直流稳压暂态不间断电源设计.doc

1 引言当今时代，几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，来为用电设备提供能量，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。除了设计出质量优良的直流稳压电源，有事在市电掉电时用户需要在短时间内不能让设备停止工作，即：具有暂时不间断供电的功能，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压不间断电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/ A 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。在直流稳压电源的基础之上增加一个模块和蓄电池就可以满足暂时供电的要求而且价格相对市面上的交流低廉许多，而且可靠性强。传统的中文意思为“不间断电源”，是英语“Uninterruptible Power Supply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一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。它在计算机系统和网络应用中，主要起到两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统等需要不听点的场合应用提供高质量的电源，而本设计不用繁琐高价的设计也可满足上述要求。1.1 直流简介和交流UPS一样，直流UPS的关键是输入电压中断后的续能问题，但DCUPS是将变换后的直流电压直接送给用电负载。实现DCUPS最简单的方法是电网电压经过整流滤波稳压后与蓄电池并联。在输入正常时，电池处于浮充状态（R为充电限流电阻）；当外电网断电后，由电池经导流二极管向负载供电。该方案对于直流负载的显著优点是，不需要再二次逆变，效率高，可靠性强，成本低，并且蓄电池对负载的动态特性有改善作用。但不足之处是，当电池向负载供电时，电池电平不稳定逐渐下降，往往需要二次稳压。1.2 直流的发展前景几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源，在检定检修指示仪表时，除了要有合适的标准仪器外，还必须要有合适的直流电源及调节装置。当由交流电网供电时，则需要把电网供给的交流电转换为稳定的直流电。交流电经过整流、滤波后变成直流电，虽然能够作为直流电源使用，但是，由于电网电压的波动，会使整流后输出的直流电压也随着波动。同时，使用中负载电流也是不断变动的，有的变动幅度很大，当它流过整流器的内阻时，就会在内阻上产生一个波动的电压降，这样输出电压也会随着负载电流的波动而波动。负载电流小，输出电压就高，负载电流大，输出电压就低。直流电源电压产生波动，会引起电路工作的不稳定，对于精密的测量仪器、自动控制或电子计算装置等，将会造成测量、计算的误差，甚至根本无法正常工作。因此，通常都需要电压稳定的直流稳压电源供电。晶体管直流稳压电源可以作为各种晶体管仪器、仪表、电子计算机、自动控制系统与设备的直流电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。因此，晶体管直流稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器，直流UPS更是应运而生，在诸多场合得以应用！1.3 本设计所要实现的目标本设计可以完成输出级四路同时输出，且电压数值各异，因此末级加入DC/DC变换器。要求POmax=75W、四路输出，所以选用INTERPOINT公司的HR70328512，因为24V支路可浮地输出，故跨接在12V支路上。取输入电压UIN=24V，即蓄电池电平为24V。