不间断电源中逆变单元的设计与实现【字数：11463】
摘 要随着时代的进步，电子科技也越发日新月异。这也就意味着需要一个更稳定、更可靠的供电电源，因此不间断电源系统（UPS）在各行各业使用得越来越频繁。而不间断电源系统的核心部分就是逆变单元。本文主要对涉及UPS的逆变单元的硬件设计。首先，列出并分析了逆变单元的结构框图，在结构框图的基础上对逆变单元的主电路和控制电路的硬件进行设计。其次，设计了一些辅助电路，例如，电压、电流采样电路和光耦合隔离电路等。最后，简单介绍了软件程序框架，随后通过主电路的仿真证明了此电路的可行性。
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 不间断电源的研究背景与意义 1
1.2 不间断电源的种类及其框架 2
1.3 不间断电源的研究基础、现状和发展趋势 7
1.4 不间断电源的逆变单元的研究目的、主要内容及参数 9
第2章 不间断电源的逆变单元的主电路硬件设计 10
2.1 逆变单元基本原理 10
2.2 不间断电源的逆变单元主电路设计 10
2.2.1 逆变单元的结构框图及分析 10
2.2.2 逆变单元的主电路 11
2.2.3 光耦合隔离电路 13
2.2.4 场效应管驱动电路 13
2.3 本章小结 14
第3章 不间断电源的逆变单元的控制电路硬件设计 15
3.1 逆变单元的控制电路设计 15
3.1.1 电压转换模块 15
3.1.2 主控CPU电路 15
3.1.3 电流采样电路 16
3.1.4 电压采样电路 17
3.2 控制参数设计过程 18
3.2.1 电流环参数设计 18
3.2.2 电压环参数设计 19
3.3 本章小结 19
第4章 不间断电源的逆变单元的软件程序框架及仿真设计 20
4.1 软件程序构架 20
4.2 不间断电源的主电路仿真 21
4.3 元件详细参数及主电路仿真结果 21
第5章 总结 24
参考文献 25
致谢 27 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第1章 绪 论
1.1 不间断电源的研究背景与意义
在当今的这个时代，由于人们对科技越来越重视，各种新兴技术得到快速发展，各种用电设备的数量急剧增加，对电源系统容量和稳定性的要求也越来越高。如今电网的供电质量的一般都不是很优质，电网频率和电压的剧烈波动，供电有时会出现瞬时中断和长期中断，以及在电网中偶尔出现的不在人们预计范围内和无法控制的扰乱和高能浪涌都有可能导致用电设备的运行出现问题、数据因意外产生缺失以及硬件在物理方面的损伤,从而导致无法挽回的负面结果。
为了一些对供电电源敏感的设备能够用上高质量、高稳定的电源，不间断电源系统，在通讯、导航、银行、军事、医疗等等各个重要领域起着至关重要的作用，其中最为关键的部分就是逆变部分。由于对供电系统容量和供电质量和稳定性要求的进一步提高，逆变电源发展的唯一目标不再是优化由于电网供电质量差而导致的电压和频率的不稳定，现在高性能的逆变电源的设计应该把目光放在高的地方：首先，效率、可靠性、稳定性、功率容量的提高应该放在首位；其次，降低电磁的干扰所造成的影响；再次，设法提高输入功率因数，降低输出阻抗；最后，实现不间断电源的模块化、智能化和网络化。显而易见一些老旧结构的UPS系统已经不能满足所有的要求了，除了之前所提到的系统可靠性设计以外，还有一个提高电源系统可靠性的重要手段——那就是在电源系统设计中同时采用并联冗余供电技术和容错技术。实验表明，解决这些问题的重要方法是N＋X冗余并联供电技术。
那么，不间断电源的研究意义是什么呢？大家生活中常常会遇到这样的问题，正在使用计算机完成一些重要的工作，突然而来的停电会使之前的努力付之东流。一些重要国家企业也无法离开电源的供应，但停电在所难免。正是这些需要，促使了不间断电源的诞生，它能有效地保护重要设备由于断电造成的损失，亦可为重要国家企业提供源源不断的电能
不间断电源，是一种含有储能装置的电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应电能，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对 电压过大和电压太低都提供保护。
时代在进步，人们生活的方方面面也越来越数字化、智能化，电能是一种十分重要的能源，而UPS不间断电源则为所有重要电气设备的正常运转上了一层保险。
此次设计，就是研究UPS的逆变单元，即由电池输出从直流电变为交流电的过程，从而可以使电池为不同的电气设备提供合适的交流电源。
1.2 不间断电源的种类及其框架
第一台拥有电子调节技术的UPS出现以后，在时间的长河中出现了一批又一批顶尖技术人员对UPS进行了改进，在这发展过程中研究出了下面的几种产品：普通离线式不间断电源、在线式不间断电源、铁磁共振式不间断电源、三端口式不间断电源和交互式不间断电源。如今有许多对于UPS的分类方式，但在这里着重主要介绍按电路主结构分类的UPS：
(1)后备式不间断电源也叫离线式不间断电源。它是指该电源在输入的电压、频率不超过计算出的范围时，直接用输入的交流电向负载供电，反之，用逆变器将直流电转化成交流电并向负载供电，输岀电压范围规定在220V±10%这个区间。离线式UPS是直接把输入线和输出线相连，主电源出故障就切换成蓄电池供电，这样的运行方式会产生致命的缺点——它无法为峰值电压和噪声提供根本上的保护。后备式UPS由一组蓄电池、逆变器、电压检测回路和转换开关组成。从直接市电供能切换到备用蓄电池供电还有大概7ms的延迟时间。
