基于STM32的ups不間斷電源設(shè)計-電氣121李承永

1、青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)、國防軍工、政府部門的各個領(lǐng)域要保障計算機信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全、可靠運行，就離不開UPS不間斷電源，這已成為信息業(yè)界乃至各行各業(yè)的共識。根據(jù)UPS間斷供電的原理，本文以提高UPS的可靠性為基本點，從UPS電源裝置的結(jié)構(gòu)和形式來考慮其設(shè)計方案。整個UPS主電源裝置由整流/充電器、逆變器、靜態(tài)旁路、維修旁路等部分組成。整流/充電器（包括蓄電池）為UPS提供在線工作的能量輸入；逆變器為UPS提供在線工作的高質(zhì)量的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電輸出；靜態(tài)旁路為UPS*整流/充電器或者逆變器故障情況下提供旁路工作電源，逆變器供電和靜態(tài)旁路

2、供電之間可實現(xiàn)不間斷供電切換；維修旁路為UPS定期檢修或故障維修時提供旁路電源?；陔娫醇夹g(shù)的高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化的發(fā)展方向，本文結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)以及信息處理技術(shù)的最新發(fā)展， 利用微機作為控制核心， 研究和開發(fā)大功率（10kVA以上）在線式智能UP2間斷電源。關(guān)鍵詞：UPS,電力電子技術(shù)，微機控制，智能青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）ABSTRACTWiththedevelopmentofthecomputertechnology,thenetworktechnology,communicationtechnology,inallthefieldsofthenationalecono

3、my,nationaldefenseandwarindustry,governmentministries,theymustdependonUPS(UninterruptiblePowerSystem)BytheprincipleofUPS,thispaperconsidersthedesignschemefromitsstructureandformatforincreasingitsreliability.Themainpowerdeviceismadeupofrectifier,charger,inverter,staticbypass,maintenancebypass.Rectifi

4、erandcharger(includingstoragebattery)offertheenergyinputofUPSwhenitisonline.InverterofferstheCVCF(ConstantVoltageandConstantFrequency)ACoutputwhenUPSisonline.Staticbypassoffersonlinebypasspowersupplywhenrectifier,charger,orinverterresultsinfaults,andtheswitchingbetweeninverterandstaticbypassisnotint

5、erruptible.MaintenancebypassoffersbypasspowersupplywhenUPSneedsrepairingorMaintaining.Basedonthedevelopmenttrendofhigherfrequency,modularization,digitalization,andgreennessforpowertechnology,thispaperisrelevanttotherecentdevelopmentofmodempowerelectronicstechnologyandinformationprocessingtechnology,

6、andhasstudiedtheabovemiddlecapacity(Above10KVA)onlineintelligentUPS,usingmicroprocessorascorecontrol.Keywords:Keywords:UPS,PowerElectronics,Intelligent,ComputercontrolII青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄摘要IABSTRACTII第一章概述11.1UPS的發(fā)展11.1.1.UPS的發(fā)展過程11.1.2UPS的發(fā)展前景21.2研究目的和意義21.3本課題的任務(wù)和要求31.3.1.本課題的任務(wù)31.3.2本課題的要求3第二章系統(tǒng)整體設(shè)

7、計方案42.1UPS不間斷電源原理42.1.1.負(fù)載不間斷電源的原因42.1.2不間斷電源的原理42.2系統(tǒng)整體設(shè)計原理框圖52.3整流/充電器設(shè)計方案62.4逆變器設(shè)計方案62.5旁路電源設(shè)計方案7第三章整流/充電器的設(shè)計83.1整流器/充電器主回路設(shè)計83.1.1.整流變壓器的設(shè)計83.1.2直流濾波電抗器和濾波電解電容的設(shè)計83.1.3主回路電路93.2整流器/充電器控制設(shè)計93.2.1.微處理器93.2.2整流器/充電器的微機控制系統(tǒng)103.2.3整流器/充電器控制軟件設(shè)計13第四章逆變器設(shè)計144.1PWM逆變器原理144.1.1.逆變電路144.1.2基不出PWM逆變器和PWM波的