由于充电器采用LM217恒流，要求输入端电压UImin（27.51.252.5）=31.25V，还有一路其中：27.5V为蓄电池充电上限电压。2课题方案综述2.1课题目的本课题是设计一个直流供电系统，通过本设计了解直流稳压电源、UPS电源的工作原理，进而研究直流稳压电源不间断系统的设计方法，力争它的可实施性提高电源的性价比，与此同时，学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。2.2课题意义本课题是直流稳压电源的设计，同时加有部分特殊功能的直流电源，在当今直流电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低。后者以改变调整元件的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。这类电源功耗小，效率可达85左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。所以，80年代以来发展迅速。从工作方式上可分为：可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。斩波型。输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳定直流电压。变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出直流电压的目的。于此同时，本设计又具有不间断输出直流的作用，从而满足了一些特殊场合用户的要求。极具市场应用潜力！2.3课题思路本课题设计的主要思路是分模块进行设计分析，采用至上而下的方法先整体而后具体进行设计，本电路包括了变压模块、整流模块、滤波模块、稳压模块、充电电路模块、控制模块和蓄电池模块等几大模块，经过合理的有机结合组成了直流稳压暂态不间断电源。3直流稳压电路模块的介绍3.1变压与整流模块分析3.1.1变压器工作原理变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。通过线圈匝数比达到变压的目的，如图3.1所示。图3.1变压器原理3.1.2整流电路工作原理桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V，输入端是从变压器的输出端达到变压后的交流，而后交流电流经过整流电路现在常用到的是桥式整流，因为它的利用率高得到广泛应用，最终从桥式整流输出端得到波动比较大的直流。选用什么样子的整流电路要根据具体的电路要求来选择设计方案，分别是半波整流、全波和桥式整流。现在基本都是桥式整流，它具有比如效率高、稳定性好等等一系列优点，如图3.2所示：图3.2桥式整流原理3.2直流稳压模块分析3.2.1方框图及工作原理晶体管串联型直流稳压电源的典型电路方框图如图1所示。它由整流滤波电路、串联型稳压电路、辅助电源和保护电路等部分组成，如图3.3所示。图3.3直流稳压原理整流滤波电路包括电源变压器、整流电路和滤波电路。半导体电路常用的直流电源有5V、12V、24V、等额定电压值，而电网电压一般为交流220V，要把电网的交流电压变换成所需要的直流电压，首先要经过电源变压器降压，然后通过整流电路将交流电变成脉动的直流电，由于整流后的电压还有较大的交流成分，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。经过滤波电路后所得到的直流电压，虽然脉动小了，但是电压的数值仍是不稳定的，其主要原因有三个方面：一是交流电网的电压一般有10%左右的波动，因而会引起整流滤波输出的直流电压也有10%左右的波动；二是整流滤波电路存在内阻，当负载电流变化时，在内阻上的电压降落也会变化，使输出直流电压也随之变化；三是在整流稳压电路中，由于采用的半导体器件特性随环境温度而变化，所以也造成输出电压不稳定。稳压电路可以保持输出直流电压的稳定，使之不随电网电压、负载或温度的变化而变化。