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      山特C3KSUPS電源電路工作原理分析

      發布時間:2019-05-31點擊量:4


      山特C3KSUPS電源電路工作原理

      1功率級電路工作原理

      1) 充電器電路

      如圖2所示,市電經P(L)、P(N)進入功率板做為充電器的輸入電源, 經由BR01、 VM208、 U206、 TX1、U202、U203等構成隔離反激式變換器,轉換為直流電壓對電池充電。為確保電池壽命,充電器輸出電壓必須保持穩定,調整VR301可得到110V的充電電壓Uch,同時TX1的副邊還為功率因數校正電路提供驅動電源PFVCC+、PFVCC0、PFVCC-;該反激式變換器由開關型PWM集成電路UC3845 (U206)控制,CPU通過(加在TLP521上的)信號控制UC3845的工作。當有市電時,TLP521截止,

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      充電器電路

      UC3845起振,正常工作,給蓄電池充電;當無市電時,TLP521導通,將定時電容(C221A)對地短路,UC3845停振,從而停止充電,同時功率因數校正電路也停止工作。(2) 開機電路

      如圖3所示,直流、交流開機均是在接到由CNTL板送來的開機信號后,用一個高電平(電池電壓或充電電壓)去觸發Q8的基極,使Q8導通,給工作電源的集成控制片U302送去工作電壓,使U302開始工作,轉換成多個直流電源,并用其中的+24V電源繼續維持Q8的導通狀態,開機動作完畢。

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      3 開機電路

      3輔助電源電路

      如圖4所示,電池電壓、充電電壓由TX3056腳輸入,經由U302、VM3、TX305等所構成的開關電源電路,產生多組相互隔離的逆變器所需的工作電源IGBT12V、IGBT5V及控制工作電源24V、12V,其中12V電源再經由U311(7805)產生5V電源供控制板或其他控制集成電路作工作電源。

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      輔助電源電路

      4) 斬波器電路

      如圖5所示,由TX501、TX502、VM501、VM502、VM503、VM504、VM505、VM506及控制元件U501組成的升壓斬波電路,將單一的直流電壓(電池電壓)轉換為高壓正負直流電壓。當市電中斷時,此直流電壓通過VD501、VD502、VD503、VD504、VD505、VD506、VD507、VD508和電感L501、L502送至±DC BUS(±400V)繼續提供電源給逆變器, 使供電不致中斷, 并用U501                             

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      斬波器電路
      來控制 DC BUS 輸出電壓, CPU進行設定并控制,不需人工調整。CPU通過U501SG3525)的OFF端控制該直流直流變換器的工作狀態。當市電正常時,關閉集成控制片SG3525,使斬波器不工作,只有在蓄電池供電時,該斬波器才工作。

      5功率因數校正電路

      如圖6所示,輸入交流電經CT2,電感L1、L2,整流橋BR02、VM1A、U305、U10組成升壓斬波電路,在電容C320、C332、C334、C338C313、C321、C333、C335上產生±370VBUS電壓作為逆變器輸入,經逆變器的轉換,產生正弦交流輸出。與此同時,UC3854將檢測市電電流和市電電壓,對功率元件進行控制,使輸入電流的波形與電壓波形相近,相位相同,以提高輸入功率因數,避免對電網產生諧波干擾。穩定的DC BUS有助于穩定交流輸出電壓,因此要特別注意DC BUS電壓的穩定和準確。本機由CNTL直接根據輸入交流電壓的高低和當前±BUS電壓高低進行控制,不需人工調整DC BUS電壓。

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      功率因數校正電路

      6) 逆變器電路

      如圖7所示,C320、C332、C334、C338C313、C321、C333、C335VM12、VM13VM5、VM7組成半橋式逆變器,L5、L6、L7C11、C12組成低通濾波器,在CNTL所產生的PWM信號控制下,經由U2、U3隔離驅動,推動半橋逆變器兩功率管工作,產生正弦波輸出。

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                    逆變器電路                                  輸出電路

      7) 輸出電路

      如圖8所示,當CPU檢測到逆變器工作正常后,發出INRLY信號,使RL04切換到逆變器輸出,反之,則仍由旁路輸出,逆變器和旁路輸出電壓通過CN17L、CN17N向負載供電,并由CT1VD61、VD62、VD63、VD64、R71進行負載偵測,將L.C+、L.C-送到CNTL板,供面板顯示及其他保護用。

       

      2控制板電路工作原理

      1)輸入CPU的各監測信號電路

      (a) 過零產生器電路

      市電過零產生器和逆變器過零產生器均采用此電路,如圖9所示。220V交流市電輸入經R61送至運算放大器U5的反相端,R59、R60設置U5的靜態工作點,組成交流差動放大器,輸入為正弦波,輸出為方波。另由C55R61組成濾波器,濾掉輸入正弦波的高頻諧波,VD13將電位減少至約340mV,并通過C22濾波使其輸出方波波形更加完美。CPU通過對該方波零點的偵測(即通過對兩次上升沿下降沿的偵測)可以確定其相位與頻率,CPU根據所測得的相位來設定逆變器的相位,以達到同相的目的。