8、生成方法154.2 UPS逆變器主電路設(shè)計15III青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）4.2.1.PWM三相IGBT逆變橋電路164.2.2靜態(tài)逆變器輸出變壓器和開關(guān)174.3 UPS逆變器控制電路的設(shè)計184.4 UPS逆變器控制軟件設(shè)計194.5靜態(tài)旁路的基本原理204.6 UPS靜態(tài)旁路主電路20第五章結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24IV青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章概述電源問題一直是人們比較關(guān)心的問題。有一些重要的的設(shè)備，除了電源指標(biāo)，還關(guān)注電源的質(zhì)量，就是能穩(wěn)定和連續(xù)性的提供電能。由于設(shè)備提供的電流容易不穩(wěn)重或不見，就會制造很大的破壞，以至于無法補回。幸運的是不問斷電源UPS（Uninte

9、rruptiblePowerSystem）為這一麻煩的克服帶來了希望。1.1UPS的發(fā)展1.1.1 UPS的發(fā)展過程60年代初UPS一開始是由旋轉(zhuǎn)的電動機供給能的UPS,不斷依賴于供給的動能。 最早的UPS輸出的穩(wěn)定性是依靠慣性短期干擾電壓的突變；不間斷是依靠飛輪的斷電后的慣性作用延長它供電的時間。其實，這樣的UPS的后備它的時間很短（通常低于5秒），所以都慢慢來用備用的電源，這是很早的UPS,如圖1-1所示的圖。雖可依賴增加容量，增長備份時間，但是轉(zhuǎn)換率很低，所以內(nèi)燃式UPS系統(tǒng)應(yīng)運而生。動態(tài)UPS大型的設(shè)備，使操作不靈活和低效，聲首大。隨著電力電子學(xué)的不斷發(fā)展，靜態(tài)的ups慢慢出現(xiàn)它使用半

10、導(dǎo)體的器件，控制制電路，這是目前絕大多數(shù)UPS的概念模型，如圖1-2所示的典型框圖圖維修旁路開關(guān)靜態(tài)開關(guān)圖1-1靜態(tài)UPS典型框圖青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）靜態(tài)UPS作品有在線式和后備式，這兩個結(jié)構(gòu)基本一樣，不同之處在于后者的工作原理是在正常時在旁路的工作，而前者在逆變器出現(xiàn)問題時，供電就有旁路來完成。一般來說，從各個方面分析來看，在線式更優(yōu)越。UPS的裝機的容量在持續(xù)變大，成為來增大容量或冗余系統(tǒng)的完美選擇。因為單相出進(jìn)讓市電配送變得異常麻煩，所以UPS的三相輸入應(yīng)運而生，其高達(dá)60KVA以上的最大容量，該單相輸出UPS當(dāng)您切換到旁路，相應(yīng)的市電會特別超載，所以廠家引入三相UPS的產(chǎn)品出來

11、，有三相負(fù)載100%不平衡的產(chǎn)品，如IPM,BORRI,邁斯納，SAVIN等公司。最近出現(xiàn)了中斷電池系統(tǒng)UBS（不間斷電池系統(tǒng)）。它總結(jié)了動態(tài)和靜態(tài)UPS的優(yōu)勢，但是噪音有點大，主要用來野外等環(huán)境糟糕的地方。1.1.2 UPS的發(fā)展前景在開發(fā)過程中可以從UPS的上面可以看到，UPS經(jīng)過這么長時間的發(fā)展， 已經(jīng)發(fā)展成為很大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括農(nóng)業(yè)，林業(yè)，交通等領(lǐng)域；后備時間從一開始的幾秒到現(xiàn)在的極限是甚至幾十小時；尤其是從意義上的技術(shù)內(nèi)容上，從原來的單獨的機械到包括所有現(xiàn)代電子技術(shù)。電力電子功率器件的高頻和模塊讓UPS產(chǎn)品尺寸減少很多，但保證了可靠和效率可以穩(wěn)定提升，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。引入微處理

12、器硬件和軟件，可實現(xiàn)智能化的UPS?？梢詾閡ps數(shù)字化，智能化打下堅實的基礎(chǔ)。1.2研究目的和意義一開始UPS產(chǎn)品由于電子和相關(guān)技術(shù)的限制，技術(shù)和待機時間等方面的水平比較差，因此主要是計算機備用的電源，其他的行業(yè)很少涉及，普及率非常低。然而，隨著個人計算機應(yīng)用和信息處理技術(shù)日益普及和發(fā)展，人們越來越希望有高品質(zhì)電源。此外，國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多關(guān)鍵設(shè)備都需要高品質(zhì)的供電。因此，高性能，高可靠性的UPS逐漸受到關(guān)注。從通信行業(yè)乃至新興的信息產(chǎn)業(yè)全部采用UPS不間斷電源。事實上，UPS發(fā)展近40年，各項性能都差不多，只是除了以創(chuàng)新性和可靠性水平的變寬功能。伴著在UPS計算機的發(fā)展，UPS已不再只是一

