UPS电源控制电路设计

北京石油化工学院本科毕业设计（论文）开题报告题目名称：UPS电源控制电路设计题目类型：研究型学生姓名：霍达专业：电气工程及其自动化学院：信息工程学院年级：12级（专科起点）指导教师：郭屹松2014年3月19日UPS电源控制电路设计摘要UPS(UninterruptiblePowerSystem/UninterruptiblePowerSupply)，即无间断电源，是将蓄电池组与主机相连，通过逆变器等模块电路，将直流电转变成市电的系统设备。主要用于计算机网络系统或其它电子设备提供稳定且不间断的电力供应，是电信设备中的重要组成部分，其供电质量与可靠性对电信设备和系统运行状态有着极大的影响。本文简单介绍了不间断电源的结构和工作原理，并详细描述了不间断电源控制电路的组成与控制方法。其控制电路主要由自动检测和声光报警电路组成，自动检测部分由单片机配合ADC0809来实现，报警电路则由检测电路信号驱动蜂鸣器和LED灯来实现声光报警功能。这种不间断电源可以使台式计算机在断电状态下持续工作四个小时，且不受外界电压干扰。本设计具有结构简单，成本低廉，工作稳定可靠等特点。关键词：不间断电源，AT89C51,蓄电池，继电器UPSpowersupplycontrolcircuitdesignAbstractTheuninterruptedpowersupply,isconnectedbybatterywiththehost,throughtheinvertermodulecircuit,maketheDCintocitypowersystemequipment.Mainlyusedinpowersupplynetworksystemofthecomputerorotherelectronicequipmenttoprovidestableanduninterrupted,itisanimportantpartintelecommunicationequipment,thepowersupplyqualityandreliabilityhavegreatimpactontherunningstateoftelecommunicationsequipmentandsystem.Thispaperbrieflyintroducesthestructureandworkingprincipleofuninterruptedpowersupply,Andadetaileddescriptionofthecompositionandcontrolmethodofuninterruptedpowersupplycontrolcircuit.Thecontrolcircuitmainlybytheautomaticdetectionandalarmcircuit,theautomaticdetectionpartiscomposedofasinglechipwithADC0809toachieve,ThealarmcircuitiscomposedofadetectioncircuitsignaltodrivethebuzzerandtheLEDlamptoachievesoundandlightalarmfunction.Theuninterruptiblepowersupplycanmakethecomputerworkfourhourscontinuouslyintheoffstate,andisnotinfluencedbytheexternalvoltagedisturbance.Thisdesignhastheadvantagesofsimplestructure,lowcost,stableandreliablework.Keyword:Uninterruptiblepowersupply,AT89C51,Battery,Relay第一章绪论1.1概论现代电子设备通常是一个极为复杂的电子系统，它对电源质量的要求也越来越高。随着现代社会的发展，人们对供电可靠性要求也越来越高，在一些重要的电子系统、设备或仪器当中，要求供电系统不间断供电，例如通信、防盗、医疗、科研等系统的供电，如果一旦发生断电，将会产生一系列重大的事故。这些用户和设备除了要求供电系统不能断电外，通常对电源的供电质量要求较高，例如电压稳定，波形畸变小，并有一定的抗干扰措施等，这也是保证设备系统正常可靠地工作所必需的。本文简单介绍了不间断电源的结构和工作原理，并详细描述了不间断电源控制电路的组成与控制方法。该系统能在停电的状态下为交换机提供四小时的供电，且能实现不间断供电，对蓄电池具有自动检测和报警功能，以防止过充过放现象。1.2选题背景公共电网上存在着各种形式的干扰，除了供电中断可以明显察觉外，绝大多数是不易察觉的。然而，正是这种不易察觉的干扰对正常运行的电器电子设备存在着严重的威胁。这就使负荷与电网供电质量之问的矛盾日益加深。为解决这一矛盾，一种称之为UPS的新型供电系统迅猛发展并普及起来。UPS是英文UninterruptiblePowerSupply的缩写，即不间断供电电源，人们习惯将其将称为UPS。故此，UPS的功能除了是一个备用电源外，它还具备电力净化的作用。