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UPS充电电路的设计与制作（毕业设计）..doc

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.02M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    THESIS OF BACHELOR
    摘要：UPS是不间断电源的简称，是以逆变器为主要组成部分的静止型恒压恒频电力电子装置，具有保证电压频
    Abstract:UPS is the abbreviation of uninterruptabl
    第1章 UPS概论
    1.1 UPS产生背景
    1.2 我国UPS发展现状
    1.3 我国UPS发展前景
    第2章 UPS综述
    2.1 UPS的工作原理
    2.2 UPS的种类
    2.2.1 后备式（OFF LINE）
    2.2.2 在线式（ON LINE）
    2.2.3 在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）
    2.3 UPS的组成结构
    2.3.1 逆变电路
    2.3.2 整流电路
    2.3.2 蓄电池和充电电路
    2.3.4 转换电路
    2.3.5 保护电路
    2.3.6 输入/输出滤波器
    第3章 蓄电池和充电模式
    3.1 蓄电池
    3.1.1 UPS用蓄电池种类
    3.1.2 免维护铅蓄电池
    3.2 UPS电池的充电模式
    3.2.1 恒压式充电
    3.2.2 恒流式充电
    3.3.3 先恒流后恒压式充电
    第4章 恒流恒压式充电电路
    4.1 充电电路方案说明
    4.2 充电电路原理与结构
    4.3 各部分电路设计
    4.3.1 控制电路
    4.3.1.1 振荡电路
    4.3.1.2 十进制计数器MC14017
    4.3.1.3 六反相器4069
    4.3.1.4 比较电路LM358
    4.3.2 充放电电路
    4.3.2.1 充电部分
    4.3.2.2浮充部分
    4.3.2.3 放电部分
    4.3.3 电源电路
    4.4 电路工作原理
    第5章 安装调试
    结语
    参考文献
    谢辞
    附录1：电路原理图
    附录2：元件清单表
    附录3：电源仿真图
    密级： 公开 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR （ 2007 — 2011 年 ） UPS 电源充电电路的设计与制作 I
    目 录 摘要 ....................................................................................................................................................I Abstract.............................................................................................................................................II 第 1 章 UPS 概论 .......................................................................................................................... 1 1.1 UPS 产生背景 ................................................................................................................. 1 1.2 我国 UPS 发展现状 ........................................................................................................ 1 1.3 我国 UPS 发展前景 ........................................................................................................ 2 第 2 章 UPS 综述 .......................................................................................................................... 3 2.1 UPS 的工作原理 ............................................................................................................. 3 2.2 UPS 的种类 ..................................................................................................................... 3 2.2.1 后备式（OFF LINE）......................................................................................... 3 2.2.2 在线式（ON LINE）...........................................................................................4 2.2.3 在线互动式（ON LINE INTERACTIVE） .......................................................4 2.3 UPS 的组成结构 ............................................................................................................. 5 2.3.1 逆变电路 ...............................................................................................................5 2.3.2 整流电路 ...............................................................................................................5 2.3.2 蓄电池和充电电路 ...............................................................................................5 2.3.4 转换电路 ...............................................................................................................6 2.3.5 保护电路 ...............................................................................................................6 2.3.6 输入/输出滤波器................................................................................................. 6 第 3 章 蓄电池和充电模式 ...........................................................................................................7 3.1 蓄电池..............................................................................................................................7 3.1.1 UPS 用蓄电池种类 .............................................................................................. 