13、個簡單的電源，只用來保護(hù)服務(wù)器，而是可以用來保護(hù)整個網(wǎng)絡(luò)。用戶想要的UPS是電力網(wǎng)絡(luò)異常時，可以繼續(xù)運行而不中斷，而不僅僅是保護(hù)特定的設(shè)備。智能UPS是在這個要求下發(fā)展的。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）1.3本課題的任務(wù)和要求1.3.1本課題的任務(wù)本課題以交流24伏不間斷電源為主要設(shè)計對象，分析ups的基本原理，熟練掌握stm32系列單片機的使用，軟件和硬件相配合，通過整流、逆變、穩(wěn)壓等電路部件，實現(xiàn)了在電力供應(yīng)不正常狀態(tài)時快速輸出穩(wěn)定的交流24伏，是電機能正常運轉(zhuǎn)，不至于出現(xiàn)生產(chǎn)故障的情況。1.3.2本課題的要求當(dāng)電網(wǎng)供電正常時，電源經(jīng)過降壓穩(wěn)壓電路后，一部分給電機供電，使其能正常工作；另一部

14、分通過整流穩(wěn)壓電路，在充電管理電路的作用下給電池充電。正常市電220伏輸入，經(jīng)降壓變壓器降壓后輸出24伏，一路直接供給電機,一路接入整流穩(wěn)壓電路，輸出平穩(wěn)的直流24伏給電池充電，當(dāng)單片機檢測到充電完成后充電管理模塊給出提示。當(dāng)電網(wǎng)突然停電或者波動太大時，電池輸出的直流24伏經(jīng)過逆變模塊后快速供給電機，使之能在停電時正常運轉(zhuǎn)一段時間。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第二章系統(tǒng)整體設(shè)計方案UPS不間斷電源不間斷供電是指當(dāng)AC輸入電源異?；蛲ｋ姡娫催€能向負(fù)載供電，也能確保電源的質(zhì)量，負(fù)載供電不受到干擾。當(dāng)主電源故障或著異常時，蓄電池放電，電池替代整流器，直流輸入到逆變器提供電力給負(fù)載，以確保不間斷的以

15、及質(zhì)量。如果繼續(xù)分析，要是想確保電源的不間斷電源的質(zhì)量和負(fù)載的供電，可靠的UPS電源裝置的是必不可少的，因為只有在電源裝置的可靠性增加的前提下，才會保證負(fù)載電源供電的質(zhì)量和不間斷，這要從不間斷電源的原理如下分析基礎(chǔ)上，提出如下方案。2.1UPS不間斷電源原理2.1.1負(fù)載不間斷電源的原因電源負(fù)載間斷原因是多方面的，總結(jié)起來有：(1)AC輸入電源發(fā)生突然斷電。這種突然停電有很多原因，比如：用戶故障使電力跳閘；閃電引起的跳閘，因雷擊或電源線斷裂造成短路；鳥害造成斷裂跳閘臺風(fēng)或颶風(fēng)都會刮斷電源線等。(2)AC輸入電源突然停電。(3)電源出現(xiàn)故障停止供電。所以，該解決方案必須由上述三個主要的原因下手。

16、2.1.2不間斷電源的原理(1)正常情況下如果AC輸入的電壓異常，或整流器出現(xiàn)問題時，如果整理器沒有輸出，那么該電池是由整流器自動替換為直流輸入電壓，逆變器能直接運作。電網(wǎng)恢復(fù)正常時，整流器可以繼續(xù)工作。(2)當(dāng)逆變器出現(xiàn)問題時， 圖2-1所示UPS不間斷電源結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)持續(xù)供電那么方法有：第一，供給備用的逆變單元；第二是供給一種輔助電源旁路。特別是：a,如果有一個逆變備份單元時，當(dāng)有問題的變頻器，立即切換到備用設(shè)備，以確保不間斷的供電，然后加載仍然得到穩(wěn)定的交流電壓；b.如果你有一個靜態(tài)旁路輔助電源，變頻器有問題時，快速切換到靜態(tài)旁路供電，然而，負(fù)載獲得的電源質(zhì)量相對差很多，卻保障了不間斷供

