【正文】 大通流能力兩個參數(shù)。 蓄電池及其充電單元組成方案 （ 1） UPS蓄電池及其充電器的種類及 選擇： UPS要求所選用的蓄電池必須具有在短時間內(nèi)輸出大電流的特性。這種方法比較簡便，根據(jù)蓄電池恒功率放電參數(shù)表可以快速準(zhǔn)確地選出蓄電池型號。如果表中所列的功率值均小于 P，可通過多組電池并聯(lián)來達到功率要求，一般并聯(lián)不應(yīng)超過 4組。 圖 日本湯淺蓄電池放電曲線 型號 電壓 (V) 容量 (Ah) 參考尺寸 (毫米 ) 參考重量 (kg) 長 寬 總高度 NP16 6 (20 小時率 ) 51 54 NP46 6 (20 小時率 ) 70 47 105 NP106 6 10(20 小時率 ) 151 50 2 12 (20 小時率 ) 96 25 12 (20 小時率 ) 97 54 NP212 12 (20 小時率 ) 150 20 89 12 (20 小時率 ) 178 34 64 12 (20 小時率 ) 134 67 64 NP712 12 7(20 小時率 ) 151 65 NP2412 12 24(20 小時率 ) 175 166 125 NP3812 12 38(20 小時率 ) 197 165 170 NP6512 12 65(20 小時率 ) 350 166 174 NP10012 12 100(20 小時率 ) 407 240 35 31 圖 日本湯淺 NP系列蓄電池型號列表 （ 2） bq2031 芯片組成的蓄電池充電單元組成方案 單片 CMOS集成電路 bq2031組成的充電器可以根據(jù)蓄電池充電電壓和充電電流自動轉(zhuǎn)換充電狀態(tài)，從而完成對鉛酸蓄電池的充電控制。bq2031 將對加在管腳 TS 和 SNS 之間的電壓（ VTEMP）進行采樣以監(jiān)控溫度。當(dāng)溫度在允許的范圍時， bq2031 檢測是否加有電池。如果 VCELL 小于 VLCO 或大于 VHCO ， bq2031 則認為沒有接入電池， bq2031 進入故障狀態(tài)并使管腳 MOD 保持為低。此時 bq2031 的監(jiān)視電流 ISNS （充電電 33 流）應(yīng)升高到 ICOND = 5IMAX 。測試 2 通過后 將開始快速充電過程。 為了簡化使用該電路沒有接入溫度傳感器 ， 為使其正常工作 . 在 SNS腳和 TS腳之間接有一個 100KΩ 電阻RNTC 最大充電電流可由電阻 RSNS 通過 IMAX = 來決定 。 開關(guān)頻率可由 TOWM腳接的電容 34 CPWMt 決定 ， 開關(guān)頻率 f（ Khz） = （ F? ） 。 當(dāng) bq2031采用該充電模式時 .充電電流不是連續(xù)的，圖 式的充電曲線 。單體電池電壓迅速上升 ， 當(dāng) VCELL 等于 VBLX 時 ， VCELL 將緩慢下降到浮充電壓 ， 此后將重復(fù)上述過程 。 在一般小型 UPS 中，為了向逆變器提供合適的工作電壓 及提供內(nèi)部控制電路中常用的直流輔助電源，通常將 220V 市電經(jīng)隔離變壓器降壓后，再經(jīng)各種整流電路和 35 濾波電路而獲得。 當(dāng) ?2 為正半周期時， 即 1 端為正、 2 端為負，整流管 D D4 導(dǎo)通， D D3 截止。當(dāng) ??2?c時，整流管 D D3導(dǎo)通，?2 通過 D D3向 C充電， ?c 又重新升高到接近 ?2 。根據(jù)圖 的電路圖可知： 當(dāng)正半周時，二極管 D D3導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。 iMax1 =275V=2145（ W）；又根據(jù)公式 vvk21? ，可得輸入變壓器變比為 ?? VVk ， 又根據(jù)公式 iik12? ，可得輸入變壓器次級線圈電流 ????? Ak ii M a xM a x （ A），因此，所選的變壓器為視在功率為 2145W，變比為 的變壓器。轉(zhuǎn)換開關(guān)在主回路中的作用 可見圖 。以上兩個條件就是實現(xiàn)市電與 UPS逆變器輸出相互安全條件轉(zhuǎn)換的條件。正常情況下，負載通過自動轉(zhuǎn)換開關(guān)由一種電源供電切換為另一種電源供電。 其工作原理如下： 設(shè)市電電壓為： tV m ?? 222 sin? （ ） ?2 為正半周期時， T3 兩端加的是正向電壓， T4 兩端加的是反向電壓， T3 、 T4的控制極，雖然均加上正向電壓，但是只有 T3 導(dǎo)通。 其工作過程如下： 設(shè)逆變器電壓為： tV m ?? 