不间断电源设计_毕业设计(编辑修改稿)

不间断电源设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

1 23 U 2 13 U 1 7驱动器3 U 1 2过载保护6VVi3 R23 R23 R23 R23 D 2V23 D 312V6V3 C1 23 R1 212V6V12V81071115P W M161412131891 / 23 U 43 U 412V12V12V6V12V12V3 U 4IN HIN HIN HIN H12V5 2 20V E X B 8 4 16315 2 20V E X B 8 4 16315 2 20V631E X B 8 4 15 2 20V E X B 8 4 16316V6V+++++++ 12 (1)正弦脉宽驱动信号的产生 三角波发生器是由集成运放 33U 及电容器 153C 构成。 压控振荡器输出信号经过2分频后，通过 273C 、 303R 加在 33U 反相端 (6 脚 )，在 33U 输出端输出三角波。 由于集成运放 33U 采用单电源，故 6v 直 流偏 置 电压通过 403R 加在 33U 的同相端，于是输出的三角波在 6v 基础上进行变化，其波形如图 32(a)所示。 输出 的三角波一路加在比较器 83U 反相端 (8 端 )；另一路通过由 273R 、 383R 及运放 33U 构成的倒相器后输出反三角波。 由于 33U 采用单电源， 6v 偏置电压也通过 393R ，加在运放 33U 同相 端 (3 脚 )，故反三角波也是在 6v 基础上进行变化，其波形如图 32(a)中虚线所示。 反三角波信号加在比较器 83U 的反相端 (10 脚 )。 图 32 波形图 由交流误差放大器 43U 输出端 (8 脚 )输出的正弦波电压加在比较器 83U 同相端(9 脚、 11 脚 )。 若正弦波电压大十二角波电压，比较器输出端 (14 脚 )为高电位；若正弦波电压小于三角波，比较器输出端 (14 脚 )为低电位。 其输出波形如 图 32 (b)所示。 若正弦波电压大于反三角波电压，比较器输出端为高电位；若 正弦波电压小于反三角波电压，比较器输出端为低电位。 其输出波形如 图 32 (c)所示。 (2)由两组驱动信号变成四组驱动信 号 由于单相逆变桥由四个桥臂组成，放需要四组驱动情号 1T 的驱动脉冲与 2T 的驱动脉冲相位相反。 3T 的驱动脉冲与 4T 的驱动脉冲相位相反。 为了将两组驱动脉冲变为四组驱动脉冲，特采用两组同相器及两组反相器，同相器与反相器均由异或门 123U 组成，异或门有一个输入端接低电位，则构成同相1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 9 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ B A D 3 25 ~ 1 .D D BD r a w n B y:VV G 1V G 2V G 3V G 4V G 139。 V G 239。 t( g )t( f )t( e )t( d )t( c )t( a )t( b ) 13 器；异或门有一个输入端接高电位，则构成反相器。 其电路如 图 32 所示。 比较器输出端 (14 脚 )输出信号通过同相器时，其输出脉冲相位不变，波形如 图32 (b)所示；输出信号经过反相器时，其输出脉冲相位相反，波形如图 32 (d)所示；比较器输出端 (13 脚 )输出信号经过同相器时， 其输出脉冲相位不变，波形如 图 32 (c)所示；输出信号经过反相器时，其输出脉冲相位相反，波形如 图 32 (e)所示。 驱动电路 驱动电路的功能是为 IGBT 提供正、负栅压，保护 IGBT 模块，隔离主电路与控制电路的电联系。 它由达林顿驱动器和 Ex 跳 41 混合驱动器组成，其电路如图31所示。 (1)达林顿驱动器 在 图 31 中， 213U 采用的是 ULN20xxAN 集成芯片，它是达林顿驱动器，其外形及内部结构示意图如图 33 所示。 图 图 3－ 3 达林顿驱动器 由于 EXB841 混 合驱动器的输入端需要的输入功率比较大，而与门 173U 输出脉冲的功率比较小，不足以驱动EXB841 混合驱动器正常工作，故需要设置达林顿驱动器以 放大驱动脉冲的功率。 (2) EXB841混合驱动器 EXB841 混合驱动器 内部结构示意图如图 31 所示，它内部包含光电锅合器、驱动器、过载保护电路。 光电 耦合 器的作用是隔离主电路与控制电路之间电的联系。 驱动器的作用是放大驱动脉冲功率。 驱动 信号 为 mv 时， EXB841 输出端 3 脚为高电位，驱动电流沿 3 脚 174。 IGBT 模块输入电容 174。 isC 174。 1 脚流动，向电容器 isC充电， cv 逐渐上升；当 cv 上升到 IGBT 的开启电压时， IGBT 模块导通， IGBT 随 cv 幅度上升而逐渐进入深度饱和。 驱动 信号 为“ 0”时， EXB841 输出端 3 脚与 1脚之间出现 － 5v 电压，输入电容 isC 通过 3 脚、 1 脚放电；当 cv 下降到 IGBT 的截止电压时， IGBT 模块截止。 IGBT 模块截止后，发射极与栅极之间承受反向电压，维持 IGBT模块截止。 瞬时保护电路的作用是保护 IGBT 模块。 14 IGBT模块的过载能力低，瞬时过载便可使之损坏，故需要设置瞬时保护电路。 它由过流检测电路、低速切断电路组成，其功能是将过载电流限制在安全工作区域。 该电路采用延迟搜索方法进行保护。 所谓“延迟搜索”，就是实时检测 UBT 模块两端电压：若超出设定电压值，先将栅极电压从 15v 降至某 一设定值 (如 10V)，延时 10ms 左右再进行检测；如故障消失，自动将栅极电压恢复到 15V；如放降未消失，自动将栅压降至 0V 以下，关断 IGBT 模块。 