17、電給負(fù)載。如果逆變器問題解決，它就可以繼續(xù)運行。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)(3)如果交流電源輸入時有問題，逆變器出現(xiàn)問題，這個時候需要保證ups負(fù)載還能供電，用逆變器和旁路。當(dāng)逆變器恢復(fù)正常時，向負(fù)載供電通過旁路；或者經(jīng)過逆變器的電流。(4)電源單元需要看情況定時維護(hù)，則要斷開逆變器，靜態(tài)旁路，然而還是要以確保不間斷向負(fù)載提供電作為前提。本設(shè)計從不間斷電源的原理看，想出以下整體方案。2.2系統(tǒng)整體設(shè)計原理框圖該設(shè)計是雙重的：首先，保證穩(wěn)定的UPS輸出，就是輸出電壓和頻率要維持穩(wěn)定;第二個是持續(xù)的UPS的輸出，也就是保證不間斷的供電。設(shè)計的重點就在于這兩個關(guān)鍵點：(1)電池是電網(wǎng)故障時電能供應(yīng)

18、的保障；(2)逆變器輸出電壓恒定頻率的核心，同樣是UPS的中心，使用冗余備份裝置以確保不間斷向負(fù)載提供電；不間斷電源輔助電源的情況下(3)旁路輔助電源的作用是當(dāng)檢查維修UPS時，可以給電路提供不間斷的電源?；谏鲜銮闆r，進(jìn)行以下的設(shè)計原理框圖(圖2-1):圖2-1系統(tǒng)整體設(shè)計原理框圖輸入青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）2.3整流/充電器設(shè)計方案整流器和充電器在設(shè)計中應(yīng)該是被當(dāng)作一個整體來考慮的。 高功率整流和充電的需要，由受控，三相全控橋整流器充電電路設(shè)計可控硅整流單元，這個設(shè)計更可靠還并減少了成本?？刂齐娐酚胹tm32單片機。如圖所示2-2主回路電路原理圖。圖2-2顯示了通過空氣開關(guān)KK,快速熔

19、斷器KRD,整流變壓器隔離降壓,然后再經(jīng)過三相全控橋整流。工作電源2-2整流/充電器的設(shè)計方案2.4逆變器設(shè)計方案如圖2-3,從整流器/充電器DC輸出的逆變器輸入，根據(jù)SPWM的輸出脈沖產(chǎn)生SPWM逆變器控制系統(tǒng)的三相IGBT逆變橋模式完全控制的控制， 濾波后會有穩(wěn)壓恒定的市電頻率的正弦交流來輸出。SYNRDUdSTM復(fù)整流復(fù)整流/ /充電控制系統(tǒng)充電控制系統(tǒng)T數(shù)字給定數(shù)字給定工作方式選擇工作方式選擇狀態(tài)信號狀態(tài)信號Ii變器輸青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）圖2-3逆變器設(shè)計方案2.5旁路電源設(shè)計方案電源旁路指的是使用靜態(tài)旁路靜態(tài)開關(guān)之間完成同時開關(guān)逆變器電源及旁路。 由于動作在幾毫秒內(nèi)飛速，不間

20、斷電源不滿足要求，但是靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通和斷開只用幾十微秒的時間，所以它可以完成不間斷供電負(fù)荷。電源檢修維護(hù)時旁路供電。旁路通常由主電源服用。圖2-4是UPS的旁路系統(tǒng)的方案。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第三章整流/充電器的設(shè)計3.1整流器/充電器主回路設(shè)計整流/充電電路用的是三相橋式全控制整流電路，它的設(shè)計的電路原理如下3.1.1整流變壓器的設(shè)計從前面看到的那樣，通過空氣開關(guān)和保險絲三相電網(wǎng)電壓，串聯(lián)連接在變壓器的初級側(cè)的星形/三角形連接。這屬于整流變壓器，與普通電力變壓器不一樣。整流變壓器的作用(1)可擴展整流電路的晶閘管控制角的調(diào)整范圍并改善調(diào)節(jié)。(2)從角色中分離。讓整流電路和電網(wǎng)分離，使得

21、直接電接觸不會在它們之間發(fā)生，因此降低了電網(wǎng)干擾整流器/充電器的影響，還降低了對其它電力設(shè)備干擾。(3)降低電壓。3.1.2直流濾波電抗器和濾波電解電容的設(shè)計1.濾波電抗器LL的作用(1)平定濾波。包含整流電壓逆變器和電池不好交換部件，使用兩個反應(yīng)器中的可釋放能量存儲的能量的特性，獲得在L的反應(yīng)器中降低整流電壓脈動。(2)自由轉(zhuǎn)動的作用。(3)限制升高的短路電流率。借助電抗器電流的訪問之后不會激變的反應(yīng)器的特性，開始保護(hù)整流器。8青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)2.濾波電容CC是高容量電解電容，有平波效果3.1.3主回路電路3.2整流器/充電器控制設(shè)計主回路設(shè)計整流器/充電器之后，然后就是設(shè)計控制

