交流在线式不间断电源的设计

交流在线式不间断电源的设计内容摘要：

5组件内部的 34V稳压二极管将电压钳位在 34V左右，以保证 UC3845内部电路工作在34V以内。 该电压使得单端反击式充电电路启动，当电路稳定工作后，则由变压器T4的辅助绕组通过二极管 D2 C22向 UC3845提供大约 10V左右的稳定直流工作电压。 310V直流高压经过变压器 T4的原边绕组 送到 MOS管 Q2的漏极 D上。 在原边绕组两端并联了由 R2 C20以及 D21所构成的阻容衰减电路，抑制在 Q2关断瞬间出现在漏极上的尖峰脉冲。 此充电电路相当于一个以电流脉宽调制组件 UC3845为核心的开关电源。 由 UC3845的工作原理可知，其端子 8输出 5V的基准电压，而端子 4上外接了C18和 R20，使从端子 4输出的锯齿波的振荡频率固定。 根据公式 20 / ( )f R C可知，锯齿波的周期固定为。 UC3845的端子输出的周期为 20us、幅值为 10V的脉宽调制脉冲经过 R23以后，加到了 Q2的栅极上，从而去控制 Q2的导通与关断。 通过控制 Q21的导通与关断，就能够在变压器 T4的副边绕组上得到幅 值为 70V左右、周期为 20us的高频交流电压。 这一路电压经过 D2 C2 C24所组成的整流滤波电滨州学院本科毕业设计（论文） 11 路以后，向蓄电池提供幅值为 60V左右的充电电压。 充电过程：充电电路先是 给蓄电池组进行恒流充电，然后再给其进行恒压充电的 [10]。 在充电初期，蓄电池组两端的电压比较低，经过 R R31和电阻 R32分压以后，送到精密电压调节器 TL431的控制极 R上的电压就比较低，则 TL431不能导通，电压信号 就不能通过光电耦合器件加到 UC3845的端子 1。 而从 Q2的 S端出来的电流经过采样电阻 R24和 R25以后，送到 UC3845的电流检测端 3上。 当充电电流增大时，则经过 R25和 C21到达 UC3845电流检测端 3上的信号也会增大。 根据 UC3845的工作原理可知，此时在 UC3845的端子 6送出的脉宽调制信号的宽度将变窄 ，从而减少了 Q2的开通时间，最终降低了充电器的充电电流。 反之亦然。 通过上述可知，充电电路在充电初期对蓄电池实施恒流充电。 随着充电时间的增长，蓄电池组两端电压不断上升， TL431的控制端的电压信号也在 不断升高。 当控制信号升高到了一定程度时， TL431开始导通，就构成了电压调节电路。 假设当由于某种原因，造成充电器的输出电压升高时，根据精密电压调节器的工作原理可知， TL431的阴极上的电位将会下降，从而使得送到光敏二极管的信号增强，光敏二极管的亮度增加，于是从光敏三极管的集电极上所输出的控制信号的幅值下降，即加到 UC3845的补偿端 1的控制信号的幅值会下降。 根据UC3845组件的控制原理可知，从它的 端子 6所 送出的脉冲的宽度将会变窄，从而减少了 Q2的导通时间，最终导致从 D25输出的充电电压的幅值下降，保持电压 在恒定状态，反之亦然 [10]。 DC/DC 升压变换电路的设计及其电路连线图 本模块设计采 用 boost 升压变换电路 ，要保证交流输出复读维持在 48V，逆变前的直流电压至少为 48* 68V，但蓄电池的充电 电压 为 60 V，如果 输入 逆变 器 前的 直流 电压不做 任何 处理， 这 会使电压 的 调整率 下 降到很低， 这样 很难输出 48 V交流 电压。 因此需要在整流电路和逆变器之间加入一级 Boost 升压电路。 图 4 为 Boost升压电路，采用 UC3842 为主控芯片 ， Q1 是开关管 ， L3 是 储能电感， D D4 、D5 是升压二极管， R17 和 R16 为升压电路的输出电压进行采样， R14 是 开关电流检测电阻。 如图 4 所示 [11]。 滨州学院本科毕业设计（论文） 12 COMFBIsCTGNDOUTVCC REFUC3842GNDport1C15470pFC12104C14103C11104C13103GND10KR10GND150KR111KR12R142745 3681GND20R13470R1620KR15Q1IRF540ND11N4148D21N4148100uHL3D61N4007 D3 FR107D4 FR107D5 FR107+30V30VGNDC171000pF1KR95KR17 图 4 DC/DC 模块电路连线图 逆变器电路的设计及其电路连线图 逆变器电路采用单相全桥 逆变电路 [12]，原理图如图 5 所 示，它由输出变压器T8(变压比 ： 1)、四个功率开关器件（ IRF740）以及四个二极管组成。 电路后半部分为开关电路，在逆变器出现故障的情况下，为负载输出市电。 图 5 DC/AC 逆变电路原理图 滨州学院本科毕业设计（论文） 13 电路工作原理：首先 ，令 Q11 和 Q12 的控制电压为负值，使 Q11 和 Q12 截止；令 Q10 和 Q13 的控制电压为正值，使 Q10 和 Q13 导通。 Q10 和 Q13 导通后，电流的流通路径为： →Q10→ 变压器初级 → Q13→GND。 如果忽略 Q10 和 Q13 的导通后的管压降，则变压器初级电压为 T 的次级电压为 1/=48V（变压器变压比 ： 1）。 Q10 和 Q13 通电 t 时间后关断，此后四只功率开关器件均截止 t 时间，然后 Q11 和 Q12 导通，电流经 →Q12→ 变压器初级 →Q11→GND流动。 在忽略 Q12 和 Q11 的导通压降情况下，变压器 T 的次级输出 48V。 然后 Q11和 Q12 关 断 t 时 刻。 若电路按上述方式周而复始的工作，则可在变压器次级获得流电压，就可以实现 直流 电 变交流 电 的功能。 2. 