单相在线式数字化UPS的设计1．引言UPS是不间断电源（UninterruptiblePowerSupply）的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。从原理上来说，UPS是一种集数字和模拟电路，自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备；从功能上来说，UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，使你能有充裕的时间应付；从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。2．UPS的分类:UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类：后备式UPS是我们最常用的，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域；在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中；[4]模块化UPS与传统UPS相比有诸多优点，代表UPS的发展方向之一，但目前还存在成本高，部分产品实际的可靠性并不如理论计算值高，但安全系数已经远远超过传统UPS；对模块化UPS的研究将有利于促进模块化的可靠性提高，从而提高模块化UPS在客户中的认可度，加快模块化UPS的发展。EAST（易事特）模块化UPS每个模块就是一台独立工作的UPS，功率段齐全可选，高效率低干扰，环保节能，安全系数高。从上面介绍的UPS种类来看，在线式UPS的性能是最好的,下面设计就选用在线式结构:<三>系统设计3.1系统技术性能指标系统容量系统设计功率3.35KVA带负载能力系统过载120%运行一分钟交流输入标称电压220V110%标称频率50Hz±5%相数1相旁路输入标称电压220V±110%标称频率50Hz±5%DC系统标称DC电压218V截止电压165相数1相标称电压220V±5%标称频率50Hz±0.5交流输出输出波形正弦波3.2总体设计方案系统主要由UPS主电路拓扑结构、主控单元、各种系统信号检测电路、保护电路、充电器、逆变驱动、辅助电源、键盘和显示、远程通信接口等电路组成。3.2.13.75kVA数字化在线式单相UPS的系统总体设计方案:3.2.2UPS主电路拓扑结构方案:UPS电源主电路拓扑结构是UPS的功率组成部分。其山市电输入整流桥B1.直流母线BUS.直流母线限流电阻R1、直流稳压滤波电容C1.1GBT功率逆变桥,输出变压器T1及输出滤波电容C2等电路组成。其中由四个绝缘栅极型晶体管IGBT组成的逆变桥(S1-S4)和输出变压器T1及输出滤波电容C2组成的UPSiE弦逆变电源是UPS设计中的主要被控对象3.2.3主控制单元组成方案其相应的功能组成如下:(1)产生驱动IGBT模块的脉冲信号(2)对IGBT模块进行瞬时保护(3)使UPS输出电压稳定、改善UPS输出波形(4)对电池状态及充放电参数进行监控(5)与外围接口电路(CPLD)一起共同完成键盘输入与LCD显示功能(6)提供UPS系统运行状态的远程监控接口3.3系统主要元、部件参数选择与设计3.3.1电力电子模块电力电子模块是构成UPS逆变器的关键部件之一，它的质量优劣对系统性能影响较大。以本设计功率335KVA计算，输出功率因数为0.8，直流母线电压大约为220V，则需选择的电力电子模块的主要参数如下:(1)BVceo(器件击穿电压)BVceo=(3-4)V,=(3-4)x11OV=330-440V上面等式前的系数是考虑了系统3-4倍的裕量,，Va取110V是因为一个桥臂上有两只电力电子器件串联共同分压。根据计算，选择BVceo为V600.(2)Icat(最大通流电流)1cm=Po/&E考虑到蓄电池放电终了时，仍能维持满载输出:另外考虑到占空比S为0.3时，也能维持满载输出，则Icm=3xl000/(0.3xl6xl0.5)=60A3.3.2主控芯片模块考虑到数字化控制系统的快速性，方案中所选DSP主控芯片为TI(TexasInstruments)公司的TMS320LF2407芯片，它具有高速信号处理和数字控制功能所必须的结构特点:(1)40MHz的内部时车.下卜，指令周期仅为25ns;(2)高达32K的FLASH程序存储空间;(3)16K字x16位的闪速EEPROM(F...