串联型稳压电路由调整环节、比较放大电路、取样电路、基准电压等部分组成。调整环节中的调整管是串接在滤波电路和负载之间，故称为串联型稳压电路。调整管相当于一个可变电阻，如果输出电压升高了，则其电阻值相应地增大，使输出电压降回来；反之，如果输出电压下降了，则其电阻值相应地减小，使输出电压有所升高。这样调整输出电压，使其维持不变，就可达到稳压的目的。取样电路用电阻分压的方法，将输出电压的变化按一定比例取样下来，为取样信号。基准电压是稳定而标准的参考电压。取样信号与基准电压同时加至比较放大电路进行比较，然后将两者之差进行放大，用放大后的电压去控制调整管的基极注入电流，从而改变调整管的直流内阻，调整输出电压稳定不变。为提高稳压器的性能，比较放大电路常采用两级差动放大器，放大倍数较大，控制能力较强，其次比较放大电路还要求零点漂移小，温度稳定性好。上述的整流滤波电路与串联型稳压电路合在一起，也称为主电源。其稳压原理是这样的：如果由于电网电压或负载变化而引起输出电压增大时，经取样电路产生的取样电压也增大，这时取样电压大于基准电压，其差值经比较放大电路放大后，经调整环节使调整管的发射结电压减小，其基极电流减小，调整管的直流内阻增大，其管压降就增大，从而使输出电压减小，维持了输出电压的稳定。同理，当输出电压减小时，通过类似过程，使调整管的直流内阻减小，其管压降减小，也将使输出电压回升，从而基本保持不变。直流稳压电源除了主电源，一般都有两组辅助电源。第一辅助电源由整流器和稳压器组成，其输出电压也相当稳定；第二辅助电源与主电源电路相似，也由整流滤波电路和串联型稳压电路组成，其输出电压很稳定。第一辅助电源的输出电压一方面作为保护电路的电源电压，另一方面与主电源的输出电压和第二辅助电源的输出电压正向串联后，作为主电源比较放大电路末级差动放大管的电源电压，为比较放大电路提供一个具有较高电压的稳压电源，使其增益较大，这样，就提高了主电源串联型稳压电路的调整灵敏度，进一步提高了其输出电压的稳定性。第二辅助电源的输出电压一方面作为主电源比较放大电路差动放大管的电源电压，另一方面通过分压电路输出稳定的电压，作为主电源比较放大电路的基准电压。在串联型稳压电路中，当过载时，特别是在输出端短路的情况下，输入直流电压几乎全部落在调整管的两端，这种过载现象即使时间很短，也会使调整管和整流二极管立即烧毁。因此，必须采用快速动作的过流自动保护电路。当过载或短路时，通过保护电路使调整管截止。这时，输出电压和电流基本都下降为零，起到保护作用。这种保护电路称为截止式保护电路。3.2.2串联型稳压电路图3.4所示是具有放大环节的串联型晶体管稳压电路。输入电压Vi是由整流滤波电路供给的。电阻R1、R2组成分压器，把输出电压的变化量取出一部分加到由T1组成的放大器的输入端，所以叫作取样电路。电阻R3和稳压管Dz组成稳压管稳压电路，用以提供基准电压，使T1的发射极电位固定不变。晶体管T1组成放大器，起比较和放大信号的作用。R4是T1的集电极电阻，从T1集电极输出的信号直接加到调整管T2的基极。图3.4串联稳压原理如果由于电网电压降低或负载电流增大使输出电压Vo降低时，通过R1、R2的分压作用，T1的基极电位VB1下降，由于T1的发射极电位VE1被稳压管Dz稳住而基本不变，二者比较的结果，使T1发射结的正向电压减小，从而使T1的IC1减小和VC1增高。VC1的升高又使T2的IB2和IC2增大，VCE2减小，最后使输出电压Vo升高到接近原来的数值。以上的稳压过程具有普通稳压电源的功能，它的具体过程如图3.5所示为：图3.5稳压过程同理，当Vo升高时，通过稳压过程也使Vo基本保持不变。比较放大器可以是一个单管放大电路，但为了提高其增益及输出电压温度稳定性，也可以采用多级差动放大电路和集成运放。调整管通常是功率管，为增大值，使比较放大器的小电流能推动功率管，也可以是二个至三个晶体管组成的复合管，如果调整管的功率不能满足要求时，也可以是若干个调整管并联使用，增加支路以便扩大输出电流。由于用途不同，取样电路的接法也不同：对稳压源，取样电阻是与负载并联；而对稳流源，取样电阻则是与负载串联。