7 3.1.2 免维护铅蓄电池...................................................................................................7 3.2 UPS 电池的充电模式 ..................................................................................................... 7 3.2.1 恒压式充电...........................................................................................................7 3.2.2 恒流式充电...........................................................................................................8 3.3.3 先恒流后恒压式充电...........................................................................................9 第 4 章 恒流恒压式充电电路 .......................................................................................................11 4.1 充电电路方案说明 ........................................................................................................11 4.2 充电电路原理与结构....................................................................................................11 4.3 各部分电路设计............................................................................................................12 4.3.1 控制电路 .............................................................................................................12 4.3.2 充放电电路.........................................................................................................14 4.3.3 电源电路 .............................................................................................................16 4.4 电路工作原理 ................................................................................................................18 第 5 章 安装调试 .........................................................................................................................19 结语 .................................................................................................................................................20 参考文献 .........................................................................................................................................21 谢辞 .................................................................................................................................................22 附录 1：电路原理图......................................................................................................................23 附录 2：元件清单表......................................................................................................................24 附录 3：电源仿真图......................................................................................................................25 II
    UPS 电源充电电路的设计与制作 摘要：UPS 是不间断电源的简称，是以逆变器为主要组成部分的静止型恒压恒频电力电子 装置，具有保证电压频率稳定，改进电网质量，防止由于波形畸变、高频噪音以及瞬时停 电给用户造成的危害等功能。 课题主要研究 UPS 的充电过程，并设计一个恒流恒压式充电电路，实现对一节 12AH 蓄电池采用连续浮充制进行充电。本设计是以模拟电路和数字电路为基础，基于集成电路 的自动充电电路。该电路可以自动实时采集和计算电池的电压参数，同基准电压相比较， 避免了过量充电，实现了自动控制。 关键词: UPS；不间断电源；蓄电池；充电电路；连续浮充制；恒流恒压电源。 I
    Design And Production of UPS Charging Circuit Abstract:UPS is the abbreviation of uninterruptable power suply.It is a static electronic device with consistent voltage and frequence while its general part is an anti-change device.It has a lot of functions such as keeping the frequence of the voltage,improving the quality of the power net,preventing the damages which are raised by wave changing、high frequence noise、sudden power cut and so on . This subject mainly studies the charging process of UPS, and designs a constant-current constant-voltage charging circuit to charge for a 12AH battery by continuous float-charging system .The design is a automatic charging circuit which based on analogous circuit,digital circuit and integrated circuit.The circuit can be automatically collected and calculated battery voltage parameters in real-time,compared with the reference voltage, to avoid excessive charging and realize automatic control. Key words:UPS；uninterruptable power suply；storage battery；charging circuit；continuous float- charging system；constant-current constant-voltage power supply. II