111 sin? () 設(shè)蓄電池組電壓為 E ，則 T2 兩端加的是正向電壓， T1 兩端加的是反向電壓，雖然 T1 、 T2 的控制級均加上正向電壓，但是只有 T2 導(dǎo)通。輸出電壓波形如圖 （ a）所示。 若逆變器與自動轉(zhuǎn)換開關(guān)出現(xiàn)故障，則采用手動轉(zhuǎn)換開關(guān) K2 。手動轉(zhuǎn)換開關(guān)所處位置如圖 （ a）所示。 。觸發(fā)電路由由觸發(fā)脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、變換器等三部分組成。若旁路閘刀開關(guān) NFB2 ，損壞，則采用手動轉(zhuǎn)換開關(guān) K3 。 SK1 及SK2 的控制極電壓在 t1 時刻切換，但是 SK1 一直延時導(dǎo)通至 01?? 時才能關(guān)斷，而SK1 在 t1 時刻因其控制極加上正向電壓而導(dǎo)通。其中要使逆變器中的一對功率開關(guān)管與另一對功率開關(guān)管相互轉(zhuǎn)換工作，并且逆變器中有變壓器的存在，所以經(jīng)逆變器中對應(yīng)的二極管以及靜態(tài)開關(guān)中的 T1 為能量釋放回蓄電池組提供了通道。 以后便以 2π為周期重復(fù)上述過程。 38 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)由兩個交流電子開關(guān) KS KS2組成，每一個交流電子開關(guān)均由兩只晶閘管（ T1 和 T2 、 T3 、 T4 ）反向并聯(lián)而成，其電路如圖 （ a） （ b）所示。 （ 2）轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的選擇 由于電子開關(guān)有開關(guān)速度快、無觸點火花等優(yōu)點，因此本文選擇電子式轉(zhuǎn)換開關(guān)。 （ 1）轉(zhuǎn)換開關(guān)的安全轉(zhuǎn)換條件 假設(shè) ?1 表示市電電壓， ?2 表示 UPS逆變器輸出電壓；在轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn) ?1 與 ?2 相互轉(zhuǎn)換時，要求 ?1 與 ?2 最好先實現(xiàn)同步然后再切換。 故選擇電壓等級為 100V，電流為 90A的整流二極管。 在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。以后重復(fù)上述過程。當(dāng) ?2 通過峰值開始下降時，則 ?? 2?c ，加到 D D4 兩端的電壓反向， D D4 截止，于是電容器 C 向負載 R 緩慢放電，隨著放電的進行， ?c 緩慢下降。單相橋式整流電路是由輸入變壓器 B、整流管 D1～ D濾波電容器 C 以及等效負載 R組成，其電路如圖 所示。 整流濾波單元組成方案 整流是半導(dǎo)體交流過程中的正變過程，交流電能通過變換為人們需要的直流電能的過程就稱之為整流。 在該狀態(tài)下 ， 充電電流為零 ， 電池電壓開始下降 。 電壓環(huán)補償輸入。 如若將 IGSEL腳接高電平 ， 則最小充電電流應(yīng)為 20IMAX 。兩階段恒流充電方式和脈沖恒流充電方式 ， 通過恒壓 /恒流選擇腳和快速充電終止選擇腳的不同連接可以選擇以上三種快速充電方式 。bq2031 則進入故障狀態(tài)，同時使管腳 MOD 輸出變?yōu)榈碗娖揭躁P(guān)斷充電電流并使bq2031 保持這種狀態(tài)直到一個新的充電周期開始，如果測試過程 1順利通過，則可進行測試過程 2，此時 bq2031 需將電池組的電壓升高到 VMIN （開始快速充電的最低電壓）。如果此時溫度在允許范圍內(nèi)，那么在延時 500ms 后開始電池測試過程。 bq2031 則認為電池存在。 在這種狀態(tài)下，所有的定時器都停止 .充電電流由 MOD控制并保持在極低水平上。 圖 bq2031 管腳排列 bq2031 內(nèi)部框圖如圖 所示 : 32 圖 bq2031內(nèi)部功能框圖 它主要由通電復(fù)位電路、溫度補償電壓基準(zhǔn)、最長充電時間定時器、充電狀態(tài)控制器、 PWM 調(diào)節(jié)器、振蕩器和顯示控制電路組成。如果我們選用日本湯淺蓄電池系列電池，根據(jù)日本湯淺蓄電池樣本提供的在 25℃時放電特性曲線，查找 15min列下的放電速率為 ，根據(jù)經(jīng)驗公式：滿載時蓄電池工作時間 =蓄電池組容量 *蓄電池組電壓 /主機額定功率 *功率因數(shù)得出； =蓄電池組容量 *24V/1000VA*；可以算出單個蓄電池的額定容量為： 。 