UPS不間電源說明

1、目 錄一、 產(chǎn)品規(guī)格二、 整機方框圖三、 整機架構(gòu)說明四、 線路說明充電器工作原理:CHGR MODULE工作電源產(chǎn)生:PRSY MODULE功率因數(shù)修正:PFCC MODULE風(fēng)扇驅(qū)動/偵測:FNDR MODULE直流斬波電路:DCDC MODULE逆變輸出工作:GTDR MODULE控制板主要線路:五、故障燈號及其意義六、維修注意事項一、 1053NNN 產(chǎn)品規(guī)格容量最大負(fù)載容量1000VA/700W輸入?yún)?shù)市電模式開機范圍122Vac300Vac輸入市電電壓范圍118Vac300Vac（隨負(fù)載量變化）輸入市電頻率范圍40Hz60Hz（可通過軟件調(diào)節(jié)）輸出參數(shù)輸出電壓2202%Vac正弦波

2、輸出頻率范圍1、與市電同步 （市電模式輸入頻率46Hz54Hz）2、500.2Hz （市電模式輸入頻率40Hz46Hz或 54Hz60Hz， 電池模式）過載能力市電模式減載運行 -30% 140Vac160Vac -50% 120Vac140Vac市電模式 （160VacVin150% 200毫秒后轉(zhuǎn)旁路且過載Fault市電模式 （120VacVin減載運行負(fù)載量后立即轉(zhuǎn)電池模式電池模式1、 112%150% 30秒后過載Fault2、150% 200毫秒過載Fault充電能力及電池參數(shù)電池數(shù)量x電壓x容量 3x 12V x 7.0AH (標(biāo)機)電池備用時間（新電池）6分鐘（標(biāo)機、滿載）電池充

3、電時間5小時（標(biāo)機充至90%容量）最大充電能力1.0A（標(biāo)機）、 8.0A（長效機）轉(zhuǎn)換時間市電模式 電池模式0mS旁路 逆變0，負(fù)載呈感性；反之負(fù)載呈容性。 二是電流波形中的諧波含量，諧波含量越大，功率因數(shù)越低。對于整流性負(fù)載（如許多無功率因數(shù)校正的開關(guān)電源），電壓與電流之間的相位差并不大，而是電流諧波大。另外，電流諧波會對電網(wǎng)造成污染。 Vs Is Id VO IdVS Is Fig.8 整流性負(fù)載原理圖 Fig.9 整流性負(fù)載電壓電流波形 可以看出，市電經(jīng)全波整流后，電壓、電流波形如Fig.8所示。二極管只有在輸入電壓高于輸出電壓時才會導(dǎo)通。在此導(dǎo)通時間內(nèi)，輸入電流必須供應(yīng)半周所需的能量

4、，因此其波形呈現(xiàn)高尖特性，這樣的電流波形不僅含有大量的低次諧波，而且功率因數(shù)也只達0.50.7左右。 2)、功率因數(shù)修正所謂功率因數(shù)校正，就是改善電流波形，使其形狀盡量與電壓波形一致，這樣負(fù)載呈現(xiàn)出電阻性負(fù)載的特性，功率因數(shù)將接近于1。故在整流后加入一級DC/DC的功率因數(shù)校正器（PFC），借由主動開關(guān)的動作將輸入電流修正為與電壓波形相似的正弦波，以達到提高功率因數(shù)目的。對于改善功率因數(shù)，采用升壓式電路有不少優(yōu)勢。下面先介紹其工作原理。 A、升壓式電路的工作原理 Fig.10 升壓式電路原理圖如Fig.10所示，當(dāng)Q1導(dǎo)通時，二極管D1截止，電感L1處于充電狀態(tài)，在輸入電壓Vin的作用下L1的