有些电子设备需要大小相等而极性相反的双路电源电压。这样的电源电压可以通过对称的双路稳压电路来获得。3.2.3第一辅助电源电路在图3.4所示的电路中，放大管T1的负载R4直接接在变化较大的输入电压Vi上，因此输入电压的变化会直接通过R4作用到调整管T2的基极上，从而使输出电压发生变化，影响其稳定性。为了克服这个缺点，可以采用一个独立的辅助电源Vz2供电，如图3.6所示。这个电源也称为第一辅助电源，是由R和Dz2组成的稳压电路，由同一变压器的另一次级绕组经整流滤波得到电压Vi1，经稳压电路得到稳定电压Vz2，该电压与Vo串联后作为T1的电源。由于Vz2与Vo都是相当稳定的，所以电源电压的波动对输出电压的影响可大大减小。由于Vz2与Vo相加作为比较放大器的电源，所以R4可以选得比原来大，以提高放大倍数，从而进一步地增强了控制能力，提高了输出电压的稳定性。第一辅助电源是本电路设计的一大特色，它在现在市面上的稳压电源是没有的，使其输出电压更加稳定，就作为一般的稳压电源也可以使用，这一辅助电路不仅稳定了输出电压，对后续的断电后蓄电池也有极大的好处，对蓄电池的影响大大减弱，提高了蓄电池的使用寿命，本电路的设计实现了“一举两得”的功效，再加上第二辅助电路，使得本电路输出电压可靠，达到了恒流恒压的目的，确保了本电路的完美可靠的输出。图3.6第一辅助电路3.2.4第二辅助电源电路在图3.4所示的电路中，串联型稳压电路的输出电压Vo可以由下式给出：可见，改变取样电路的分压比，可以调节输出电压的大小。R1愈小则输出电压Vo也愈小。当R1=0时，输出电压最低，其值为：Vomin=Vz+VBE1，即输出电压的最低值仍高于稳压管工作电压Vz，输出电压不可能调整到零是这种电路的缺点。为了扩大输出电压的调整范围，可增加第二辅助电源，如图3.7所示，这种电路稳压管的电压是由另一组整流电路的Vi2供给，从图可以直观看出，如果R1=0时，则V = VBE10。可见，第二辅助电源提供了调节输出电压接近于零的可能性，只要改变取样电路的分压比，就可实现输出电压在大范围内连续可调的要求。在第一辅助电路的基础之上，又增加了第二辅助电路，这样可以达到输出电压在小范围内连续可微调的目的，使本电路具有手动微调输出电压的功能，但唯一的缺点是不能够大范围的调输出电压，不过在一般的用电设备当中，输出电压是固定不变的，尤其是在直流电源当中，不需要大范围的调节输出电压，在电路设计的同时固定了需要的直流电压后，直流电压也是不需要大范围改变的，因此此电路的设计还是具有一定的可实施性。图3.7第二辅助电路3.2.5串联型稳压电路的保护电路串联型晶体管稳压电路的保护电路可分为限流式和截止式两种，它们都起到了保护电路的作用。限流式保护电路限流式保护电路是当输出电流超过一定数值时，则保护电路开始工作，使调整管处于不完全截止状态，输出电流和输出电压都相应下降，达到保护电源的目的。这种保护电路比较简单，而且当输出过载或短路被排除后，稳压电路便自动地恢复工作。图3.8所示虚线包围的部分是较常见的限流式保护电路。T3称为保护管。输出电压经R5和R6分压，取R6上的电压给T3基极提供反向偏压。R7为检测电阻，其阻值较小。输出电流在R7上的压降给T3基极提供正向偏压。在正常情况下，R6上的反向偏压超过R7上的正向偏压，所以T3处于截止状态，对稳压电路工作没有影响。当过载使输出电流过大时，则R7正向压降也增大，使T3进入导通状态，于是T3管两端电压减小，使调整管T2发射结正向电压也减小，从而使调整管电流减小，输出电流和电压都减小，对调整管起到了保护作用。这种保护电路维持T3导通的必要条件是输出电流经过R7产生正向偏压，因此只能把输出电流减小到一定程度，而不能使调整管截止。当输出过载原因被排除后，可以自动恢复到正常状态。优点是简单可靠，缺点是过载时调整管上仍消耗较大的功率。但无论是怎样的保护电路，在电路的实际应用当中还是有一定的功效，因为在电路的实际应用当中总会出现这样活着那样的问题，我们采用这样的电路设计的思路是防患于未然的目的，因此，本电路模块的设计还是有一定的需要性。