K) () 式中： SUPS標(biāo)稱輸出功率； cosφ UPS輸出功率因數(shù)；η 逆變器效率；N在 UPS中以 12V電池計算時所需的串聯(lián)電池個數(shù)，由 UPS正常工作電壓確定； K系數(shù)，廠家提供的電池恒功率放電數(shù)據(jù)表，一般是以 2V單元電池為計算基準(zhǔn)的， 12V／節(jié)電池相當(dāng)于 6個 2V單元串聯(lián)，此時取 K=6；如果電池廠家提供的電池恒功率放電數(shù)據(jù)表是以 12V單元電池為計算基準(zhǔn)的，則 K=1。 ①閥控式密封鉛酸蓄電池 (VRLA)特點： 體積較小，密封性能好、絕少維護，被廣泛應(yīng)用 于各類 UPS電源中。此外，考慮電網(wǎng)波動177。 圖 為控制電壓及輸出電壓的波形。至 t3 時， T2和 T3導(dǎo)通，電流經(jīng) E→ T3→變壓器初級→ T2→ E流動。 其工作原理如下 ： 在圖 所示的電路中，首先令 T2和 T3的控制電壓 ?2G 和 ?3G 為負值，使 T2和 T3 截止；令 T1 和 T4 的控制電壓 ?1G 和 ?4G 為正值，使 T1和 T4導(dǎo)通，如圖 中的 t1～ t2 時間段?？刂颇孀兤髦麟娐返墓ぷ鞣绞接卸喾N，但也基本上都采用正弦波脈沖寬度調(diào)制（ SPWM）方法。圖中電容均為去耦電容，用于濾去比較器輸出產(chǎn)生變化時電源電壓的波動。此外，引腳 8 接邏 26 輯電源，其取值決定于負載所需高電平。 25 圖 SPWM 波分相器 其中 ?1 是 SPWM 產(chǎn)生電路送出的 SPWM 信號， ?2 是由保護電路送來的保護信號，?2 在正常運行時為“ 1”，而異常時為“ 0”。 圖 中的三角波發(fā)生器可以采用最基本的 RC無源積分電路，但這種電路的輸出波形線性度較差，因而多采用方波發(fā)生器后接有源積分器的方法。這種方法一般被稱為三角波法。 ②同理，市電在 200V～ 240V 范圍內(nèi)變化時，三極管 T42 導(dǎo)通，繼電器 JC 因有電流流過而動作，市電直接由旁路輸出；市電在 240V～ 275V 范圍內(nèi)變化時，三極管 T43導(dǎo)通，繼電器 JD 因有電流流過而動作，市電降壓輸出（對應(yīng)輸出電壓為 217V～240V）；第四種情況是三極管 T40 導(dǎo)通，繼電器 JA 動作，變壓器做為電感使用和電容組成濾波電路。 交流自動穩(wěn)壓控制單元組成 方案 圖 交流自動穩(wěn)壓控制單元 主電路圖 圖 主電路圖 圖 交流自動穩(wěn)壓控制單元 控制電路圖 22 圖 控制電路圖 它采用自耦變壓器抽頭分級調(diào)壓方式，總共采用了四個繼電器來調(diào)節(jié)，具有四種工作方式：市電在 160V～ 200V 范圍內(nèi)變化時，繼電器 JB 動作，市電則升壓輸出；市電在 200V～ 240V范圍內(nèi)變化時，繼電器 JC 動作，市電直接旁路輸出；市電在 240～275V 范 圍內(nèi)變化時，繼電器 JD 動作，市電則降壓輸出；第四種情況是繼電器 JA 動作變壓器做電感使用起濾波的作用。其中由四個絕緣柵極型晶體管 IGBT組成的逆變橋 (Q2～ Q5)和輸出變壓器 T2 及輸出 抗高頻濾波電路 組成的 UPS準(zhǔn)正 弦逆變電源是 UPS設(shè)計中的主要設(shè)計對象。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 圖 1000VA單相后備式 UPS電源結(jié)構(gòu)框圖 圖 1000VA單相后備式 UPS電源結(jié)構(gòu)框圖 在以上結(jié)構(gòu)框圖的基礎(chǔ)上設(shè)計了如圖 20 圖 1000VA單相后備式 UPS電源總體設(shè)計方案 圖 UPS電源系統(tǒng)總體設(shè)計方案，該系統(tǒng)主要由逆變電路、 SPWM電路、充電電路、調(diào)壓電路、保護及報警電路、轉(zhuǎn)換開關(guān) 等組成。 ②過載保護 當(dāng)負載出現(xiàn)過載時 ，在系統(tǒng)處理能力范圍內(nèi)按技術(shù)指標(biāo)進行操作。 1% 輸出波形 準(zhǔn)正弦波 切換時間（ ms） 6 推薦使用負載 兩套 PC 機 +針式打印機 其它特性 備用時間 15 分鐘 充電恢復(fù)時間（ h） 10 電池效率 70 報警功能 電池低壓、市電異常、UPS 故障 面板顯示 LED 指示燈顯示：市電供電狀態(tài)、逆變狀態(tài)、電池欠壓狀態(tài) 音頻噪聲（ db） 40 保護功能 市電陷落保護、市電浪涌保護、市電失真保護、電池過放電保護、過載或短路保護 工作溫度 040 相對濕度 095%，無冷凝 表 UP