5、電流線性上升，輸入的電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存在電感線圈中，負(fù)載靠濾波電容C1提供能量。當(dāng)Q1截止時，由于電感電流不能突變，因此L1產(chǎn)生極性為右正左負(fù)的感應(yīng)電勢，該感應(yīng)電勢試圖阻止電感電流的衰減。此時D1導(dǎo)通，電感L1把上一時間段儲存的磁能通過D1一方面?zhèn)鬟f到C1，給C1充電，另一方面提供給負(fù)載。所以，只要通過調(diào)整開關(guān)S的導(dǎo)通與截止時間，就能控制負(fù)載兩端的電壓。并且由于電感電流不能突變，可以比較容易地控制電感電流（輸入電流）的波形。 B、功率因數(shù)校正的實現(xiàn)1053NNN功率因數(shù)校正的實現(xiàn)是UC3843的控制下(PFCC MODULE)的升壓式電路來完成的。功率因數(shù)校正專用芯片如UC3854，為使電流波

6、形跟隨電壓波形，須采樣BUS電壓信號、輸入電流標(biāo)準(zhǔn)波形信號、輸入電壓有效值和輸入實際電流信號，然后做相應(yīng)的運算，才能通過對其輸出脈沖脈寬的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)穩(wěn)定BUS電壓和改善電流波形的目的。在UC3843采用了斜路補償電路,只須采樣BUS電壓信號和電流信號，對功率因數(shù)的改善能取得良好的效果.UC3843不是專門的功率因數(shù)校正器，但是可以用其實現(xiàn)峰值電流模式的控制。峰值電流控制與平均電流控制最大的區(qū)別在于：用電流比較器取代電流誤差放大器，因此占空比的變化范圍很寬，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性需要加上斜率補償環(huán)節(jié)。而3843就是借用斜率補償?shù)母拍?，實現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。斜率補償?shù)母拍睿╯lope compen

7、sation）需要進行斜率補償?shù)娜齻€條件：D50%、電感電流連續(xù)、峰值電流控制。未加斜率補償加入斜率補償從圖中可以看出：未加斜率補償，當(dāng)電流有輕微擾動且D0.5時，該擾動信號會得到放大，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以需要加入斜率補償，使D0.5時，電流信號的擾動也無法得到放大。UC3843的采樣信號為：BUS電壓（BUS.VFB）、輸入電流（實際為開關(guān)管電流Ia）控制機理為：BUS.VFB信號送至VA的反相輸入端（VFB），VA的同相輸入為內(nèi)部基準(zhǔn)2.5V，VA的輸出為電流比較器的基準(zhǔn)信號，送至比較器的反相輸入端，輸入電流采樣信號送至比較器的同相端。比較器的輸出送至觸發(fā)器，控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷

8、。斜率補償示意圖根據(jù)疊加原理，斜率補償后3腳（ISENSE）的輸入信號為：VisIaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）加入斜率補償后的控制示意圖從調(diào)節(jié)規(guī)律中可以看出，Ia的變化朝著正弦的方向發(fā)展，其包絡(luò)線近似為正弦信號。假設(shè)電壓誤差放大器的輸出為一定值，即為鉗位電壓1V時，存在如下等式：IaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）D=1V由于Boost電路滿足關(guān)系式：VoutVin/（1D），代入上式可得：IaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）（VoutVin）/Vout=1VIaRsR1/（R1+R2）1VVcR2/（R1+R2）（VoutVin）/

9、VoutIaRsR1/（R1+R2）1VVcR2/（R1+R2）VcR2/（R1+R2）Vin/Vout從上式可以看出，加入斜率補償后，Ia的表達式中包含有Vin信號，Vin為輸入電壓整流后信號。說明進行斜率補償后，Ia信號也近似為正弦整流后的信號。所以，通過調(diào)節(jié)斜率補償所占的比例，就可以改變Ia波形的正弦度。根據(jù)Boost電路的工作原理可知：開關(guān)管on，電感電流上升，Ldi/dtVin，則m1Vin/L；開關(guān)管off，電感電流下降，Ldi/dtVoutVin，則m2= （VoutVin）/L電感電流上升/下降的斜率隨著輸入/輸出電壓的變化而變化，因此斜率補償?shù)男甭实倪x取比較困難。以上分析基于