目 录
第1章 绪 论 1
1.1 不间断电源的研究背景与意义 1
1.2 不间断电源的种类及其框架 2
1.3 不间断电源的研究基础、现状和发展趋势 7
1.4 不间断电源的逆变单元的研究目的、主要内容及参数 9
第2章 不间断电源的逆变单元的主电路硬件设计 10
2.1 逆变单元基本原理 10
2.2 不间断电源的逆变单元主电路设计 10
2.2.1 逆变单元的结构框图及分析 10
2.2.2 逆变单元的主电路 11
2.2.3 光耦合隔离电路 13
2.2.4 场效应管驱动电路 13
2.3 本章小结 14
第3章 不间断电源的逆变单元的控制电路硬件设计 15
3.1 逆变单元的控制电路设计 15
3.1.1 电压转换模块 15
3.1.2 主控CPU电路 15
3.1.3 电流采样电路 16
3.1.4 电压采样电路 17
3.2 控制参数设计过程 18
3.2.1 电流环参数设计 18
3.2.2 电压环参数设计 19
3.3 本章小结 19
第4章 不间断电源的逆变单元的软件程序框架及仿真设计 20
4.1 软件程序构架 20
4.2 不间断电源的主电路仿真 21
4.3 元件详细参数及主电路仿真结果 21
第5章 总结 24
参考文献 25
致谢 27 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第1章 绪 论
1.1 不间断电源的研究背景与意义
在当今的这个时代，由于人们对科技越来越重视，各种新兴技术得到快速发展，各种用电设备的数量急剧增加，对电源系统容量和稳定性的要求也越来越高。如今电网的供电质量的一般都不是很优质，电网频率和电压的剧烈波动，供电有时会出现瞬时中断和长期中断，以及在电网中偶尔出现的不在人们预计范围内和无法控制的扰乱和高能浪涌都有可能导致用电设备的运行出现问题、数据因意外产生缺失以及硬件在物理方面的损伤,从而导致无法挽回的负面结果。
为了一些对供电电源敏感的设备能够用上高质量、高稳定的电源，不间断电源系统，在通讯、导航、银行、军事、医疗等等各个重要领域起着至关重要的作用，其中最为关键的部分就是逆变部分。由于对供电系统容量和供电质量和稳定性要求的进一步提高，逆变电源发展的唯一目标不再是优化由于电网供电质量差而导致的电压和频率的不稳定，现在高性能的逆变电源的设计应该把目光放在高的地方：首先，效率、可靠性、稳定性、功率容量的提高应该放在首位；其次，降低电磁的干扰所造成的影响；再次，设法提高输入功率因数，降低输出阻抗；最后，实现不间断电源的模块化、智能化和网络化。显而易见一些老旧结构的UPS系统已经不能满足所有的要求了，除了之前所提到的系统可靠性设计以外，还有一个提高电源系统可靠性的重要手段——那就是在电源系统设计中同时采用并联冗余供电技术和容错技术。实验表明，解决这些问题的重要方法是N＋X冗余并联供电技术。
那么，不间断电源的研究意义是什么呢？大家生活中常常会遇到这样的问题，正在使用计算机完成一些重要的工作，突然而来的停电会使之前的努力付之东流。一些重要国家企业也无法离开电源的供应，但停电在所难免。正是这些需要，促使了不间断电源的诞生，它能有效地保护重要设备由于断电造成的损失，亦可为重要国家企业提供源源不断的电能
不间断电源，是一种含有储能装置的电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应电能，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS设备通常对 电压过大和电压太低都提供保护。
时代在进步，人们生活的方方面面也越来越数字化、智能化，电能是一种十分重要的能源，而UPS不间断电源则为所有重要电气设备的正常运转上了一层保险。
此次设计，就是研究UPS的逆变单元，即由电池输出从直流电变为交流电的过程，从而可以使电池为不同的电气设备提供合适的交流电源。
1.2 不间断电源的种类及其框架
第一台拥有电子调节技术的UPS出现以后，在时间的长河中出现了一批又一批顶尖技术人员对UPS进行了改进，在这发展过程中研究出了下面的几种产品：普通离线式不间断电源、在线式不间断电源、铁磁共振式不间断电源、三端口式不间断电源和交互式不间断电源。如今有许多对于UPS的分类方式，但在这里着重主要介绍按电路主结构分类的UPS：
(1)后备式不间断电源也叫离线式不间断电源。它是指该电源在输入的电压、频率不超过计算出的范围时，直接用输入的交流电向负载供电，反之，用逆变器将直流电转化成交流电并向负载供电，输岀电压范围规定在220V±10%这个区间。离线式UPS是直接把输入线和输出线相连，主电源出故障就切换成蓄电池供电，这样的运行方式会产生致命的缺点——它无法为峰值电压和噪声提供根本上的保护。后备式UPS由一组蓄电池、逆变器、电压检测回路和转换开关组成。从直接市电供能切换到备用蓄电池供电还有大概7ms的延迟时间。
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