22、的電路。所以要求有：(1)晶閘管觸發(fā)控制電路，以與觸發(fā)脈沖的主循環(huán)同步地輸出電路；(2)在整流輸出的尺寸可以調(diào)整；(3)保證整流器，逆變器和電池；(4)整流器要有一個順利啟動，所以調(diào)整啟動的速度；3.2.1微處理器本設(shè)計考慮到各個方面的原因，最終選用stm32單片機作為微控制器。它是以設(shè)計為專門為ARMCortex-M3內(nèi)核設(shè)計的高性能，低功耗，低成本的嵌入式應(yīng)用的要求。它的性能如下：(1)核心：ARM32位Cortex-M3的CPU,頻率72MHz的最高工作頻率，1.25MIPS/MHz的。(2)內(nèi)存：閃存集成在芯片上32-512KB。(3)低功耗：低功耗模式：睡眠，停止待機模式。由于這些方

23、面，整流/充電器控制電路的主題用于STM32單片機作為主微機控制系統(tǒng)。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)3.2.2整流器/充電器的微機控制系統(tǒng)1.控制原理整流器/充電器在不間斷電源ups的整流器，在供應(yīng)逆變直流輸入之外，還要給電池充電關(guān)于如何調(diào)整整流電路的輸出給出以下說明?？傊鶕?jù)本整流器/充電器主回路電路示于圖3-2。下面的圖描述的元件:S4S61S2圖3-2整流/充電器的主回路電路圖在圖3-1中，連接到所述整流器的輸出端的負(fù)載后：UD=1.35Ulcosa2.34U2cosa(3-1)UD是整流器輸出直流電源的平均值;UL整流變壓器初級線電壓；U2相整流變壓器次級電壓：這可以從3-1中得到，通

24、過調(diào)整來調(diào)節(jié)可控硅整流輸出的角度。整流器和逆變器之間的直流相對來說是和固定的，以便有助于變頻器的操作，在設(shè)計和使用PID控制算法的引入負(fù)反饋電壓。2.主控電路的設(shè)計復(fù)位圖3-3電路。原理：復(fù)位信息由復(fù)位電路來接受硬件或者軟件，將會使?jié)撛诘膯纹瑱C的復(fù)位引腳變?yōu)榈碗娖健?5RRESETj4 4=c=cSSA圖3-3STM32單片機復(fù)位電路運用電阻器的壓降，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器獲得的。基準(zhǔn)電壓源是LM336-5.OV如圖3-4所示的應(yīng)用電路。使用8MHZ振蕩電路的振蕩頻率，振蕩的電容選用33pF。+15+15R1CL工卜M336-JM336-JSSA10青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)圖3-4參考電壓電路3.脈

25、沖輸出與同步電路設(shè)計如圖3-1,為保證閉合橋式的整流器功率共陽極和共陰極組設(shè)置了晶閘管后,或因為后電流斷續(xù)器可以再次接通時，兩個組必須在圖開啟。晶閘管觸發(fā)脈沖同時施加。脈沖寬度的觸發(fā)脈沖減少雖然一半的數(shù)量，但為了防止脈沖變壓器，這將不可避免地變大芯體積，這些繞組的匝數(shù)，數(shù)飽和，會增大漏感，造成陡前沿沒有達(dá)到脈沖的，來增多電磁線圈的情況也許會發(fā)生改變，但時這個裝置復(fù)雜化。從微控制器stm32單片機高速輸出的脈沖。同步從A相輸入相的主回路取電路，如圖3-6:VCC圖3-5脈沖輸出電路圖3-6同步電路4.測量和信號采集電路的設(shè)計收集計算電路的必要性體現(xiàn)在測量結(jié)果和保護(hù)。使用CPU的微控制器STM32

26、12位A/D轉(zhuǎn)換器和運算功能可以輕松處理測量和保護(hù)設(shè)置。然而，該信號必須是成通過信號調(diào)節(jié)微控制器，它需要滿足幾個條件：(1)非負(fù)信號，振幅不能大于5V;(2)到微控制器的輸入信號是一個電壓信號；(3)輸入信號和微控制器之間工作不影響。11青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）所以，對于AC信號，還要涉及交替非問題負(fù)信號的信號轉(zhuǎn)換。來自傳感器的信號，由于諧波干擾信號，不可以立刻送入單片機，受濾波，緩沖和其他部門的存在傳輸。如圖3-7。圖3-7直流采樣電路5.信號輸出電路的設(shè)計保護(hù)繼電器開關(guān)量輸出，光板，壓力開關(guān)。類似的輸入開關(guān)，開關(guān)量輸出光隔離帶動了其他行業(yè)。電路開關(guān)輸出如圖3-8所示：UL141UL14