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                    過零產生器電路                           10  電流峰值保護電路

      (b) 電流峰值保護電路

      此電路為典型的比較器電路,如圖10所示。通過(PSDR)送出CT1偵測的負載電流,將其轉換為直流電壓信號,經R82送至U7的同相端,并在反相端設一閾值電平+5V,R84為上拉電阻,將U71腳置為高電平;R85為限流電阻,將信號送至U44腳。在正常帶載工作時,CT1偵測的負載電流信號為小于5V的直流電壓量,故U7的輸出為一低電平,使U4不致被復位;當UPS超載或在瞬間投入大容量整流性負載或大容量電感性負載時,CT1偵測的直流電壓會高于+5V,從而使U7的輸出為高電平,將U4復位,進而關閉PWM信號,UPS停止工作,此時面板上55%負載燈和FAULT燈會一起亮,蜂鳴器長鳴。

      保護點設置為峰值電流額定電流=31。

      C1k額定輸出電流為4.5A; C2k額定輸出電流為9.5A;C3k額定輸出電流為13.6A。

      (c) 輸出電壓監測電路

      逆變輸出及市電電壓監測均采用此電路,如圖11所示。此電路采用運放進行全波整流,220V交流從INV.L端輸入。在市電正半周時,經R43、R42、R34分壓,由INV.V輸出至CPU,因U3反相端電壓比同相端電壓高,其輸出為低電平,VD10反向偏置,故U3在正弦波正半周時不起作用;負半周時,同相端電壓高于反相端,U3輸出為高電平。VD10正向偏置,將此高電位輸出給CPU,從而使INV.V為一全波整流脈動波形(市電電壓偵測電路在          11.png 11  輸出電壓監測電路
      PSDR 板上結構與INV.L一樣)。CPU會根據INV.V偵測值來判斷逆變器是否已達到穩定。

      (d) 溫度監測電路

      如圖12所示。當溫度正常時,+5V通過溫控開關(PSDR散熱片上)加至R14,R14GND之間接有C34和熱敏電阻NTC1,因而輸入到CPU的是高電平;當本機溫度過高時,溫控開關斷開,+5V中斷,溫度信號變為低電平。CPU識別此信號后,發出過熱保護報警信號,UPS關機;如果溫控開關失靈,當溫度過高時,NTC1將會隨溫度上升而減小阻值,漸漸將溫度信號拉為低電平,直到CPU識別溫度信號,做出相應保護動作(其中溫控開關的動作溫度為80,高電平>3.5V,低電平<1.5V)。

       

      (e) 自動開機及開機消音、自檢電路

      此電路包括手動開機、自動開機、開機消音、開機自檢          12.png 12  溫度監測電路
      四種功能,如圖13所示。

      開機過程用手觸摸面板上SWON開關約1秒,電池電壓從CN116腳送到15腳,SWPOWERSW1接通(SW1SW-ON為同一信號),此信號分為兩路傳遞:VD2PSDR板的Q8基極,且PSDRZD01(12V穩壓管)工作,將SW-ON電壓箝位于12.45V左右,使Q8導通,啟動工作電源產生電路,產生CPU及逆變器工作所需的各種電壓在; R15、 R16 分壓約為5.5V電平送入CPU作為SWSTUTS      13.png 13  自動開機消音、自檢電路
      (開機命令),命令CPU進行開機,并將此命令狀態存貯于CPUEPROM中,做自動開機之用。

      自動開機CPU接到SWSTUTS信號后,將此信號狀態存貯于CPUEPROM中。當機器因電池電壓低等原因關機,若故障消除后,CPU根據存貯的信號狀態自動啟動UPS。

      開機消音在電池供電時,蜂鳴器會根據電池電壓監測值鳴叫,以表示電池容量情況,若再按SW-ON1秒,SWSTUTS信號第二次送入CPU,CPU接受此信號后,操作蜂鳴器,使之停止鳴叫,若再按SW-ON1秒,則蜂鳴器又開始鳴叫。

      開機自檢每次工作模式轉換都會對系統進行自檢,表現形式為面板負載指示燈開始時全亮,再逐個熄滅。

      (f) 輔助電源監測電路

      如圖14所示,此電路給CPU提供工作電源5V,當控制電源12V/5V發生故障時,CPU將被復位或停止工作。此電路采用LM393運放作為比較器,由12V直流電源經R77、R80分壓后得到約6V的電壓,送至U7的第5腳即運放的同相端,與反相端的5V進行比較。正常情況下,運放的輸出經R78上拉電阻箝位為5V,若12V電源因某種原因低于10V5V電源因某種原因高于5V,則運放的輸出會變為低電平,CPU將停止工作。當CPU第一次收到此電路產生的+5V信號時,處于復位狀態,對系統自檢。                   14.png 14  輔助電源監測電路