UPS电源以它可以同时向用户提供具有以下优点的高质量电源而独领风骚：输出电压的精度高，工作频率稳定，电压失真度小的纯正正弦波电源，输出波形不存在干扰以及不管市电是否正常，它都能够为用户提供高质量的无间断的交流电源。而且，随着高智能芯片以及先进你的IGBT驱动型脉宽调制技术的出现，UPS电源的可靠性达到极高的水平。UPS原本是一种使用范围很广泛的保障电力供应的设备，而在近几年来已经转化为以保护各类计算机系统为主要用途的设备，UPS在IT行业发挥着越来越重要的作用，被人们誉为计算机信息的保护神。在世界迈进信息时代之后，信息的安全问题已经被人们广泛关注，因此，在这种时代背景中，UPS的发展趋势引起业界的高度重视就是顺理成章的事了。有了UPS的精心呵护，计算机系统的数据安全性大大提高了，因此，UPS的问世深受广大用户的青睐。1.3设计主要内容及要求本设计核心内容为基于单片机的UPS电源控制电路，其主要实现的功能是当发生断电时自动切换UPS供电电源，当市电正常时备用电源处于浮充状态；当市电突然断电或电压不稳定时，备用电源启动。智能管理UPS电池的充放电时间，防止过充过放现象影响蓄电池寿命。过电流流保护，当电源发生短路现象时，自动切断电源电路切伴有声光报警现象。第二章系统概述2.1设计分析本设计主要的目的是实现UPS供电的自动切换与蓄电池自动充放电的的功能，此装置采用蓄电池组来实现供电电源，稳压电路则采用三端可调稳压器LM317芯片实现，自动检测电路采用模数转换器ADC0809采集外部电压，与AT89C51单片机内部设定的基准电压进行比较，当蓄电池组放电时，电压达到已设定的下限值时，控制继电器动作，停止蓄电池组放电，当电压达到正常时则开始放电；蓄电池组充电时电压达到已设定的上限值时，控制继电器动作，停止蓄电池组充电，在达到稳定时开始充电，这样便使蓄电池组始终处于浮充状态。当充电电流过大时，有断电保护，而三端可调稳压器LM317前设置有过流保护，达到定电流的目的。本设计中主要电路单元可分为稳压电路单元，保护电路单元和检测电路单元。2.2设计方案比较与论证方案一：采用电压比较器控制电压比较器的特点是：（1）控制电路比较复杂，使用的元件多，可靠性低调试和维修比较麻烦；（2）电压比较范围有局限性；（3）电压比较数据不精确；（4）成本低。方案二：采用单片机系统控制（1）控制电路相对电压比较起来说简单，且元器件少，可靠性高；（2）模块化设计，利于调试和维护；（3）电压比较范围大；（4）电压比较数据可精确设计；（5）相对电压比较器而言，成本略高。两种方案比较虽然基于单片机系统的检测电路在成本上会比电压比较器高一些，但在可靠性、便于调试与维护方面单片机略胜一筹，在加上起电压比较范围无局限，比较数据可精确设计，对于一些电能质量要求较高的设备而言，电压比较器无法满足其要求。综上所述，选择基于单片机系统的检测电路，即第二种方案。2.3系统框图及原理介绍2.31原理框图图2.1原理框图2.32各部分工作原理介绍由图2.1原理框图可一看到，此系统主要由主电路部分和控制电路组成。主电路分别由变压器，整流滤波电路，过流保护电路，直流稳压电路和单向导通器组成。控制部分主要是运用AT89C51单片机和ADC0809通过对蓄电池组的端电压进行采样比较，进而单片机输出高低电平，控制继电器动作，从而防止蓄电池组过放或过充的目的。变压器则是将市电转变成系统所需要的交变电压。变压器开关控制电路控制电路上限检测电路下限检测电路蓄电池组开关整流滤波电路直流稳压电路单项导通负载市电过流保护整流滤波电路，是将变压器所输出的交变电压转变为脉动直流电压，同时滤除直流电压中的交流成分，使脉动成分减小，使其变成平滑的直流电。过流保护电路，主要是针对由于负载电流的突然增大所采取的一种保护措施，当负载电流超过额定电流时，通过三极管的集电极进行分流，以便达到保护整个电路和电路元器件的目的。直流稳压电路，主要由LM317三端可调集成稳压器构成，根据设计指标要求来调节电压，LM317三端可调集成稳压器可以使市电电压或负载电流在发生变化时使输出的直流电压保持稳定。单向导通器，是为了防止电流倒灌，造成电路元器件损害而加装的，它是利用二极管的单项导通性，便可达到单项导通反向截至的功能。自动检测控制电路，是利用单片机控制继电器来实现的，通过ADC0809的采样转换把蓄电池的端电压输出单片机，与设置好的参考电压进行比较，输出高低电平进而控制继电器动作。当检测到蓄电池组因放电时间过长，而电压下降到预先设定的下限值时，单片机发出指令控制继电器动作，使蓄电池停止放电并开始充电；当蓄电池组电压充到预先设定的上限值时，单片机又发出指令，控制继电器动作停止充电，这样就可以防止过充和过放对蓄电池组造成的损害，从而可以延长其使用寿命。在自动检测实际应用电路中，由于蓄电池组存在一定的内阻，所以在其上下限检测时，要将其内阻阻值考虑进去，所以应该在上下限检测电路中添加一个回差补偿电路，在充电时补偿电阻被短路不起作用，放电时补偿电阻被接入回路，从而有效的消除电压回差。第三章单元电路设计由于本文主要描述UPS电源控制电路，故其主电路部分不再进行叙述，单元电路设计则只介绍稳压电路，过流保护电路和自动检测与控制部分。3.1过流保护电路