27、1；圖3-8開關(guān)量輸出電路6,工作電源設(shè)計本裝置的電源單元是不用說的， 所以該電源一定是可靠的和準(zhǔn)確的對功放電源的操作，在圖3-9的電路中可以得到。圖3-9放大器工作電源電路12青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）3.2.3整流器/充電器控制軟件設(shè)計本文是在基礎(chǔ)上開發(fā)出來的DC充電裝置中進(jìn)行，所以它是電器。該設(shè)備是目前在許多地方使用。13UPS整流器/充青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第四章逆變器設(shè)計4.1PWM逆變器原理4.1.1逆變電路1.三相橋式逆變電路最基本的逆變器電路其實是橋式電路。如圖4-1示。這個數(shù)字代表實際的開關(guān)電路S1-6電子功率器件。按照的規(guī)則開閉就可以讓直流轉(zhuǎn)換成交流開關(guān)。圖4-1三

28、相橋式逆變電路原理圖現(xiàn)實中，換向電路或著控制脈沖可完成開關(guān)的切換。換流器電路的重要性體現(xiàn)在，實際的電路開關(guān)功率電子設(shè)備不是該打開和關(guān)閉也可以在某些控制的條件下進(jìn)行的理想開關(guān)。不管是全控或半受控電力器件，僅需要在適當(dāng)?shù)男盘柦o控制電極，可將其打開；然而當(dāng)關(guān)閉的情況不同的是，該設(shè)備可以由柵極信號其關(guān)閉被完全控制，半控裝置一定要采取一定的措施，它使外部條件或關(guān)閉。關(guān)于該裝置的自關(guān)斷能力，換向可以單獨完成，稱為換向裝置；不然必須依靠其他方式來實現(xiàn)減刑。2.控制方式典型的控制電壓源逆變器是分階段和PWM控制。PWM(脈沖寬度調(diào)制)，是脈沖寬度調(diào)制控制模式時逆變器電路關(guān)斷裝置被控制以輸出很多相等的幅度和脈沖

29、寬度范圍，而非正弦波或需要波形。按照規(guī)律，每個脈沖寬度調(diào)制，可使逆變器輸出電壓的大小發(fā)生變化，輸出頻率是也可變的。它也有如下特點：(1)逆變器輸出的波形和正弦波類似；(2)動態(tài)的響應(yīng)非?？?；(3)高功率因數(shù)。14青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）4.1.2基礎(chǔ)PWM逆變器和PWM波的生成方法1 .PWM控制其基本原理窄脈沖的脈沖相等和不同的形狀施加到慣性部分， 它的效果是基本相同的輸出相同的響應(yīng)波形的一部分。這一結(jié)果是PWM控制的很重要的一個前提。下面來簡述PWM控制的原理。圖4-2PWM控制的基本原理示意圖2.使用stm32單片機產(chǎn)生SPWM波據(jù)以上得到的原則，我們選擇stm32生成SPWM波形。

30、圖4-3顯示W(wǎng)FG的框圖。入DCfOOS一1升壓：匹覦1嗎波波j 工PWM1REFI電壓墨憚TL.MJIJJ1R承）圖4-3stm32產(chǎn)生SPWM波形原理框圖4.2UPS逆變器主電路設(shè)計許多形式結(jié)構(gòu)，它是反相器電源電路的主電路。有兩種三相逆變器的單相逆變器，逆變器的容量，容量和小容量逆變器。按照使用的不同類型的電源設(shè)備和不同形式的逆變器的主電路配置的的可分為單相橋逆變器晶體管逆變器，三相橋式逆變器，逆變器控制；根據(jù)控制方式，可以分為最新提出的逆變器的不同階段，PWM逆變器，逆變器控制相移SPWM。在實踐中，該電路結(jié)構(gòu)是多15青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）(b)個單相或三相橋式逆變器電路。在現(xiàn)實中

