PIC单片机在UPS电源中的应用

ByGrith4

[摘要] 主要是利用单片机控制UPS电源，对主电(市电)掉电的检测以及实现相位的连续和来电的切换;用软件控制
逻辑处理和时间控制电路。
; h+ ~0 S5 b9 N3 c8 W! t4 J[关键词] UPS电源;单片机;控制
(一)引言
. L, R: j7 \. y: B% n) o9 ?/ TUPS的中文意思为“不间断电源”，它可以保障电器
8 b/ k' u. d6 S; M- n系统在停电之后继续工作--段时间以使用户能够紧急存
盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。目前市售后
4 K# T1 ?: D0 _( `5 l7 A8 l备式方波UPS电源的性能存在一-些缺点， 例如,由于电路设计
4 K( d1 E2 q7 j: d+ N) l中未采取任何同步技术，在主备电切换过程中，若50Hz市
- {  i8 {2 @6 n! j2 \电正好与逆变方波反向相遇，有造成瞬间交流短路的危险:
. I- e( g  R  u5 z, F, r. ?0 W大多数后备式方波UPS无开机延时启动功能，如遇用户带负
载开机，容易引发逆变器故障:由于逆变输出的正、负方波
1 V) a* `9 C; e) S' i$ o" b* L电压脉冲之间最大可能有5ms的零电压时间,继电器也有5ms
! W' u" i( P* O6 q; e4 K1 b8 h的转換时间, 在最坏情况下，电源切换仍然会偶然出现计算
机工作程序中断和被破坏。此外，作为一台非智能裝置，也
  m3 ~( b% t7 X5 G不便于与计算机进行通信，方波输出频率与50Hz偏差较大:
电路基本上由中小规模集成电路构成，结构较复杂，调整较.
麻烦。而利用单片机控制UPS,前述UPS电源的一-些其他性能
* Q9 }6 M0 t9 b* u0 X1 |6 U" \! D缺陷在单片机控制系统中也可以比较容易地得到解决.
(二)主要特点
. V& o6 Y9 A9 P1.市电供电和逆E供电的同步切换
1 p7 n! X/ C: Q( V6 q4 O6 p单片机每lms采样-次市电幅 度，判断是否停电或欠压。
, W5 k( s3 x6 Y8 h6 r2 G) ?% P一旦确定市电停电，控制两路逆变管交替导通进入逆变供电，
0 B+ l) r, s7 U  [' g  R其中逆变第- -个半周的极性(正或负)和脉宽由停电时市电
  @" z& o0 }! F# {半周的极性和剩余时间确定，从而实现了同步切換:如市电
, T3 }" v4 T  Z. |发生欠压，单片机在过零后启动下一-个相反半周的逆变:市
6 F/ ^; z  t$ o/ Q' J1 M- k5 Y" x电恢复时，如两路电源不同步，则稍微修改逆变频率(周期),
5 K- ]: s% T* }* [3 h. y; [等待市电与逆变电压同步后，停止逆变，完成来电切换。采
/ J( ^) ^% ^! Y* F用以上同步切换方法，提高了后备式方波UPS电源转换的可
! _' X/ K- {. |2 i7 A- [9 g靠性。.
9 f# R- f) W+ n1 W# C$ j! T2.逆变过流保护
) b6 H& q+ Z% V0 B. ^; C在逆变电路中，推挽逆变管的任-路导通时，其末级晶
体管源级电阻上的电流随逆变输出电流的增加而增加，该电
阻上的电压经放大后送A / D转換器作为过流检测信号。一旦
3 C% D9 M" N8 o+ s& |确定电流超过额定值，立即停止逆变，驱动LED及蜂鸣器作
工作状态指示和过流报警。
3.书电池电压过低保护与1电池充电
! Z/ K9 g: N) f% U5 r$ Q4 k% Z蓄电池电压经分压后送A/D转换器。逆变供电期间，如
确定电池电压达到危险点(42V)以下,停止逆变,并发出声、
7 b  e/ a6 T+ e9 d# Y1 e" f% h) {光欠压报警信号。充电电路的充电绕组输出54 V交流电压，
/ F) R: E0 [! a经整流、滤波、稳压向蓄电池浮动充电，-旦转入逆变供电，
8 P  J9 [% e6 ?2 k/ I9 I& f- N
中止充电. .
6 c% }: v. u* ~(三)硬件电路设计
本电路的设计主要有电源电路、过流检测放大电路、电
1 C! @5 K5 @2 ]- f3 |6 q池电压取样电路、电池电压取样电路、逆变电路和单片机电
路组成，如图1所示。
图1硬件电 路设计图
1.电源电路
电源电路直接由48V 蓄电池供电，而不采用复合供电方
/ l3 c0 ~' v4 G( Q4 b! v. s式。这种设计方案电路简单，控制部分的功耗很小，主要是
降压稳压电路RI、ZI、 P和单片机ICl的耗电，其总电流小.
于10mA,这对于48 V 100 Ah的蓄电池来说是可以忽略的。
1 a7 d& B1 j' d2.过流检测放大电路
% x' Q# O" [$ h4 e: r蓄电池过流信号取自取样电阻器。该电阻器要求通过它
上面的电流为30 A直流时，压降为75 W，这也是标准直流
1 x6 K3 o" j) d! t$ V分流器产品。为将该电流取样电压放大到PIC16C71片内A/D
要求的电平,这里是利用单电源低功耗双运放LM358或LM258
接成失调电压补偿型直流放大器实现的。
  m: V/ K( ]( ~3.电池电压取样电路
电池电压取样主要是作为逆变时停止逆变以及有主电时
对蓄电池充电控制的依据，按密封免维护铅蓄电池充电规范，
7 E0 N3 f/ k% D" e1 }% S% q在电池电压低于47.5v时，应停止放电，立即充电。当充电
7 y7 e, b9 r9 g5 W. @/ J5 Z3 R至53 V时，应停止充电，充电电流应符合电池要求.来自蓄
7 h9 k  f3 B2 N! B& {电池的电压经分压滤波后模直接加到RAOWT拟输入端口，供.
! K7 k! k- a7 ?+ X; d  o% N# S+ MPIC16C71片内A/ D变換用。.
0 z1 t( F' S* @, p+ r8 T4 p4.逆变电路
逆变主电路由逆变晶体管、电源变压器、激励脉冲驱动
; B- r0 P* E$ y' H8 U' h器组成。逆变晶体管采用功率，这是一-种 单极型的电压控制
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蓄电池过流信号取自取样电阻器