山特8222型UPS

1、山特8222型UPS是一款采用12V/7Ah蓄電池、輸出功率為300W/500VA的后備式方波輸出UPS電源，筆者測(cè)繪出其原理圖（見附圖）。圖中各處電壓值是UPS電源在市電正常供電且空載狀態(tài)下用500型萬用表測(cè)得的，其中括號(hào)內(nèi)的電壓值為UPS電源在逆變狀態(tài)下的數(shù)值。一、微處理器芯片82STK618-00305-00577和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路MC1413P各腳功能U1微處理器82STK618-00305-00577各腳功能見附表。引腳號(hào) 引腳功能1 5V直流電源輸入2 市電輸入電壓檢測(cè)信號(hào)輸入3 UPS輸出電壓檢測(cè)信號(hào)輸入4 逆變器故障信號(hào)檢測(cè)輸入5 電池電壓信號(hào)檢測(cè)輸入6 充電器開機(jī)/關(guān)機(jī)信號(hào)輸出

2、7 市電供電正常信號(hào)輸出8 逆變器供電指示信號(hào)輸出9 UPS自動(dòng)關(guān)機(jī)控制信號(hào)輸出10 抗尖峰抑制電路開機(jī)/關(guān)機(jī)信號(hào)輸出11 UPS逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出12 UPS逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出13 市電供電-逆變器供電控制信號(hào)輸出14 地線15 市電停電檢測(cè)信號(hào)輸入16 電池電壓過低自動(dòng)關(guān)機(jī)檢測(cè)信號(hào)輸入17 靜音測(cè)試18 自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)輸出19 自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)輸出20 自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)輸出21 UPS故障指示燈信號(hào)輸出22 報(bào)警信號(hào)輸出23 地線24 自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)輸入25 自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)輸入26 8MHz石英振蕩器輸入端27 8MHz石英振蕩器輸入端28 5V直流電源輸入U(xiǎn)2達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路MC14

3、13P為雙列16腳七組功率驅(qū)動(dòng)門組件，各腳功能：、腳是輸入，16、15、14、13、12、11、腳是對(duì)應(yīng)的輸出，腳為鉗位端，腳為接地端。與MC1413P可以互換的電路有：KID65003AP、LB1233、M54523P、ME5503、SN7568、TD621303P、ULN2003A、XR2203、UPC2003C。U1：82STK618-00305-00577U2：ULN2003AU4：LM324N 二、電路原理分析 該UPS電源電路主要由啟動(dòng)、供電轉(zhuǎn)換控制、自動(dòng)穩(wěn)壓、逆變驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)等電路組成。1、啟動(dòng)電路 接通電源開關(guān)K后，蓄電池E（12V/7Ah）通過開關(guān)K、C12、R28給Q

4、2 b極一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，Q2立即導(dǎo)通，05也跟著導(dǎo)通，蓄電池通過Q5 e-c極向后續(xù)各個(gè)電路供電。其中一路通過D12、R29等元件向Q2的b極供電，以確保Q2可靠導(dǎo)通，從而保證Q5能穩(wěn)定地向后續(xù)電路供電。蓄電池還通過開關(guān)K、R22、R21等進(jìn)入U(xiǎn)1 25腳，至此，啟動(dòng)過程結(jié)束，UPS電源開始進(jìn)入工作狀態(tài)。另外，此機(jī)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是不接通電源開關(guān)，只要將其電源插頭插入市電供電插座，其電路照樣能啟動(dòng)，蓄電池照樣被充電，但是這種狀態(tài)不具有后備功能。工作過程是：市電電壓經(jīng)R88R89、R65、R55、R64分壓限流后，將ZD1擊穿導(dǎo)通，Q3、Q5也隨之導(dǎo)通，蓄電池通過Q5向后續(xù)電路供電，電路轉(zhuǎn)到市電供

5、電工作（無后備功能）狀態(tài)。2、+5V供電電源的形成 +5V供電電源的形成由精密可調(diào)電壓基準(zhǔn)芯片U3、外圍限流電阻R52、分壓電阻R42、R41、濾波電解電容C13等元件完成。U3輸出電壓Vk=2.5（1+R42/R41）即為5V。+5V電源主要向微處理器芯片U1、光電耦合器U7（P521）等電路供電。3、蓄電池充電電路 在市電供電狀態(tài)下，電源變壓器B的-繞組電壓經(jīng)D26D29、C20整流濾波、U5穩(wěn)壓后，通過R47、D11向蓄電池E充電，充電電壓為：V0=1.25（1+R53/R54）即為17.5V。當(dāng)蓄電池E充滿電時(shí)，電池電壓檢測(cè)信號(hào)通過Q5 e-c極、R12、R11等元件進(jìn)入U(xiǎn)1腳，經(jīng)其處