      (g) 基準電源產生電路

      如圖15所示。該電路的作用是給CPU內的A/D轉換器提供高穩定度的5V直流電源,PSDR的+5V7805產生,其誤差范圍為2%~4,A/D轉換器的5V要求誤差小于1%時才能保證其轉換精度。此電路采用TL431穩壓,12VR53、R54、R13分壓,設置TL431R端電位為2.5V,則從VRH端就能得到高穩定度的5V電壓。

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      15  基準電源產生電路                       16  振蕩器電路

      (h) 振蕩器電路

      由晶振XL1及輔助元件C40、C41、R12組成的振蕩器電路,產生高穩定度的振蕩頻率,其振蕩頻率為6.37MHz,如圖16所示。

       

      2CPU輸出控制及保護電路

      (a) I/P繼電器驅動電路

      此電路為典型的開關線路,如圖17所示。當CPU監測到有市電輸入, 且控制電源正常時, 會發出一個高電平信號給VM3的門極,使VM3導通,I/P繼電器通電動作。當出現短路錯誤或充電故障時,CPUVM3的門極置低電平,I/P繼電器信號中斷,I/P繼電器復位,將旁路和逆變器切斷。

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      17  I/P繼電器驅動電路                    18  O/P繼電器驅動電路

      (b) O/P繼電器驅動電路

      此電路為典型的開關線路,如圖18所示。當CPU檢測到高壓直流電壓及逆變器電壓正常時,會給VM2的門極送入一個高電平,VM2導通。O/P繼電器線圈一端接INV.RLY,另一端接24V直流。當VM2導通時,INV.RLY-變為低電平,線圈加電,O/P繼電器動作。

      (c) 蜂鳴產生電路

      如圖19所示,CPU根據監測到的工作狀態,發出相應觸發信號,使Q1導通,從而控制蜂鳴器的工作模式:
      四秒一響——直流放電
      一秒一響——電池電壓低
      半秒一響——過載
      長鳴——短路故障                                                  19.png 19  蜂鳴產生電路

      (d) 逆變器參考波產生電路

      CPU通過監測市電電壓的零點(頻率與相位)與逆變電壓的零點,輸出幅度正比于市電電壓和逆變電壓相位差的控制信號PW2(來自CPU),經C5、R23低通濾波后,再送到U3組成的波形轉換電路,將PW2方波變為正弦波,使其成為調整逆變電壓相位和市電電壓相位同相的參考波,如圖20所示。

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      20  逆變器參考波產生電路

       (e) 逆變器誤差放大器電路

      INVERTER.1端經R24、R25分壓后,與參考波相減作為誤差放大器的輸入。VR1用來調整U3放大器的工作點,如圖21所示。

      21  逆變器誤差放大器電路圖                    22  三角波產生電路21.png     .

      (f) 三角波產生電路

      如圖22所示,從CPU內發出38.4kHz的時鐘信號送入Q6的基極,經幅值變換后送入4013,分頻為19.2kHz,經C19、R45送至由U3、C13、R44、R49組成的積分器進行積分,將方波積分為三角波,送入PWM產生電路。

      (g) PWM產生電路

      如圖23所示。此PWM產生電路采用三角波調制法來實現:比較器U5的同相端為三角波,其反相端為基準正弦波。當三角波大于正弦波時,U5輸出一個寬度為三角波大于正弦波部分所對應時間間隔的正脈沖,此正脈沖分兩路傳遞,一路經R12U2與門緩沖整流,R20、C2、VD7使PWM信號上升沿平緩、下降沿陡峭,再送入U2(4081)的另一個與門,其輸出做控制極。為增大信號驅動能力,4018后接2003作為PWM-輸出級。另一路先送到反相器LM339的反相端進行反相,然后與PWM-一樣產生PWM+信號。由CPU送來的PWM OFF信號與U4輸出信號經2003非門輸出,作為與門4081的一個輸入端,控制PWM信號產生:正常時該輸入端為高電平,有PWM信號產生;當UPS出現故障時,該輸入端為低電平,關閉PWM信號。

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      23  PWM產生電路

      (h) RS232電源產生電路

      如圖24所示。從功率板引出H.F.POWER-、H.FPOWER+(圖中49、50)兩個信號作為TX1的輸入電壓,產生供RS232用的±10V,同時產生-8V作為U5、U3的負基準電源。由于有了這個電路,RS232接口的1腳就不必再接DTR,只要UPS工作,此接口就處于隨時發送、接收的熱狀態。

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      24  R232電源產生電路


      地址:上海市長寧區臨虹路280弄3號 電話:021-37567677 手機:13774331779
      公司名稱:山特UPS電源(深圳)銷售有限公司 技術支持:山特電源[山特電源] 備案號:15011598  
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