调整电路 闭环负反馈调整电路的功能是 稳定 UPS 输出电压、改善 UPS 输出波形。 它是由调整电路、 SPWM 电路、驱动电路及主电路组成。 调整电路包括波形调整电路、电压调整电路。 (1)波形调整电路 波形调整电路由检测电路、给定电压、误差放大器组成。 检测电路在这里指的是交流电压检测电路，它由降压变压器 13B 、电阻分压器263R 、 253R 组成。 设变压器的变比为 n，则变压器次级电压为： 2V ＝ 0Vn 电阻分压器输出电压为： 25 22 5 2 6333f RVVRR=?+ 令 ( )2525 26333RF R R n= + 则 0fV FV= 上式表示：检测电压 fV 与 UPS 电源输出电压成正比。 该电压通过 353R 及校正网络 ( 313C 、 173R 、 333R )加到误差放大器 43U 的反相端。 给定电压是由 Sigma PWM1300L 集成芯片提供。 给定 信号通过 14 脚加在 8分频器输入端，经过 8分频后变成 100Hz 对称脉冲加在外接 2 分频器输入端，经过 2分频后变成 50Hz 对称脉冲，由 12 脚、 13脚接回集成芯片。 800Hz、 100Hz、 50Hz 脉冲同时加在阶梯波 发生器输入端，在其输出端获得 16 阶梯波。 由 12 脚输入的 50Hz 脉冲经过变换器变成同频率窄脉冲，加在 15 电子开关的控制端。 电子开关输入端接固定 6v 直流电压。 每当阶梯波过零时，电子开关闭合， 6v直流电压便加在阶梯波上，使阶梯波向上提高 6v。 阶梯波通过滤波器变成光滑正弦波输出。 正弦波电压通过 163R 、 123C ，加在误差放大器 43U 反相端。 设给定电压为 mv。 误差放大器的功能是放大给定电压与测量电压之差，以提高闭环调整系统精度。 误差放大器是由 43U 中 8脚、 9脚及 10 脚，电阻 173R 、 183R ， 电容器 183C 、 193C构成的比例积分放大器。 静态时，比例积分支路 183R 、 193C 不起作用。 由于” mv与 fv 相位相反，故误差放大器输出电压 cv 为： cv ＝ 3k （ mv － fv ） 式中 ， K3为误差放大器的放大倍数。 在图 31 中， 53C 、 53R 是校正环节， 12v 电源、 63R 及 33VR 构成直流偏置电压，它们的作用是抑制失调电压。 闭环波形调节系统的方框图如图 34 所示。 因中 3K 是误差放大器的增益， 4K是正 弦脉宽调制器的传递函数， 5K 是逆变器的传递函数， F 是检测电路的反馈系数。 根据图 34可以看出： 图 3－ 4 闭环波形调节系统的方框图 0V ＝ 345KKK (mv － fv ) 令 K＝ 3K 4K 5K K 为环路总增益。 则 0V ＝ 1 mKvFK+ 由于 fV ＝ F 0v ,只要反馈系数 F 是常数，则检测电压 fV 与 UPS 的输出电压波形一样， 即 检测电压波形＝输出电压波形 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 8 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 99 S E \ E X A M P L E S \ 3 1 .D D BD r a w n B y:VmVfK3 Vc K4 K5 VoF 16 由于负反馈足够大，故 mv 187。 fv 则 检测电压波形 187。 输出电压波形 因此， UPS 输出电压波形与给定电压波形相同。 由于给定电压是标准正弦波，故 UPS 输出电压也是标准正弦波。 (2)电压调整电路 电压调整电路由检测电路、给定电压、误差放大器及跟踪器组成。 其中 检测电路这里指的是直流电压检测电路，它由降压变压器 13B 、整流电路、电阻分压器223R 、 213R 、 363R 组成。 给定电压是由 12V 电源、电位器 23VR 、电阻 43R 构成的分压器提供的。 17 转换开关的功能 是实现市电供电与逆变器供电之间的转换。 它由主电路、触发电路及控制电路组成，其电路如图 4 42 所示。 转换开关的主电路 转换开关分为手动开关和自动开关两种。 正常情况下，负载通过自动转换开关由一种电源供电切换为另 — 种 电源供电。 当自动转换开关损坏或在紧急情况下，便采用手动转换开关。 自动转换开关由两个交流电子开关 1KS 、 2KS 组成，每一个交流电子开关均由两只晶间管 (1T 和 2T 、 3T 和 4T )反向并联而成，其电路如图 4－ 1所示。 在正常情况下，交流电子开关 1KS 工作、电子开关 2KS 不 工作 ，逆变器输出电压通过 1KS 加在负载上。 其工作过程如下。 设逆变器电压为： 1v ＝ 1mV sin 1wt 图 41 转换开关 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 4 J u n 2 0 07 S he e t o f F i l e : D : \ P r o g r a m F i l e s \ D e s i g n E x pl or e r 9 9 S E \新建文件夹 \ P R 5 F 3 D ~ 1 .D D BD r a w n B y:T3T4T1T2K3N F B 2 K2整流电路 逆变电路Vo V1 VoG2K2G1K1K S 1G3K3G4K4K S 2 18 图 42 转换开关的主电路 1v 为止半周时， 2T 两端加的是正向电压， 1T 两端加的是反向电压， 1T 、 2T 的控制极虽然均加上正向电压，但是只有 2T 导通。 故 2TV ＝ ， 1TV ＝ ， 01vv187。 1。