    第 1 章 UPS 概论 1.1 UPS 产生背景 众所周知，电源产业是各类高科技产业发展的基础工业，所有的高精尖科技设备都需 要电力电子电源系统技术的配套和支持。今天，以电力电子学为核心技术的电源产业，随 着 IT 产业、CI 产业、PC 机广泛应用而得到突飞猛进的发展，电源产业在航空、航天、宇 航、舰船、自控自导、尖端武器、原子能、军队现代化以及医学、通信、交通、运输、电 力、电子、环保等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与电力电子电源 产业密不可分。尤其是计算机网络和电信网络有机的结合在一起的第三代互联网的兴起， 电力电子电源产业必将承担起向国民经济各个重要领域提供全年不间断的高可靠、高安全 度和高速率的资源服务。 而现代工业的发展使供电网络的负载越来越复杂，特别是大型用电负载的启动和停止， 大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外，自然界 的雷电，电网的接地不良等因素均影响到电网的供电质量。由于以上因素的影响，可能会 导致接在电网上的计算机设备，包括通信、医疗等精密的工业仪器设备发生失控、丢失数 据、停机、损坏等严重后果，直接影响到用户的正常工作，造成经济损失或其他严重事故。 由此可见，随着计算机网络技术、全球化通信技术和高精尖的精密加工工业的发展， 用户对供电质量提出了越来越高的要求。而现有的市电系统存在着许多不稳定因素，如市 电电网供电不足、电压波动大、干扰严重，一旦供电突然中断，将造成系统中数据资料不 同程度的损坏、丢失，严重时还会导致计算机及网络系统硬件的不可恢复性损坏。 因此，为全面改善供电质量，一种能够提供高质量的、无时间中断的电源设备应运而 生，这就是不间断电源——UPS（Uninterruptable Power Suply）。UPS 不间断电源是一种含 有蓄电池(储能装置)和控制电路、以逆变器为主要组成部分的静止型恒压恒频电力电子装 置，主要服务于计算机、网络系统或其它精密电力电子设备中，在保护计算机数据，改善 电网质量，防止由于波形畸变、高频噪音、瞬时停电和电网污染对用户造成危害等方面起 着很重要的作用。UPS 不间断电源已经成为保护重要设备必需的配套产品。 1.2 我国 UPS 发展现状 近几年，境外主要电源供应商逐渐看好中国电力电子电源市场，纷纷把重点转向中国 内地。目前，跨国公司在国内电源市场占有主导地位，如：艾默生(Emerson)、APC、梅兰 日兰、伊顿爱克赛，现在中国本土也已形成一批超亿元的电源企业，如：中兴通讯、厦门 科华、武汉洲际、烟台东方电子信息集团等，他们有较强的技术力量和开发能力。 科技部近期设立了 2 亿元的电力电子项目专项资金，国家发改委专门在近期发文启动 专项课题，用于推进电力电子技术和产业的发展，包括应用装置的产业化，重点围绕节能、 交通、电力、冶金等领域需求，支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置。 1
    1.3 我国 UPS 发展前景 在电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了稳步增长期间，有专业机构作出的 调查表明，由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少，加上这两个行业的 UPS 电源保有 率较高，因此其 UPS 电源需求不太可能出现大的增长，预计未来的市场份额将逐渐下降。 相反，一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对 UPS 电源的需求呈 现出快速增长的势头，特别是制造业中，中小企业的大规模崛起，更成为带动 UPS 电源市 场增长的新动力源泉。 工业动力 UPS 电源系统设备市场销售额随着工业自动化成套设备和设备更新改造的飞 速发展，工业动力大功率 UPS 电源系统设备市场在 2000 年后开始发展，2003 年出现加速， 平均增长率达到 16％，2006 年 1 至 9 月更是达到 18％。随着重工业化时期的来临，中国 工业化、城市化进程加快，全球产业链加速向中国转移。依据相关统计数据，分析其数据 特征，我们预测工业动力 UPS 电源系统设备市场未来五年的销售额平均增长率将达到 17.5％，潜力巨大。 2
    第 2 章 UPS 综述 2.1 UPS 的工作原理 UPS 电源一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路 进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。 UPS 基本工作原理如下：当市电正常时，由市电通过 UPS 给负载供电，此时 UPS 相 当于一台交流稳压电源，它对市电进行滤波、稳压和稳频调整后，提供给负载更加稳定和 洁净的电源。同时，UPS 通过充电器把电能转变为化学能储存在蓄电池中。当市电出现异 常时，UPS 立刻切换到蓄电池供电，通过逆变器把化学能转变为交流电能，供给负载使用， 从而达到对负载的不间断电力供应，使负载维持正常工作并保护负载软硬件不受损坏。 图 2.1 UPS 原理图 2.2 UPS 的种类 从技术上讲，UPS 可以分为三大类即：后备式（OFF LINE）、在线式（ON LINE）和 在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）。 此外，UPS 的分类还有其他一些简单的分类，比如从组成原理分为旋转型 UPS 和静止 型 UPS；从应用领域分为商业用 UPS 和工业用 UPS；从输出电压的相数分为单相 UPS 和 三相 UPS；从容量分为大容量 UPS（大于 100KVA）、中容量 UPS（10-100 KVA）和小容 量 UPS（小于 10 KVA）。 2.2.1 后备式（OFF LINE） 后备式 UPS 也被称为离线式 UPS，当市电的电压和频率满足 UPS 的输入要求时，UPS 将市电通过一个自耦变压器进行必要的电压调节后输出给负载，逆变器不工作，处于等待 状态。当市电异常输入电压和频率不满足要求时，后备式 UPS 会迅速切换到逆变状态，将 电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式 UPS 在由市电转逆工作时会有一段 转换时间，一般介于 2 至 10 毫秒之间。后备式 UPS 电源的优点是：运行效率高、噪音低、 价格相对便宜，主要适用于市电波动不大，对供电质量要求不高的场合，比如家庭电脑。 3
    图 2.2 后备式 UPS 原理图 2.2.2 在线式（ON LINE） 在线式 UPS 具有独立的整流、逆变、充电，旁路和维修旁路系统，首先将输入交流电 整流成直流电，再由逆变器将直流电逆变成标准正弦波交流电（称为双变换）。在大部分情 况下，负载由逆变器输出的正弦波供电，只有在过载或逆变器损坏时才由市电直接供电。 也就是说在线式 UPS 开机后逆变器始终处于工作状态，因此在市电异常转电池放电时没有 中断时间，即零中断。在线式 UPS 提供了纯净稳定的交流电源，几乎解决了所有的市电问 题，是精密负载最理想的电源，但在线式 UPS 的价格较贵。在线式 UPS 比较适用于计算 机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业，因为这些领域的电脑一般不允许 出现停电现象。 图 2.3 在线式 UPS 原理图 2.2.3 在线互动式（ON LINE INTERACTIVE） UPS 除了以上两种主要的类型外，还有一种称为在线互动式。所谓在线互动式 UPS， 是指在输入市电正常时，UPS 的逆变器处于反向工作（即整流工作状态），给电池组充电； 在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组电压转换为交流电输出，因此在线互动 式 UPS 也有转换时间。同后备式 UPS 相比，在线互动 UPS 的保护功能较强，逆变器输出 电压波形较好，一般为正弦波，其最大的优点是具有较强的软件控制功能，可以方便地上 网，进行 UPS 的远程控制和智能化管理。可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内， 如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供比较稳定的正弦波输出电压。而且它与计算机之 4
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