10、VA的輸出為定值，但在實際調(diào)節(jié)中VA的輸出是變化的值，所以電壓誤差放大器的控制環(huán)節(jié)也會影響到Ia的正弦度。通過對UC3843調(diào)節(jié)過程的了解可以知道，實際上用UC3843實現(xiàn)PFC，并不是傳統(tǒng)意義上的功率因數(shù)校正，而只是用斜率補償來近似逼近輸入電流的正弦變化規(guī)律。4.FAN 的控制風(fēng)扇控制模塊的功能：根據(jù)負(fù)載大小，實現(xiàn)風(fēng)扇的四段轉(zhuǎn)速控制：LOAD70%FANSPD DUTY=1LOAD50%FANSPD DUTY=0.67LOAD25%FANSPD DUTY=0.34LOAD25%FANSPD DUTY=0提供FANCLK SIGNAL信號，供CPU偵測風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇控制原理圖其中，F(xiàn)ANSPD

11、：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制信號；FANCLK：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速偵測信號。1)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)分析FANSPD信號與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系：LOAD25% FANSPD DUTY=0.34，風(fēng)扇兩端的平均電壓為：12V-3.3（1-0.34）=12V-2.178V=9.822V；LOAD50% FANSPD DUTY=0.67，風(fēng)扇兩端的平均電壓為：12V-3.3（1-0.67）=12V-1.089V=10.911V；LOAD70%FANSPD DUTY=1，風(fēng)扇兩端的平均電壓為：12V。可見，F(xiàn)ANSPD DUTY的大小控制了風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，即DUTY打的越大風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速越快。2)、風(fēng)扇狀態(tài)的偵測CH1：D=0風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時分壓電

12、阻上的電壓波形；CH2：FANCLK信號從波形可以看到，當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時，其兩端的電壓是變化的，在某一位置上風(fēng)扇上的電壓近似為12V，所以分壓電阻上的電壓近似為零（由于電阻兩端并聯(lián)有一3.3V的穩(wěn)壓管，高于3.3V的電壓被鉗位于3.3V）。因此，通過偵測FANCLK信號可以判斷風(fēng)扇的狀態(tài)。 5、 直流斬波電路 1)、推挽式轉(zhuǎn)換器工作原理 Fig.12 推挽式轉(zhuǎn)換器工作原理推挽式轉(zhuǎn)換器控制模組是DCDC MODULE,模組的PWM芯片是3525.轉(zhuǎn)換器在一個周期內(nèi)Q1、Q2各導(dǎo)通一次，在每一個半周會將功率傳至負(fù)載。一個完整的周期如下：1、Q1導(dǎo)通時，根據(jù)變壓器TX的同名端，可知D1反偏而截止，D2正

13、偏而導(dǎo)通且向電容C1充電和給負(fù)載提供能量。2、Q1、Q2同時截止時，D1、D2也截止，由電容C1向負(fù)載供電。3、Q2導(dǎo)通時，D1導(dǎo)通且向C1充電和給負(fù)載提供能量，D2截止。4、Q1、Q2同時截止。 2)、BUS電壓軟啟動（BUS VOLTAGE SOFTSATRT）直流斬波部分的控制模組的芯片UC3525可在硬件上實現(xiàn)軟啟動，但軟啟動時間若設(shè)置太長，則影響UPS從市電模式轉(zhuǎn)為電池模式時BUS電壓的穩(wěn)定，故1053NNN采用軟件實現(xiàn)軟啟動。BUS電壓的反饋信號并不直接送給UC3525，而是CPU通過采樣BUS反饋信號，在做相應(yīng)的計算，輸出BUS.VFB（CPU發(fā)出脈寬可調(diào)的脈沖，經(jīng)濾波電路后得到

14、BUS.VFB）信號給UC3525來調(diào)節(jié)BUS電壓。當(dāng)BUS電壓軟啟動剛開始時，BUS電壓很低甚至為零。但CPU提高BUS.VFB信號的幅值，以免UC3525發(fā)出的PWM驅(qū)動信號太大而使電池電流過大損壞硬件。此外，1053NNN不能用輸入的市電來實現(xiàn)BUS電壓軟啟動。原因是輸入繼電器的閉合與斷開都需要毫秒級的時間，故不能向?qū)CR那樣控制其開通的導(dǎo)通角，并在下半周關(guān)斷達到BUS電壓軟啟動。若不進行BUS電壓軟啟動就打開輸入繼電器，整流升壓部分的電感（L9）在低頻下很快因飽和而呈短路狀態(tài)，這時輸入市電經(jīng)整流橋后直接向BUS電容充電。由電路理論可知，電容在剛開始充電時電阻很小，使得市電電流達100