图3.8限流式保护截止式保护电路截止式保护电路是当负载过载或短路时，通过保护电路使调整管截止，这时输出电压和电流基本都下降为零，从而起到保护作用。截止式保护电路稍微复杂。它又可分为两种情况：一种是可自动恢复工作；另一种是当故障排除后必须依靠复位按钮或切断交流电源重新开机，稳压电源才能恢复正常工作。图3.9截止式保护图3.9 所示虚线包围的部分为截止式保护电路。图中电阻R8、稳压管Dz2及分压电阻R4、R5为保护管T3提供基极电压，由输出电压Vo经电阻R6、R7分压供给T3发射极电压，检测电阻R接在R7和R5之间，输出电流Io流过它产生电压降，R5、R7和R上电压的极性如图所示，可见加在保护管T3的发射结电压为VBE3=（VR5+VR）-VR7当稳压电路正常工作时，Io在额定值内，VR=IoR较小，使VR5+ VRVR7，则VBE3为负值，T3管发射结反向偏置而可靠地截止。保护电路不起作用，对稳压电路的正常工作没有影响。当输出电流Io超过额定值时，R上电压增加使T3导通，其集电极电压VC3下降，即调整管T2的VB2下降，致使它趋于截止，VCE2增大，输出电压Vo随之减小，结果R7上的电压VR7减小，使T3管进一步导通，又使Vo进一步下降，形成正反馈过程，以致调整管T2迅速截止，输出电压和电流均接近于零。此时靠R5上的电压VR5维持T3导通，T2截止，达到了保护的目的。4.充电电路模块分析4.1MAX713芯片简述整个电源装置由充电电路和DC-DC变换电路组成。充电电路是直流UPS的核心，直接决定着整个装置的性能。MAX713芯片是MAXIM公司针对电池的只能快速充电控制芯片，具有多种可编程功能，可以实现充电过程自动化，充电时间短、效率高，等优点。定时器、电压斜率检测、温度比较器用于决定电池充满电状态。电压和电流调节器控制输出电压和电流，并且感知电池的存在。在加上电源之前，MAX713从电池吸取极小的电流。一旦电源加上，上电复位电路即保持MAX713处于涓流充电状态。只要电池电压高于欠压锁定电压，器件便进入快速充电状态，快速充电电流可以选择。PGM0和PGM1用来编程选择被充电电池的串联个数，PGM2和PGM3用来编程最大充电时间。4.2充电电路设计本设计电路突出的优点是能够在充电的同时向电池负载供电，非常适合直流不间断供电装置。是以MAX713为核心设计的镍镉电池充电电路。市电由TOP224组成的反激变换电路进行一次变换，一方面为电池充电前端提供一个20-25V的直流电压，另一方面，用TOPSWITCH集成开关电源适应非常宽的输入电压范围。由TOP224组成的变换部分体积小、可靠性高，在AC90V-265V范围内均能正常工作。变换后的直流电压通过R1给电容C2充电，一但C2充电调整到+5V，快速充电开始进行。R1的选择要保证MAX713的工作电流大于5mA。在快速充电的同时，分流器R3两端压降，即GND端和BATT端之间的电压差被调整在250mV，R3的大小决定了快速充电电流，否则就减小吸入电流，通过调整Q1两端的压降，使电流处于横流快充状态。主要电池电压斜率变为负，快速充电立即结束，并且自动转换到涓流充电状态。如果所选择的快速充电的电流为C/2、C、2C、4C等值的话，涓流充电的电流为C/16。其他速率的快速充电也可以使用，但涓流充电电流将不是准确的C/16。合上开关K，无市电时由电池给负载供电，有市电时，市电向电池充电的同时为电池的负载供电，从而实现不间断供电功能。LED1亮表示电池处于涓充状态，LED2亮表示电池处于快充状态，LED3亮表示电池需要充电,具体电路见附录A。5.功率变换放电电路模块设计功率变换电路是将电池电压变换成整个电路最终输出所需要的24V、12V、5V的功能电路。主变换拓扑采用推挽变换电路。