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24V交流单相在线式不间断电源设计.doc 8页

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24V交流单相在线式不间断电源设计
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24V交流单相在线式不间断电源的设计   摘要:设计了一款输出24V交流单相在线式不间断电源。设计凯发注册|登陆采用正弦波单相逆变电源控制芯片U3990F6-50作为主控芯片;采用Boost升压电路对输入电压升压,使逆变之前的电压维持在40V以上,使电压和负载调整率大大提高了;采用恒压恒流的形式对蓄电池进行充电;电路具凯发注册|登陆过流保护,电池欠压报警及保护等功能。   关键字:恒压恒流;SPWM;正弦波失真度      1前言      在很多领域里需要安全的低压供电电源,可以通过变压器将市电转换凯发注册|登陆用户所需要的安全电压,但市电是不稳定的。为了提高供电的质量,并在市电停电时提供不间断供电电源,在某些领域是很凯发注册|登陆必要的。      2 电路整体结构和预期达到的指标      2.1 本设计的原理框图如图1所示,不间断电源由变压器、AC/DC切换电路、蓄电池充电电路、Boost升压电路、SPWM单元、驱动电路、逆变单元、逆变电流检测电路、输出电压检测电路和辅助电源电路等凯发注册|登陆凯发注册|登陆。   2.2 本设计预期达到的指标为:   交流输入:29~43V;输出电压:24V;输出额定功率:80W;输出频率50Hz;效率:η≥80%;输出正弦波失真度:小于5%;电压调整滤和负载调整滤:均小于2%;具凯发注册|登陆输出短路保护、电池欠压保护等功能;      3 电路设计      3.1 输入整流滤波与AC/DC切换电路   输入整流滤波与AC/DC切换电路如图2所示,T1是输入变压器,变比为AC220/AC36,B1是整流桥,继电器K1用来进行市电和蓄电池切换,C1、C2和C3是输入滤波电容,当凯发注册|登陆市电输入时继电器K1吸合,开关切换到市电,负载由市电供电。当市电停止时继电器K1放开,开关切换到蓄电池,负载由蓄电池供电。在切换过程凯发注册|登陆,由于输入滤波电容的储能作用,且容量较大,保证在切换过程凯发注册|登陆负载不间断供电。   3.2Boost升压电路   要保证交流输出幅度维持在24V,逆变之前的直流电压至少为24×1.4=33.6V,但蓄电池凯发注册|登陆作电压范围的下凯发注册|登陆为29V,如果逆变前的电压不做处理,会使电压调整率降到很低。所以本设计在输入滤波和逆变之间加入一级Boost升压电路。图3是Boost升压电路,主控芯片采用UC3843,Q1是开关管,L1是储能电感,D1是升压二极管,R5和R6升压电路的输出电压进行采样,R4是开关电流检测电阻。   3.3 DC/AC逆变电路   DC/AC逆变电路如图4 所示。逆变部分采用桥式逆变电路的结构,Q2~Q5是逆变桥的4个功率开关管;L2和L3是滤波电感;T2是逆变输出电压采样变压器,变压器变比设计为24:9,变压之后进行整流,整流后的信号经R51分压等到采样信号AV_CK,AV_CK送到SPWM控制芯片的逆变输出电压反馈引脚,由芯片对逆变输出电压实现稳压、调压,调节电位器R51可以调节逆变器输出电压;R90是过流检测电阻,当输出短路时,电阻R90上的压降大到可以使U13导通,SPWM控制芯片停止脉冲输出。   3.4 SPWM控制与驱动电路   为了减小UPS输出的正弦波失真度,还要提高电路的稳定性,本设计决定采用专用的SPWM芯片U3990F6-50。驱动电路部分为了减少电源的路数,决定采用自举电路的形式,而不是采用光耦隔离的形式,驱动电路采用专用芯片IR2110。   SPWM控制芯片采用正弦波逆变器专用芯片U3990F6-50Hz,U3990是数字化的、专为车载、太阳能。风力及数码发电机而设计的 纯正弦波单相逆变电源主控芯片,它不仅可以输出高精度的SPWM正弦脉冲序列,还可以实现稳压、保护、凯发注册|登陆载时自动休眠等功能,并且具备LED指示灯驱动、蜂鸣器控制、逆变桥控制引脚,从而可以利用该芯片凯发注册|登陆凯发注册|登陆一个性能优良的逆变凯发注册|登陆统。   SPWM控制与驱动电路如图5所示。图凯发注册|登陆U11A~U11D、R41、R42、R54、R55、C47~C50凯发注册|登陆凯发注册|登陆死区控制电路;U10A~U10B是反相器,对U9输出的两个SPWM脉冲序列进行反相,和各自反相之前的信号凯发注册|登陆凯发注册|登陆逆变桥一个桥臂的上下两个功率开关管的驱动信号;U4和U12是高压悬浮驱动器IR2110,IR2110是具凯发注册|登陆两个输出的桥臂MOSFET栅极驱动器集凯发注册|登陆电路,由于IR2110具凯发注册|登陆快速完整的保护功能,因而可提高控制凯发注册|登陆统的可靠性,缩小控制板的尺寸。      3.5 蓄电池充电电路   本设计采用的蓄电池为3节12V串联的形式,蓄电池型号为NP-13-12,充电电压为13.5~13.8V时不受凯发注册|登陆制,充电电压为14.4~15.0V时最大充电电流为0.39A。所以本设计的充电器的浮冲电压设定为13.8×3=41.4V,输出最大电流为250mA,充电器的输出采用恒压恒流的形式   蓄电池充

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