15、多安，會燒掉市電保險等元件。所以，當(dāng)由正常的市電輸入且須升BUS電壓時，先讓直流斬波部分實現(xiàn)BUS電壓軟啟動。 6、 逆變器工作 Fig.13 逆變部分原理圖1053NNN的逆變部分采用半橋式結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，工作于連續(xù)電流模式。其驅(qū)動信號是軟硬件結(jié)合產(chǎn)生的，輸入是BUS電壓（空載時約350V），輸出是220Vac。一個周期的工作如下（假設(shè)處于逆變輸出正半周）：a、 Q13導(dǎo)通，Q12關(guān)斷，L1左端電壓接近+BUS電壓，IL1上升，電感在儲能。b、 Q13、Q12同時關(guān)斷，由于電感電流不能突變，Q12的續(xù)流管導(dǎo)通，L1左端電壓接近-BUS電壓，IL1下降，電感能量轉(zhuǎn)移給負(fù)載。c、 Q13關(guān)斷，Q12

16、導(dǎo)通，因為處于逆變周期正半周，IL10, Q12的續(xù)流管繼續(xù)導(dǎo)通，L1左端電壓接近-BUS電壓，IL1下降，電感放出能量。d、 與第b步相同。值得一提的是，雖然在一個周期內(nèi)Q12、Q13可能會交替導(dǎo)通（也可以只有其中一個導(dǎo)通），但其脈寬不一樣。當(dāng)逆變處于正半周時，Q13導(dǎo)通時間比Q12長。經(jīng)L、C濾波后，可得逆變正弦波的上半周。單逆變處于負(fù)半周時與正半周類似。由于Q12、Q13同時導(dǎo)通時會將BUS電壓短路，故在兩者交替導(dǎo)通時須有一定的死區(qū)時間（即都不導(dǎo)通）。 7、 控制板線路說明 1)、過零偵測電路市電與逆變采用相同過零偵測電路，在此以市電過零偵測電路為例。Fig.14 是一典型的施密特過零比

17、較器，Vin是市電電壓經(jīng)一比例放大器衰減后的正弦信號，R147和R148的組成施密特環(huán)節(jié)，可以防止市電波形較差時在正弦波過零有振蕩（如接發(fā)電機）而產(chǎn)生的誤動作。加入D27的目的是防止送給CPU的信號變負(fù)電壓。 2)、幅值偵測電路市電與逆變也采用相同的幅值偵測電路，在此以市電幅值偵測電路為例。Fig.14 市電過零偵測電路Fig.15 市電幅值偵測電路從Fig.15可以看出，市電幅值偵測采用由運算放大器構(gòu)成的全波整流電路。Vin是市電電壓經(jīng)一比例放大器衰減后的正弦信號，當(dāng)Vin為正時，圖中U22的8腳輸出為負(fù)值，D25截止，運算放大器不起作用。由于CPU A/D轉(zhuǎn)換輸入口的輸入阻抗極大，故相當(dāng)于

18、把Vin的正半周直接送給CPU；當(dāng)Vin為負(fù)時，U22的8腳輸出為正值，D25導(dǎo)通，由于R210=R145，故把Vin的負(fù)半周反向后送給CPU，從而達到全波整流之目的。3)、INVERTER 參考波產(chǎn)生電路CPU偵測逆變電壓的零點、頻率和幅值，且若需要對市電進行鎖相，還偵測市電電壓的零點、頻率，然后CPU根據(jù)偵測到的信號輸出頻率和脈寬可變的6.4MHz的SINE.PWM信號。逆變參考正弦波產(chǎn)生電路是一3階帶通濾波器，其輸出參考正弦波是頻率和幅值可調(diào)的正弦波（頻率在50Hz附近變動）。SINE.PWM信號的頻率決定參考正弦波的頻率，SINE.PWM信號的脈寬決定其幅值。故CPU可通過對SINE.