31、，這個電路結(jié)構(gòu)是單相或三相橋式逆變電路。4.2.1 PWM三相IGBT逆變橋電路1.電路框架橋式電路普遍的運用到PWM逆變電路里。根據(jù)要求，本設(shè)計需要大容量，所采用了三相橋式逆變器。2.控制方式UPS輸出波形不同，控制也不經(jīng)相同。比如，輸出波形是分階段方法可以是一個方波，SPWM調(diào)制型PWM正弦波輸出。此設(shè)計使用SPWM控制的正弦波。3.逆變器的篩選逆變器裝置有很多種類，有之前的晶閘管，還有現(xiàn)在比較流行的功率晶體管，以及雙極型器件。4 .IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計當(dāng)作為開關(guān)器件的電力電子功率器件，使之安全和可靠，一個重要環(huán)節(jié)就是驅(qū)動電路的選擇。開關(guān)裝置的不同取決有使用的功率是否一樣，因此要用驅(qū)動電

32、路的功率器件進(jìn)行組合。圖4-5中的周邊電路。圖4-5利用EXB841組成IGBT驅(qū)動電路16青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)在EXB841外部電路，并連接到1W5.1V齊納二極管Z1的功率。這可以預(yù)防毀壞驅(qū)動器塊，而且還可以更有用地驅(qū)動和關(guān)斷IGBT。EXB841工作電源到+20V,而不是普通的功率輸出值。本設(shè)計使用了特別定制的DC/DC電源模塊。DC輸入從系統(tǒng)工作+24V/0.5A(到GND)開關(guān)電源。5.IGBT保護(hù)電路設(shè)計IGBT的正常與否直接影響著逆變器是否正常工作， 是由于它是到反相器的致命的損傷，有必要保護(hù)IGBT,因此它的重要性也是不言而喻。過流，過壓，過熱等一般IGBT保護(hù)，設(shè)計保

33、護(hù)電路，還要采取相應(yīng)的防護(hù)措施，保證IGBT正常。(1)對過電流保護(hù)。(2)當(dāng)IGBT關(guān)斷速度的過電流保護(hù)。(3)過電壓保護(hù)。下面可用于IGBT。如圖4-6緩沖電路實現(xiàn)過壓保護(hù)。4.2.2靜態(tài)逆變器輸出變壓器和開關(guān)1.采用隔離變壓器濾波器用SPWM調(diào)制波形，可以方便的得到正弦濾波器。和UPS的輸入和輸出隔離，因此可以讓它們不會直接的電接觸，減少連接到-Y類型相互干擾的訪問頻率逆變器電路隔離變壓器輸出端。還有，隔離的漏電感變壓器本身有一定量的分布電容和變壓器的漏電阻的是一種天然的低通濾波器，從而消除了沉重的輸出濾波器的需要，將過濾正弦波失真最小的。這是因為該逆變器被連接到變壓器原三角形，而且變壓

34、器輸出連接器Y型。2.靜態(tài)開關(guān)17青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)為了保證不間斷供電開關(guān)逆變器和使用靜態(tài)開關(guān)技術(shù)之間的靜態(tài)旁路。綜合來說，所用的逆變器電路的主電路來獲得此UPS,圖4-7示。在圖4-7,I-LEM分別和V-LEM霍爾電流，電壓傳感器。變頻器采用IGBT模塊雙機切換設(shè)備。T1用于頻隔離變壓器。靜態(tài)開關(guān)和一對反快速品閘管的聯(lián)系。3 .3UPS逆變器控制電路的設(shè)計逆變器完成逆變器控制和調(diào)節(jié)器的主電路，并使輸出電壓和頻率保持穩(wěn)重。逆變器控制電路和功能的要求如下：(1)三相互補SPWM正弦脈寬調(diào)制脈沖的輸出；(2)以控制和調(diào)節(jié)大小的逆變器輸出的電壓和頻率；(3)保證輸出電壓和頻率穩(wěn)定性；(4

35、)在變頻器軟開啟控制變頻器的開啟時間，啟動電流限制；(5)輸出和市電電壓鎖相同步。1.測量和信號采集電路的設(shè)計相位和頻率測量電路是采用STM32單片機來完成的。如圖4-8所示電路:a18青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）圖4-8頻率和相位測量電路2.信號輸出電路的設(shè)計包含開關(guān)量輸出繼電保護(hù)信號和輸出信號作為狀態(tài)指示燈，燈板。開關(guān)通過隔離的光學(xué)器件，比如接入到驅(qū)動電路輸出諸如繼電器輸出電路。設(shè)計STM32微控制器端口，其他端口是一個標(biāo)準(zhǔn)的12通道I/O口輸出。3.反饋電壓調(diào)節(jié)器電路設(shè)計和逆變器UPS設(shè)備的設(shè)計原則：除了不停向負(fù)載供電，還要當(dāng)它正在尋求交流輸入電源或負(fù)載的變化，應(yīng)該有一個持續(xù)的的輸出電壓

