠运行;当逆变器关闭或故障时则自动转为旁路供电。手动维修旁路保证在不断电的情况下对UPS进行维护或检修。

2.1 微处理器控制中心

微处理器 (MCU) 将输入、输出、电池、环境等数据经高速运算, 然后控制整流器、逆变器、静态开关的运行和保护并响应外部的操作指令。

2.2 整流和充电单元

主电输入检测电路将主电输入电压频率和相位信息送到MCU进行运算, 主电的电压、频率、相位在正常范围内时, MCU送出整流控制信号, 整流电压从0VDC缓慢的上升到额定电压, 减小对输入的浪涌电流冲击。由于电池组和直流总线并联运行, 整流器同时对电池进行充电, 当电池电压低于浮充电压时, 整流器工作在恒流模式, 此时MCU将电池的充电电流反馈和用户设置的电池容量信息进行计算控制;当电池充至浮充电压时, 转为恒压充电模式。同时MCU还根据电池的温度信息对电池进行温度补偿充电, 还根据电池的使用情况对电池进行定时维护管理 (当电池长时间没有充放电时, MCU自动转为均充模式来激活电池的活性) , 以延长电池的使用寿命和减少用户的管理负担。

2.3 IGBT逆变单元

在直流总线正常时, MCU发出逆变控制信号, 逆变电路通过SPWM驱动信号驱动IGBT逆变桥, 经变压器隔离变压、滤波后, 输出纯净的正弦交流电。逆变器通过调整驱动信号的脉冲宽度使输出电压从0VAC缓慢的上升到额定电压, 通过输出反馈控制使输出稳定;同时检测输出电压、电流对逆变器进行保护。

2.4 自动和手动旁路单元

旁路电路即是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时, MCU高速控制静态开关自动切换到旁路供电 (<1mS) , 而不会间断负载的供电。手动维修旁路为在线维修设备时使用, 可在设备不断电的情况下对UPS进行检修。

2.5 显示通讯单元

显示单元是将整机的运行状态和数据通过LED和LCD显示出来, 同时还通过RS232、RS485、干接点信号、SNMP卡等, 配合后台软件实现远程监控。

3 结束语

UPS电源设计 第11篇

摘 要：因为社会的信息化发展，UPS开始的应用也越来越多，邮政、电信、移动、金融证券、医院、电力、军队、石化、工矿企业及各大院校等多个领域，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。当市电停电时，对负载继续供电.可保证计算机系统不丢失信息和数据，保证设备在停电时还能正常无误的运行。本文针对单台和两台并列运行的UPS电源进行分别介绍。

关键词：信息化：负载供电：不间断

UPS即不间断电源，是通过主机的逆变器等模块电路与蓄电池将直流电转换成交流稳定220v市电的设备。对于大部分用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电一切运行正常时候，ups可以将市电稳压，变成高质量的电能，为负载供电，一旦市电出现故障或中断时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变用零切换得转换速度来使负载继续供应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 设备通常对高电压或低电压都能提供保护。

1 单台UPS电源的正常运行方式与故障方式

正常运行状态下将市电交流的220v电源通过整流/充电器模块（A）将电源（1）（Mains 1）变为直流电用，又通过逆变器将直流电转变为高质量稳定的交流电，并且在直流电时候给予电池进行浮充电或强充电。

电池单元（D）在电源1，即是市电220v停电情况的下可以变成为逆变器提供后备电源；

逆变器模块（B）将整流/充电器或电池单元提供的直流电变换为三相交流电来为负载供电；

静态旁路模块（C）保证在逆变器停机（主机停止）或突然过负荷的同时将负载切换到电源2（Mains 2）。

维修旁路是将整个ups电源的主机进行全部隔离，完全用市电来进行为负载供电，不需要逆变和电池的参与。维修旁路的组成是三个手动开关（Q3BP、Q4S和Q5N）。

旁路运行

如果逆变器输出故障，通过静态开关自动将旁路电源接通。

当逆变器输出恢复后，其输出先与旁路同期，然后自动将全部负荷转换至逆变器。

整流器交流电源失电和恢复

一旦电源失电，整流器将自身与直流母线隔离。当电源恢复后，整流重新起动，自动向蓄电池均衡充电，同时向逆变器负荷供电。

图1 单台UPS的运行方式

UPS电源逆变控制技术的研究 第12篇

随着不间断电源(UPS)越来越广泛的应用,如何为用户提供高性能的不间断电源成为当今的研究热点。逆变器是UPS的核心,它必须具备输出高质量电压波形的能力。逆变波形控制策略是逆变器提高波形质量和带负载能力的重要手段,自上世纪80年代以来,逆变波形控制技术就一直是逆变电源技术领域的研究热点。现在已经产生了基于各种先进控制策略的、种类繁多的逆变波形控制策略与控制方案[3]。本文提出了一种基于重复控制和传统PI控制相结合的复合控制方案。