6、理后，從其腳輸出高電平，使三極管Q6導(dǎo)通，充電電壓變?yōu)椋篤o=1.25（1+0/R54）為1.25V，D11反偏，從而使U5停止對(duì)蓄電池E供電，充電結(jié)束。4、UPS自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)電路當(dāng)電路出現(xiàn)逆變功率管短路、電池電壓過低等異常情況時(shí)，U1腳輸出高電平。并通過R15使Q4導(dǎo)通，從而使Q2、Q5截止，阻斷蓄電池向后續(xù)電路繼續(xù)供電，UPS電源停止工作。5、蓄電池電壓過低保護(hù)檢測(cè)電路 逆變過程中。當(dāng)蓄電池E電壓過低時(shí)，原來一直處于導(dǎo)通狀態(tài)的Q8截止、Q7導(dǎo)通，Q7 c極的低電平通過D6將U1 16腳電平拉低；同時(shí)還通過D13D15分別將Q11、015、Q13的柵極信號(hào)旁路掉，逆變器停止工作。UPS無輸出

7、。RL3處于釋放狀態(tài)，其觸點(diǎn)1-4通、1-3斷，市電暫時(shí)不向變壓器B供電。當(dāng)市電供電電壓恢復(fù)到電路設(shè)計(jì)值時(shí)，市電電壓經(jīng)R88、R89、R65、R55、R64分壓限流后，將ZD1擊穿導(dǎo)通，緊跟著Q3、Q2、Q5也隨之導(dǎo)通，此時(shí)，U1根據(jù)檢測(cè)到的市電供電正常信號(hào)，馬上恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，電路轉(zhuǎn)到市電供電工作模式，并向蓄電池充電。6、逆變輸出電壓自動(dòng)調(diào)整電路逆變器工作時(shí)，B次級(jí)的-繞組產(chǎn)生的反饋電壓經(jīng)D24、D25、R7、R6、C3整流濾波降壓后。輸出頻率為100Hz的方波反饋電壓進(jìn)入U(xiǎn)1腳，經(jīng)其內(nèi)部處理后，從其11、12腳輸出脈沖寬度可調(diào)的逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而自動(dòng)調(diào)整逆變輸出電壓的高低。當(dāng)UPS電源

8、的輸出電壓因某種原因下降時(shí)，經(jīng)整流濾波回路反饋到U1腳的電壓也將有所下降，經(jīng)其內(nèi)部處理后，從其11、12腳輸出的脈沖電壓的脈寬加寬，逆變器方波輸出脈沖寬度增寬使UPS電源的交流輸出電壓有效值增大。相反，當(dāng)由于某種原因致使UPS電源交流輸出電壓有所上升時(shí)，通過上述的反饋控制回路就會(huì)使得U1輸出的驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度變窄。使交流輸出電壓重新返回到設(shè)定值。7、驅(qū)動(dòng)MOS管短路保護(hù)電路 此電路由R17、R16、R31、R32、C9、D19、D20等元件組成。在逆變工作狀態(tài)，Q11、Q15輪流導(dǎo)通，U1的腳電壓維持在一個(gè)固定值上。一旦Q11、Q15短路，U1的腳電壓將迅速下降，這一變化經(jīng)其內(nèi)部處理后，馬上啟

9、動(dòng)故障保護(hù)電路，使腳輸出高電平，Q4導(dǎo)通，Q2、Q5截止，UPS自動(dòng)關(guān)機(jī)停止工作。實(shí)測(cè)U1腳為頻率為100Hz的方波電壓。也就是說只要逆變管中的任一臂出現(xiàn)短路，其方波電壓波形、頻率就會(huì)改變，就會(huì)引起UPS自動(dòng)關(guān)機(jī)。8、供電轉(zhuǎn)換控制電路 U4A及其外圍元件組成的轉(zhuǎn)換控制電路。將市電的正弦波信號(hào)變?yōu)橥l率、幅度為10V的方波信號(hào)，并從其腳輸出。當(dāng)市電供電中斷時(shí)，U4A腳輸出轉(zhuǎn)換的10V直流電壓，經(jīng)R48、R45等送入U(xiǎn)1 15腳，由U1處理后，由其13腳輸出高電平信號(hào)，再經(jīng)R9進(jìn)入U(xiǎn)2腳，由U2 14腳輸出低電平信號(hào)，經(jīng)R35、R34送入Q13的柵極，此時(shí)Q13截止，RL3處于釋放狀態(tài)，其觸點(diǎn)1-

