一种新型晶体管小功率UPS系列电源的研究.pdf

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4g-72
第L6第t期
哈尔滨电工学院学报
993年3月
HIET Journal
Mar. 1883
一种新型晶体管小功率UPS系列
电源的研究
关士杰候守勤金奴家黄叔莹
〔哈尔电工学院电エ「)T4
介了一种小功率UPS系。着重分了通过静态矛关,用以使主电源和
备用电源随叶进行快逃切換的锁桐同垆跟踪技术与论,并对搂体送计做了同
要地闻述。
关:不电源,锁椥技ネ,同步跟踪,逆寞电源
停它
言
不间断电源简称UPS,是一种现代化的理想电源设备,已在邮电通讯、铁路交通、
计算中心,国防科研等部门得到了广泛地应用。
目前,国产小功率UPS类型很多,大多由静止CVCF系统加菩电池构成其掃压方
法采用晶闻管调压器或逆变器本身的PWM式调压方式。线路复杂,可旅性低输出波
形欠佳。
我们研制了一种利用三端口恒压变压器(CVT)的UPS系统。它具有逆变、输出稳
压、对电池进行浮充电,自动保护报警和抗干扰五种功能。其输出功率为0.25KVA
1KVA,巷电池电压可为直流24~220V输出电匠为正弦交流220V。是具有较高电气
技术性的新型UPS系统。简单框图如
图1所示。系统的主电源为市电电源,备
用电源为逆变电源。在市电有电时由市电
西是「
向负载供电,并对替电池进行浮充电」市
1]1
F??
电停电或故障时,快速转为逆变供电」市
电恢复后,文自动转为市电供电。其切换
时间<5m5;故总机效率明显提高。
呂1简框图
2UPS系统原理与设计
本系统由主电路和控制电路两大部分组成。主电路包括推挽式功率转换电略和三幣
本文于1992年2月29日收到1993年2月1日修四
第!期
关士杰等:一种新型晶体管小率UPS系列电源的研究
口恒压变压器。控制电路主要包括市电取样、変换、检速与门控电路」相同步与方波
驱动电路;静态开关及其触发控制电路」諮电池过压、欠压保护及报警电略和开关稳压
电源五部分。框图如图2所示。
合上直流电源开关,控制电
U?
路由开关稳压电源供电,.系统开
始工作。此时因市电开关未合
?地
市电检测电路输出为零,控制
?[
门关闭,使整相器输出为零。则
压控振荡器以固有的中心频率振
图2系框图
荡。经分频、或非后变成频率为50H2、相位相差180°的一对本机振荡方波值号。送入
驱动电略,驱动主电路按逆变模式工作,通过三端口CVT向负載供给稳定的50Hz正弦交
流电压。若合上市电开关。在有市电的情况下,取样电路从市电取样,送检测电路,其
输出变为高电平,此时两控制门被打开。经波形变换的交流5GHz方波信号与本机撮荡齐
波信号同时送入鉴相器进行比较。一旦两信号同频同相时,鉴相器发出同步指令至发
控制电賂,去触发静态开关,则市电经三端口CVT向负载供电。与此同时,触发控制
电路还发出指令。关闭或非门,停止输出逆变方波,主电路转为整流模式工作。市电经
三口CⅤT和整流电路对电池进行浮充电。
当市电突然发生故障时;市电检测电路输出又为零,使门控关闭,鉴相器出为
零。上速同步被破坏系统又转为逆变模式工作,负载由电池供电
市电恢复正常时,又将发生前迟的同步过程,系统再次转为市电供电。
3系统的主要环节分析
1三电
主电路包括功率转换电路和三端口恒压变压器两部分。为减化基极驱动电路,减小
驱动功率而又得到较大的输出功率,采用了推挽式功率转換电路,如图3所示。图中开
关管T、Tx的基极由驱动电路提供相位相差180°带死区的50Hz方波信号,使两管轮流通
斷,输入直流被转换成方波交流。
由于变压器漏感储能的髟响,T1、T2
集电极能产生高于电源电压2~3倍的尖峰
电压。为保护大功率管不被击穿,加了箝
位二极管D2、D2和阻容吸收回路R1、C:
R2、C2,为变压器溝慼储能提供了释放回
输出
A
路,集电极尖峰电压受到了抑制。、D
又兼作整流管,在市电供电时;通过D、
D2对害电池浮充电。
因8主电路
端口恒变压器为笆和磁分路恒压变压器,具有两个输入口,即市电输入口和
变输入口一个恒压交流総出国。该变压器经过特殊设计。输出口并联有谐摄电容及
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哈尔滨电工学院学报
第16
可控的谐振线图,逆变输入的方波交流,在其输出端能得到正弦之恒定的交流电压,且
对电网杂波和其他强力干扰源具有很强的抗干扰能力。
3·2控割电路
控制电路的作用是向驱动电路提供一对前沿陡绡,相位相差180°具有一定“死
区”且与市电同闬相并跟踪市电频率变化的短形脉冲列。一旦市电出现故牌或恢怎正
常时,控制电路能驱动静态开关,实现市电与逆变供电的快邀转换。
屯路主要有以下几部分
(1)检测与门牧电路如图4所
示。市电取样,一是用于波形变換,二
是用于捡市电有无。波形变换电路由
开环服幅放大器A2组成。它将50Hz正
P
弦波信号变成50Hz方波信号。电压检
测电路由全波整流电路和快速响应的有
源諶电路(图尘中的A1R21、R2、C)构
成。A1的输出即为门控指令。
图4检与门拉电路
(2)續同步与方就驱动电路在UPS系统中,一个主要的技术问题就是如何自动
控制备用电源的投入与去除。在理想情况下。应使逆変出与市电同频同相(即同步)y
但市电电?频率是波动的,为了同步,必须使逆变器揄出电压的率自始至终跟电网
频率。为此,这里采用了相同步技术。
锁相同步电路实质上是一个频率与位的反系统。基本结构框图如图5所示。图中,
入管号
出子
相.?医?,?k
图5·相框图
相器(PD》用来比校输入信号和从压控荡器(CO)反愤回来的输出信号之间的相位
差。PD输出一个正比于两信号之间相位差的误差电压,来调整厂CO的频率,以达到与
揄入信号同频屙相。设VCO的输出为
()= ecos[ot+pa()」
式中,当。0时。の2为VCO的固有振荡颚率。ga()为以四为基准时的瞬时相位。而输
人信号为
(:)=vu-sincod+i()]
式中,9()为输入信号以o为基准的角频率变化所引起的根位改变。当4(f)和。(f)同
时送人PD时。出得
な= 1ls /omin〔の。t+qp()cos[のt+po()〕
in[2a.t+ 9r(t)+o(A J
+sin〔9+()
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