优点是两路驱动脉冲之间不需要隔离，缺点是开关管承受的点药是输入电压的两倍，因此这种变换电路非常适合于输入电压比较低的普通民用场合，以SC3525为控制芯片的推挽变换电路如图所示：推挽式变换电路当中的SG3525的工作电源直接由电池提供，输出电流较大的+5V一路构成闭环反馈，12V由线性集成稳压器稳压，由于输入电压相对稳定，只要合理设计，就可以使输出稳压精度由于0.1%，为用电负载提供高质量的工作电源，具体电路见附录。6. 免维护铅酸蓄电池模块分析6.1蓄电池的选用镍镉电池：理论循环次数1000次以上，内阻很小可以多达10C甚至更多，不怕过充，但是极其不能承受不放完就充电，该类电池自放电小。镍氢电池：理论循环次数1000次以上，内阻相比较镍镉较大，不能高效率大电流放电。过充相比镍镉放热较大，但耐受力比锂电池好得多，过放电对电池有一定损害但是还可以接受，只具有较弱的记忆效应，因此可以不放完就充电。该类电池自放电大。上述两种电池不适合作为本设计的蓄电池组，目前在UPS中广泛采用的是密封免维护铅酸蓄电池，性能较好的有美国的德克、GNB，德国的阳光，英国的霍克，日本的汤浅等品牌，下面重点介绍免维护铅酸蓄电池模块：免维护蓄电池是指：由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液。一般的蓄电池铅酸蓄电池是由正负极板、隔板、壳体、电解液和接线桩头等组成，其放电的化学反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质 (海绵状纯铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，其中极板的栅架，传统蓄电池用铅锑合金制造，免维护蓄电池是用铅钙合金制造，前者用锑，后者用钙，这是两者的根本区别点。不同的材料就会产生不同的现象：传统蓄电池在使用过程中会发生减液现象，这是因为栅架上的锑会污染负极板上的海绵状纯铅，减弱了完全充电后蓄电池内的反电动势，造成水的过度分解，大量氧气和氢气分别从正负极板上逸出，使电解液减少。用钙代替锑，就可以改变完全充电后的蓄电池的反电动势，减少过充电流，液体气化速度减低，从而减低了电解液的损失。由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架，充电时产生的水分解量少，水份蒸发量低，加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以它与传统蓄电池相比，具有不需添加任何液体，对接线桩头、电线腐蚀少，抗过充电能力强，起动电流大，电量储存时间长等优点。 免维护蓄电池因其在正常充电电压下，电解液仅产生少量的气体，极板有很强的抗过充电能力，而且具有内阻小、低温起动性能好、比常规蓄电池使用寿命长等特点，因而在整个使用期间不需添加蒸馏水，在充电系正常情况下，不需从拆下进行补充充电。但在保养时应对其电解液的比重进行检查。大多数免维护蓄电池在盖上设有一个孔形液体(温度补偿型)比重计，它会根据电解液比重的变化而改变颜色。可以指示蓄电池的存放电状态和电解液液位的高度。当比重计的指示眼呈绿色时，表明充电已足，蓄电池正常；当指示眼绿点很少或为黑色，表明蓄电池需要充电；当指示眼显示淡黄色，表明蓄电池内部有故障，需要修理或进行更换。免维护蓄电池也可以进行补充充电，充电方式与普通蓄电池的充电方法基本一样。充电时每单格电压应限制在23-24V间。注意使用常规充电方法充电会消耗较多的水，充电时充电电流应稍小些(5A以下)。不能进行快速充电，否则，蓄电池可能会发生爆炸，导致伤人。当免维护蓄电池的比重计，显示为淡黄色或红色时，说明该蓄电池已接近报废，即使再充电，使用寿命也不长。此时的充电只能做为救急的权宜之计。 有条件时，对免维护蓄电池可用具有电流-电压特性的充电设备进行充电。该设备即可保证充足电，又可避免过充电而消耗较多的水。6.2电池组的放电电路当电网断电时，UPS中的蓄电池向负载放电。随着能量的消耗，其端电压也随之而下降，蓄电池允许的放电下限电压与电池的标称容量及放电电流有关。表6.1给出了放电电流和放电下限电压的关系。