19、PWM的調(diào)整來達到控制逆變輸出的目的。 Fig.16 逆變參考正弦波產(chǎn)生電路4)、INV反饋與參考正弦波的誤差產(chǎn)生電路 Fig.17 INV反饋與參考正弦波的誤差產(chǎn)生電路圖中INV是逆變電壓，L.C+1是逆變電流經(jīng)CT的反饋信號，SINE-PWM是CPU發(fā)出。參考正弦波與INV經(jīng)R2224與R314的分壓信號、逆變電流反饋信號相減，同時根據(jù)Vbal對其平衡電壓進行調(diào)整，從而得到標(biāo)準(zhǔn)正弦波輸出，送給后級比較器與三角波進行比較以產(chǎn)生PWM信號。故可得出以下結(jié)論：逆變電壓得調(diào)整由兩個反饋環(huán)構(gòu)成，一是CPU根據(jù)其采樣得信號，產(chǎn)生SINE.PWM信號，經(jīng)濾波后得參考正弦波，但CPU得速度有限，對SINE

20、.PWM信號得調(diào)整需一定的時間；二是硬件補償電路，反饋逆變電壓和逆變電流信號對參考正弦波進行補償，以達到對逆變電壓實時進行調(diào)整之目的。 5)、三角波產(chǎn)生電路Fig.18中C29是濾波電容，C40和R2決定充放電的時間常數(shù)，R2、R58決定放大倍數(shù)。在參數(shù)的選擇上，積分時間常數(shù)遠(yuǎn)大于CLOCK信號的高電平時間，放大倍數(shù)較大（接近10倍）。由運放特性可知，U8的13腳是“虛地”。故當(dāng)CLOCK信號為高電平時，對C40進行充電，當(dāng)CLOCK為低電平時，C40通過R2放電。 Fig.18 三角波產(chǎn)生電路所以，當(dāng)CPU發(fā)出19.2KHz的 CLOCK信號占空比為50%時，三角波產(chǎn)生電路輸出良好的三角波。

21、6)、PWM產(chǎn)生電路 Fig.19 PWM波產(chǎn)生電路此PWM產(chǎn)生器是采用三角波調(diào)制法來實現(xiàn)的。將三角波送入比較器U10的4腳（同相端），將標(biāo)準(zhǔn)正弦波送到比較器的5腳（反相端），當(dāng)三角波電壓大于正弦波時，U10的2腳輸出一個寬度等于三角波大于正弦波部分所對應(yīng)時間間隔的正脈沖，反之三角波電壓小于正弦波時，U10的2腳輸出低電平。此脈沖分兩路傳送：一是經(jīng)R18到U11（1、2、3腳）緩沖整形，R84，C39，D14使PWM信號上升沿產(chǎn)生死區(qū)時間且下降沿陡直。再接于U11的8腳，這樣可同其9腳的限流、PWMOFF信號相與，以便逆變電流過流時能關(guān)斷PWM來保護和CPU在必要時關(guān)斷PWM。為增加驅(qū)動能力，

22、在4081后接2003（1、16腳）作為PWM-的輸出極。二是U10的2腳輸出經(jīng)U10（1、6、7腳）反向，后級與PWM-信號一樣產(chǎn)生PWM+信號。五、 燈號及其意義 1、面板指示燈LED1LED4LED3LED2LED5LED6BypassBATINVLine 2、 燈號及其意義UPS STATELEDBUZZEROVERLOAD FAULTLed5, Led6 onKeep on buzzingOVER CHARGE FAULTLed4, Led6 onKeep on buzzingBUS OVER FAULTLed3, Led6 onKeep on buzzingINV. FAULTLed2, Led6 onKeep on buzzingOVER TEMPERATURE FAULTLed1, Led6 onKeep on buzzing110% OVERLOADLed1Led6 onBeeping per 0.5secBAT LOWLed5 on; Led1,2,3,4,