2 重复控制

2.1 基本原理

重复控制是20世纪80年代提出的一种控制系统设计理论,其目的是设计一个控制器,使系统在跟踪任意周期性参考信号时的稳态误差为零。它可根据周期性参考信号的特点和内部模型控制原理,将周期信号发生器植入闭环系统之内,以实现对周期参考信号的稳态跟踪[5]。

重复控制器分为内模和补偿器两部分。控制系统的结构框图如图1。

其中r为给定的参考正弦信号,e为误差信号,d为扰动信号,y为逆变器输出电压,Q(z)为滤波器,C(z)为重复控制环路的补偿器,P(z)为控制对象。

2.2 重复控制器的参数设计

z-N为周期延迟环节;N为每基波周期对输出电压的采样次数;N=fc/f;f为参考输入基波频率;fc为载波频率,2000/50=40。

Q(z)取经验值0.9 5,C(z)=Kr zk S(z),其中Kr为重复控制增益且Kr∈(0,1),用来调节重复控制器输出幅值,

3 复合控制

重复控制使逆变电源的输出波形得到改善,提高了系统的静态性能,但其自身原因使系统的动态特性较差,故不能单独使用重复控制。若将重复控制与PI控制结合起来,瞬态情况下,比例环节起作用,保证系统的快速响应;稳态情况下,重复控制实现无静差。则在改善波形质量的同时,又保证了系统具有较好的动态响应能力。系统的结构框图如图2所示。

4 仿真研究

仿真工具使用的是MATLAB7.0,根据上述的控制策略建立的仿真模型如图3所示。仿真参数的选择:直流母线电压400V,载波频率2kHz,滤波电感3.8mH,滤波电容10µF[3,10]。

仿真波形如图4所示,可见该控制方案实现了理想的输出性能,具有响应速度快,稳态静差小的特点。而只使用PI控制的仿真结果如图5,通过比较,图4的效果要优于图5。使用powergui进行FFT分析如图6,得到THD=0.99,而不使用重复控制的THD=1.75,可见复合控制方案也降低了系统的总谐波畸变度。

5 结束语

针对数字式逆变电源,提出一种重复控制和PI控制相结合的复合控制方案,通过仿真分析与传统PI控制相比较,得到的逆变波形更加平滑,也降低了总谐波畸变度,证明该复合控制具有良好的控制性能。

参考文献

[1]S J CHIANG,KUO-LUNG CHAI,YING-YU TZOU.UPS inverter with integrated design of power circuits andcontrollers[C].IEEE ISIE 2005.ubrornik,Croatia,June20-23,2005:645-650.

[2]KAI ZHANG,YONG KANG,JIAN CHEN.DirectRepetitive Control of SPWM Inverter for UPS Purpose[J].IEEE Trans.On Power Electronics,2003,18(3):784-792.

[3]易龙强.数字化UPS/EPS系统控制关键技术及其应用研究[D].湖南大学博士学位论文,2007,3.

[4]罗泠.数字化在线式UPS的研究和开发[D].华中科技大学博士学位论文,2006,2.

[5]王娟娟,周永鹏.UPS电源逆变环节数字化控制技术的改进[J].电力电子技术,2007,41(12):118-120.

[6]李昕,李良光.不间断电源与有源滤波相结合的电源系统研究[J].电气应用,2007,26(6):59-61.

[7]周雨田.基于DSP的逆变器重复控制器的设计[J].电源技术应用,2008,11(5):28-30.

[8]付光杰,邹洁.在线式UPS数字化复合控制技术的研究[J].电力电子技术,2008,42(8):76-78.

[9]李德华,余鋆,张志远,余敬东.一种新型控制策略在单相逆变器中的应用[J].电力电子技术,2007,41(8):75-79.