表6.1放电电流和放电下限电压放电电流1.00C下限电压V0.824Ah1.801.751.751.751.701.601.501.3030200h1.901.801.751.751.601.601.501.50电池的容量一定时，持续工作时间取决于放电电流，且电池能放出的有效容量也大大地依赖于放电电流放电电流越大，有效容量越小，持续工作时间越短。电池的有效容量还受放电期间温度的影响，温度越低，容量越小，特别是当环境温度低于10时，表现更为明显，所以在选择电池的标称容量时，一定要考虑最大负载电流、环境温度所对应的有效容量以及放电深度（放电量与总容量之比），以便计算有效维持时间，并设置合理的下限保护电压。放电电路在整个电路当中起着举足轻重的作用，那么同理，充电电路的作用也不可忽视的，放电电路和充电电路一起决定了蓄电池的使用寿命，和整体电路的使用可靠性，下面表6.2为电路充电参数。表6.2充电上限电压和充电电流蓄电池容量C工 作 方 式充电上限电压最大充电电流常规充电电流工作温度设置电压V允许范围V温度系数0.8Ah24Ah周期服务202.452.452.50-5.00.3mA0.1mA后 备202.2752.252.30-3.330Ah200Ah周期服务252.452.452.50-5.00.3mA0.1mA后 备252.252.232.28-3.3表6.2在本论文的充电电路当中有非常重要的作用，在此，结合电池的放电数据一并给出，这样完美的包含了电池组充电放电的所有注意事项和数据，还有电池的使用要求，这些数据表明本设计完全可以应用到实际场合中去，包括了理论上的和实际的应用都可以作为一个典型的直流UPS电源。6.3蓄电池的寿命 蓄电池使用寿命缩短的主要原因有以下几个方面：（1）放电深度和幅度大容量放电和大电流放电都会缩短蓄电池的使用寿命，所以在蓄电池放电时，一定要有放电深度限制（设置放电下限电压控制），以防止电池过放电；（2）充电容量和幅度太大的充电电流会产生大量的气体，以致超过电池的吸收能力，导致电池内部压力增大，使气体甚至电解液从阀门逸出电池体外，造成电池失效。过充电会造成电池极板老化，缩短电池寿命，所以，为了保证蓄电池随时处于100满容量，又延长使用寿命，恒流恒压充电是最合适的； （3）环境温度温度过高和过低都会降低电池的使用寿命。 7. 电路整体分析本设计采用了错中措施解决了充、放电对蓄电池组的损耗，具有极高的可实施性，原理简单，适合大规模生产，下面对整体电路进行原理分析，基本原理和整体框架图的分析是本论文的重点，线面会简单描述一下电路的整体框架图，这样便于更好的理解，基本原理简单干练，由于电路逻辑性清晰，那么在此给出了电路的主要原理图，最后将各大模块连接起来，便实现了本电路的直流不间断功能。电路原理图在论文的附录当中给出，应用到了比较多的电子元器件，电路简单思路清晰，功能性更加强大，那么，下面就对本论文进行总结性的阐述、完整性的概括。7.1整体方框图AC供电支路1AC供电支路3AC供电支路2整流整流整流无扰切换直流变换充放电控制蓄电池直流变换图7.1是整体电路的框架图，它直观明了的表述了整个电路各个模块之间的关系，具有理论指导作用。图7.1整体电路框图7.2基本原理（1）由于输出级要求四路同时输出，且电压数值各异，因此末级必须加入DC/DC变换器。要求POmax=75W、四路输出，所以选用INTERPOINT公司的（HR70328512），因为24V支路可浮地输出，故跨接在12V支路上。取输入电压UIN=24V，即蓄电池电平为24V。由于充电器采用LM217恒流，要求输入端电压UImin（27.51.252.5）=31.25V。其中：27.5V为蓄电池充电上限电压。 1.25V为LM217的基本压差。 2.5V为LM217的最小工作压差。（2）由于POmax=75W，蓄电池端电压为24V，则IOmax=3.125A。要求持续工作1h，即要求电池的有效容量C3.125Ah。根据表3数据，对于1h放电率，其有效容量C=0.6C，所以电池标称容量C3.125/0.6=5.2Ah。