200瓦 UPS的设计

200瓦 UPS的设计

汪康俊，徐继来

衢州学校 电气与信息工程学院，浙江 衢州 324000

摘要：本设计是基于开关电源的200瓦小功率UPS，采用开关电源的直流供电方式，通过这种方式可以免除谐波干扰，提高功率因数，增加数据处理和传输的安全性与可靠性。再通过开关电源逆变器实现对用户设备交流供电，设备中增设的各种保护机制，确保UPS能安全可靠的对设备供电。

关键词：UPS；功率因数校正；半桥电路；推挽逆变电路

Design of 200 watt UPS

WANG Kangjun

（College of Electrical and Information Engineering,Quzhou University,Quzhou Zhejiang,324000）

Abstract: This design is based on 200 watts of small power switching power supply UPS, using the dc power supply mode of switching power supply, through this way can avoid harmonic interference, improve the power factor, increase the safety and reliability of data processing and transmission. Then, the switching power inverter is used to realize the ac power supply of the user's equipment. Various protection mechanisms have been added to the equipment to ensure that UPS can supply power to the equipment safely and reliably.

Keywords: UPS; Power factor correction; half bridge circult; Push-pull inverter circuit

1.系统工作原理

本设计是基于开关电源的200瓦的小功率UPS，由开关电路拓扑构成UPS的所有电路，UPS的电路由前级供电电路，后级逆变电路，功率因数校正电路三大部分构成。，当市电正常时，市电AC175V~AC235V对前级电路供电，带功率因数校正的前级电路输出DC56V给蓄电池组充电同时给后级逆变供电，当市电断开后，由蓄电池组给后级逆变供电，后级逆变输出电压AC220V功率200W实现对用电设备供电的可靠性，。前级供电电路具有抑制浪涌电流，恒流恒压，过流保护等功能以此进一步提高UPS的安全与稳定性。UPS系统结构图如图1所示

项目支持：衢州学院国家级大学生创新创业训练计划项目（201911488027），2019年衢州学院大学生创新创业训练计划项目（Q19X013）。

图1 UPS系统结构图

2. 系统电路构成

本设计的系统电路主要由有源功率因数校正电路，UPS供电电路，推挽逆变电路三大部分组成，分别负责提高功率因数，使其接近单位功率因数。为后级电路供电。将输入端电压转化为需要的正弦波。

2.1有源功率因数校正电路

为了增大设备的利用效率，减少设备对电力系统运行环境的影响本设计采用了有源功率因数校正电路对输入电压进行全波整流，整流电路和滤波电容之间加入DC/DC变换，通过适当的脉宽调制，使输入电流波形自动跟随输入电压波形，即将输入电流校正为与输入电压相位相同的正弦波。使输入阻抗呈纯阻性，以此来实现稳定电压输出和单位功率因数输入。

有源功率因数校正通过乘法器将输入电压与控制电压进行乘法运算作为输入电流的跟随控制信号，输入电流自动跟随正弦控制电流，通过PWM驱动器控制功率开关的通断。从而实现功率因数校正。本设计将采用临界导通模式的峰值电流控制方式，使用MC34261作为主控芯片，电路原理图如图2所示。

图2 有源功率因数校正电路原理图

2.2UPS供电电路

UPS系统供电电路采用半桥变换器主电路，半桥变换器适用于中小功率场合，其控制方式多，变压器双向励磁，满足电压等级和功率要求。半桥变换器有两个开关管控制比较方便。半桥变换器能将变压器的初级测的漏感电压尖峰钳位于直流母压电压，并将漏感存储的能量回馈到输入母线。半桥电路采用全波整流，通过控制原边开关管的关断使能量由原边向副边传递，副边两个二极管完成换流。

为了保障电路稳定的运行还需要对电路带载时的电流进行实时监控，电路工作时通过电流互感器CT将电流信号传送到二次侧，再通过整流滤波输出电压信号，将这个信号送给保护电路，由保护电路决定是否采取动作保护。由电流监控电路传输的信号，通过误差放大器与基准比较，然后送入单稳态电路，经过信号处理，送入到SG3525具有迅速关断能力的引脚。，电路原理图如图3所示。

半桥电路的输出电压输入到逆变电路以及对蓄电池进行供电，本UPS额定功率为200W，UPS逆变器的输入电压为45V~60V。按照额定负载下需要2小时来配置UPS的蓄电池，取5个蓄电池串联，可以选取10个12V-5AH的蓄电池。

SG3525

图3 供电电路原理图

2.3推挽逆变电路

根据此次的设计要求，选择全控型推挽逆变电路。采用桥式整流，由半桥供电点库与蓄电池旁路电路供电，通过推挽电路将输入端的电压抬高并转换成馒头波，然后通过全桥逆变器得到所需要的正弦波。推挽电路中的两个开关交替导通，在绕组的两端分别形成相位相反的交流电压。电路图如下图4所示。

图 5 推挽逆变电路电路图

推挽逆变的控制电路由正弦波产生电路（采用文氏桥震荡电路由放大电路和选频网络组成）和精密整流电路（利用运放的放大作用和深度负反馈克服二极管造成的误差，采用四个二极管型精密整流电路）以及加法器电路（对所得馒头波进行处理，使结果能与锯齿波进行PWM脉宽调制）和反馈电路还有低频逆变电路（将推挽变换器输出的馒头波转换成正弦波电压）组成。

3.UPS系统抗干扰设计

电子干扰对UPS的影响是十分严重的，必须要采取有效有效措施来保证电源系统稳定工作，，同时也要防止UPS电源污染电磁环境干扰其他设备，为了抑制自身器件造成的干扰，可以采用专门的电力电子器件来抑制电路中的各种干扰，采用去耦电路和滤波电容来抑制电路中的串模干扰，同时采用接地抗干扰和布线上的抗干扰确保稳定性。

结语

4,结语

本设计电路设计分为四大部分：提高功率因数的有源功率校正（APFC） 电路半桥变换器构成的供电电路，由推挽、全桥电路构成的逆变电路。针对UPS 系统干扰分析，提升了系统整体的稳定性，将会更好的满足用户的，需求保障用户的安全。

参考文献

[1] 张光明.UPS技术发展趋势与应用问题[J].UPS应用，2000

[2] 陈静，何湘宁.智能UPS技术及其发展趋势[J].中国电力，2007

[3] 孙树朴等.电力电子技术[M].徐州:中国矿业大学出版社，1999

[4] 马新群，马传添.发展中的中小功率UPS技术[J].电子技术，2009