6 辅助电源电路的设计及其电路连线图 12V辅助电源：如图 6 所示，从充电电路输出端输出的 60V直流电压经过 C30的滤波处理后，直接加到三端稳压器 LM317 输入端上，通过调节 R31，可以将 60V的直流电降到 24V 从 port1 端输出，再输入到 LM7812 的输入端，通过 LM7812 模块的降压作用，将 24V降到 12V， 由此模块输出 12V直流电压提供给其他负载。 5V辅助电源：如图 7 所示， 12V直流电压形成以 后，经过 C34 滤波处理，直接加到了三端稳压器 LM7805 的输入端上。 根据 7805 的工作原理可知，在 7805 的输出端将输出 5V的直流电压。 滨州学院本科毕业设计（论文） 14 图 6 12V辅助电源原理图 图 7 5V辅助电源原理图 2. 7 驱动电路的设计及其电路连线图 驱动电路如图 8 所示，为了减小 电源 输出的正弦波失真度，还要提高电路的稳定性，需要采用专用的 SPWM 芯片 SG3525。 SG3525 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型 脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的， 在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行 比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化， 由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器 [13]。 本电路采用纯硬件电路产生 SPWM 波形，包含虚拟双电源部分、闭环稳压电路、50Hz基波振荡器、精密整流电路、 50Hz同步方波发生器、 20KHz SPWM 波发生电路和死区调整 电路组成，其特点工作稳定，效率比较高。 滨州学院本科毕业设计（论文） 15 图 8 逆变器驱动电路原理图 2311411U1A TL084ACD5 672411U1BTL084ACD81093411U1CTL084ACD1412 134411U1DTL084ACD104C1106C11104C7104 C3104C12104 C2104C8106C9104C10104C6100KR6T22K R1R3R4 20 R52K R822K R210K R19R1022KR15 R1322K R7+12VGND100uFC4100uFC56V虚地虚拟双电源+12VGND10K R9GNDD24148D1414850HZ基波振荡器10K R1120K R12GND幅度调整231S122KR1410KR21100K R16510K R1810K R20200K R17104C13104 C14GNDQ12SK30AQ22SK30A闭环稳压电路2311411U2ATL084ACD5 672411U2BTL084ACD81093411U2CTL084ACDD44148D34148D54148D6414810KR22精密整流电路47KR2347KR24+12v20R25GNDOUT B14OSC OUT4IN+2RT6CT5DISC7CMPEN9IN1SYNC3GND12SS8VCC15VC13OUT A11VREF16SD10U10SG3525AN123U3ACD4081BCM645U3BCD4081BCM47KR2612U?ACD4069UBCM34U?BCD4069UBCM123U4ACD4011BCM564U4BCD4011BCM8910U4CCD4011BCM121311U4DCD4011BCM22KR2722KR2822KR2922KR30P1P2P3P412U?ACD4069UBCMGNDGNDD74148G1106C15106C1647KR31GND20 R32470 R33+12V1KR34Q7TL4315K R3512R3610KGND47K R3710K R38GND106 C17GND47KR39104C18GND104 C19J1闭环20KHz SPWM波发电路50Hz同步方波发生电路死区调整电路滨州学院本科毕业设计（论文） 16 虚拟双电源部分运用了一个单元的运放，正向输入端用二个电阻分压，获得 6V的电压，因为反向输入端和输出端相联，接成跟随模式，所以输出端也为 6V，这个6V端就是一个虚拟的 “地 ”，而真正的地线此时变成了 6V， +12V端变成了 +6V。 电路中的 U1B是 一个文氏电桥振荡器 电路 ,它的 主要 特点是起振 很 容易 ,波形失真 度 很小 ,频率也非常 稳定。 其振荡频率由 R3 R4 C6 C7 决定 ,当 C C7 为标准的 104时 ,R R4 为 时 ,频率刚好为 50HZ 左右 ,R R4 可以在标称电阻 33K 中挑选。 VR9 为反馈调节电位器 ,可以调节振荡器输出的正弦波的幅度。 D D2 为稳幅二极管 .从振荡器出来的正弦波 ,进入 U1C 组成的闭环稳压电路然后在经过 U1D、 U2A 组成的精密整流电路变成馒头波。 从闭环稳压电路出来的正弦波进入由 U2B、 U2C 组成的同步波发生电路变成方波。 U2A、 U1D 组成一个精密整流 电路，其特点是，经它整流的 正弦馒头波，失真很小，能满足 SPWM 的要求。 图中 R R2 R22 的阻值 一定要一致 ,特别是 R26,R31要配对否则 ,出来的馒头波会上下跳动。 SG3525 的接法和一般常规接法有点不同 ,因为 SG3525 的 11,14 脚是 “图腾柱 ”输出 ,我把 11,14脚接地 ,屏蔽了图腾柱的下管 ,并在 13脚接一个上拉电阻做负载 ,这样做的目的是把原 11,14 脚的信号合并在一起输出 ,以大幅度地提高最大比空比 [14]。 母线电压的利用率也大幅度提高了 ,可以 在 94%以上。 但从 13 脚出来的脉冲 ,是反向的SPWM 波 ,所以 ,要用一个 4069 把它反回来输入到时序电路中 与。