36、。但是，整流器原本是逆變器的輸入，一直在發(fā)生變化；時間相同的變化負(fù)荷給逆變器帶來不穩(wěn)定的輸出所以簡單地變動調(diào)制深度系數(shù)Q可以調(diào)整逆變器的輸出基波振幅的高低。4 .4UPS逆變器控制軟件設(shè)計其主要作用是完成初始化模塊相關(guān)的微控制器的初始化設(shè)置， 包含有關(guān)端口頻閃功能，波特率設(shè)置通信模式的篩選，還有中斷使能。UPS真塊功能顯示輸入和輸出電流，電壓，和其他狀態(tài)信息，還有信息的保護(hù)，以及鍵盤和合作的實時顯示，實現(xiàn)人機界面的保護(hù)。數(shù)據(jù)采集功能模塊執(zhí)行所測量的信號的采樣為八個中斷周期。運行的數(shù)據(jù)處理模塊是基于一種算法， 采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 以得到基本上有效值信號被測定，作為其他的控制和基礎(chǔ)的保護(hù)。圖4-

37、9顯示了UPS逆變器控制主要流程：圖4-9UPS逆變器控制主程序流程圖19TL010.1畫4 4mHmHFIOJAF逆變輸出47/47/青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）1.數(shù)據(jù)采集模塊功能數(shù)據(jù)的采集是實現(xiàn)PTS中斷的信號被采樣的八個方式。實際的采樣周期需要12點，八個樣品同時和希望。2.SPWM脈寬調(diào)制波生成模塊通常,PWM波形發(fā)生器載波平率都會比調(diào)制波高好多倍，這可以保證低通濾波器的輸出電平可以通過調(diào)制頻率和有用的抑制載頻正弦電壓由被形成， 為期準(zhǔn)確知道的360度的正弓g控制PWM波的占空比確定。該方法可用在線計算程序，查表法。我們在這用的是查表的方法。按照正弦函數(shù)的反對稱性，我們要建成正弦函數(shù)

38、表0-180的。0.8數(shù)據(jù)安排的每一項， 每一個數(shù)據(jù)占用兩個字節(jié)，0度-180度總共有450字節(jié)。 如果U相指針SIN_PTR,V和W相，分別為指針SINPTR+240,SINPTR+120,數(shù)據(jù)表只有450個字節(jié)，超450字節(jié)和指針周期開始之初，在這里使用循環(huán)數(shù)據(jù)表。3.穩(wěn)壓穩(wěn)頻模塊UPS輸出電壓和頻率與變頻器直流輸入電壓的變化，包括在負(fù)載變化的變化，UPS必須穩(wěn)定地輸出電壓和頻率。調(diào)節(jié)器用于此目的和頻率穩(wěn)定回路部分。通過負(fù)反饋回路電壓調(diào)節(jié)功能，SPWM調(diào)制深度調(diào)整系數(shù)屋來實現(xiàn)。 通過改變SPWM載波頻率fc即改變半個周期的數(shù)量，以實現(xiàn)頻率穩(wěn)定功能。見圖4-14穩(wěn)頻子程序04.5靜態(tài)旁路的基

39、本原理如從圖5-1,用兩組靜態(tài)開關(guān)，通過靜態(tài)開關(guān)供電給負(fù)載。靜態(tài)旁路開關(guān)（一對反并聯(lián)品閘管快速做出決定的），而不是使用傳統(tǒng)的快速中繼方案之間的在線逆變器和主電源開關(guān)，它是未來的高功率和低功率UPSUPSa路設(shè)計明顯差別。4.6UPS靜態(tài)旁路主電路如圖5-4所示的主電路的UPS靜態(tài)旁路設(shè)計。青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）圖5-4UPS靜態(tài)旁路主電路21青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第五章結(jié)論UPS不間斷電源有許多實現(xiàn)方案，但在此次設(shè)計中采用的是適用于小功率的在線式不間斷電源，為了實現(xiàn)其功能，利用一個整流電路開始，在實際設(shè)計過程中，通過聯(lián)系實際生活中UPS必須解決的相關(guān)問題，在市電掉線的情況下也要保證穩(wěn)壓電源的有效輸出，必須