10、4通、1-3斷，UPS電源轉(zhuǎn)換為逆變工作狀態(tài)?；螂m有市電，但市電電壓太低（低于165V）時(shí)，U1根據(jù)其腳市電輸入電壓檢測(cè)信號(hào)幅度變化情況，經(jīng)綜合處理后，也從其13腳輸出高電平信號(hào)，UPS電源同樣處于逆變工作狀態(tài)。當(dāng)市電恢復(fù)供電且電壓高于185V時(shí)，U1的13腳輸出低電平，進(jìn)而U2的14腳輸出高電平，Q13導(dǎo)通，RL3吸合，其觸點(diǎn)1-4斷、1-3通，UPS電源處于市電供電工作狀態(tài)。在市電供電工作狀態(tài)，U1的11、12腳將一直輸出高電平，Q9、Q11、Q12導(dǎo)通，Q11、Q15柵極被短路，逆變器停止工作。9、自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路當(dāng)UPS電源處于逆變工作狀態(tài)時(shí)。只要蓄電池供電電壓不低于極限工作點(diǎn)（10.

11、5V），UPS電源都能向負(fù)載提供有效值穩(wěn)定的交流電源。但當(dāng)UPS電源處于市電供電工作狀態(tài)時(shí)，為使UPS輸出電源不致于出現(xiàn)大的波動(dòng)，電路工作過程是：市電供電電壓通過R87R89、R63等送入反相比例放大器U4B腳，經(jīng)其放大，再經(jīng)U4C組成的電壓跟隨器后，變成頻率為100Hz的單向脈動(dòng)電壓，其中一路送入U(xiǎn)1的腳。作為市電輸入電壓檢測(cè)信號(hào)；另一路經(jīng)R24、D8等送入Q13的柵極。U1根據(jù)其、15腳信號(hào)電壓的變化情況，從其20、18腳輸出自動(dòng)穩(wěn)壓調(diào)控信號(hào)，送入U(xiǎn)2的、腳，并從U2的16、15腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制RL1、RL2吸合與釋放。從而達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的目的。實(shí)測(cè)當(dāng)市電供電電壓從低上升至185V左右時(shí)

12、，U1 13腳輸出低電平0V，RL3吸合，逆變停止，電路進(jìn)入市電供電工作狀態(tài)；當(dāng)市電供電電壓繼續(xù)上升至208V左右時(shí)，RL2吸合。其觸點(diǎn)3-1通，市電供電電壓經(jīng)RL1的4-1觸點(diǎn)、從RL2的3-1觸點(diǎn)輸出：當(dāng)市電供電電壓從208V左右下降至200V左右時(shí)，RL2釋放，市電供電電壓經(jīng)RLl的4-1觸點(diǎn)進(jìn)入B的腳，經(jīng)其自耦升壓后，從RL2的4-1觸點(diǎn)輸出；當(dāng)市電供電電壓上升至240V左右時(shí)，RL1、RL2均吸合，其觸點(diǎn)3-1通，市電供電電壓經(jīng)RL1的3-1觸點(diǎn)進(jìn)入B的腳，經(jīng)其抽頭、腳降壓后，從RL2的3-1觸點(diǎn)輸出，向負(fù)載供電；當(dāng)市電供電電壓下降至235V左右時(shí)，RL1釋放，RL2吸合，UPS輸出電壓等于市電供電電壓。10、狀態(tài)指示電路及尖峰吸收回路狀態(tài)指示電路由NORMAL（正常）、BACKUP（后備）、FAULT（故障）顯示電路組成，它們分別與U1的、21腳相連；報(bào)警鳴叫電路由U1的22腳、U2的、13腳及外圍電路組成。市電輸入端尖峰吸收回路由壓敏電阻MOV1、C31組成。其作用是把疊加在市電220V上的高壓尖峰所造成的瞬間大電流短路并導(dǎo)引到零線上。當(dāng)電網(wǎng)上的高壓干擾消除后，MOV1又恢復(fù)到它的正常特性，對(duì)市電電網(wǎng)不產(chǎn)生任何分流作用；UPS輸出端的尖峰吸收回路由R79、C30、D32D3