交流在线式不间断电源的设计.doc

毕业设计（论文）题 目交流单相在线式不间断电源的设计 系 （院）物理与电子科学系专 业电子信息科学与技术班 级2009级2班学生姓名学 号指导教师职 称副教授二一三年六月十八日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一三年六月十八日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二一三年六月十八日 滨州学院本科毕业设计（论文）交流单相在线式不间断电源的设计摘 要本文设计了交流单相在线式不间断供电系统。其基本原理为在市电（220V交流，50Hz）的输入下，通过通过变压器变为低电压交流电，再通过AC/DC变换电路将交流变为直流电为蓄电池供电，同时通过boost升压电路将直流电升压，经过逆变电路将直流变为交流，为辅在提供稳定的低电压交流电，可以稳定输出交流48V的50Hz的电压段的交流电压以满足48V交流电机等在通信、医疗领域对电压稳定性和不间断的要求。电路设计了旁路交流通路，当逆变电路发生故障时，仍旧可以通过旁路交流通路继续供电，真正实现不间断；不仅如此，本电路还具有过流保护等功能。关键词：UPS供电系统；整流电路；升压电路；逆变电路；在线式AC Single Phase Online Uninterruptible Power Supply DesignAbstractThis paper designs AC single phase online UPS power supply system. The basic principle is the mains (220V AC, 50Hz) input, through the low-voltage alternating current through the transformer into, and through the AC / DC converting circuit of the AC power into DC power for the battery, through the boost circuit to boost the DC boost, through the inverter circuit the DC into AC, supplemented to provide a stable low-voltage alternating current, can stabilize the output AC voltage of 48V 50Hz AC voltage section to meet the communications 48V AC motor, the voltage stability medical field and ongoing requirements. Circuit design of the bypass AC path, when the inverter circuit fails, you can still continue to supply the bypass AC pathway, truly uninterrupted; another circuit with overcurrent protection, low battery voltage alarm and protection functions.Keywords: UPS power supply system; rectifier circuit; boost circuit; inverter circuit; line ii目 录引 言1第一章 交流单相在线式不间断供电系统的论证21.1交流单相在线式不间断供电系统21.2 输入滤波电路31.3 整流电路41.4 升压DC/DC变换电路51.5 逆变器电路51.6 微处理器选择61.7 显示电路6第二章 硬件电路的设计72.1 输入滤波电路设计及其电路原理图72.2变压整流电路的设计及其原理图72.3充电电路的设计及其电路连线图82.4 DC/DC升压变换电路的设计及其电路连线图102.5 逆变器电路的设计及其电路连线图112. 6辅助电源电路的设计及其电路连线图122. 7 驱动电路的设计及其电路连线图132. 8 显示电路的设计及其电路连线图152.9 反馈调压电路和过流保护的设计及其电路连线图16第三章 系统的性能指标测试183.1 UPS的输入指标183.2 UPS的蓄电池指标183.3 UPS输出指标18第四章 程序的设计204.1 程序功能描述与设计思路204.2 程序流程图20第五章 系统功能测试215.1 测试方案215.2 仿真电路以及仿真结果数据分析215.2.1 整流电路的仿真及其结果215.2.2 DC/DC升压电路的仿真及其结果215.2.3 辅助电源电路的仿真及其结果235.2.4 逆变器电路的仿真及其结果235.2.5 逆变器驱动电路的仿真及其结果245.2.6 显示电路的仿真及其结果255.3仿真不足之处26结 论28参考文献29谢 辞30滨州学院本科毕业设计（论文）引 言随着信息技术的不断发展和计算机的日益普及，高新技术产品和设备对供电质量提出了越来越严格的要求,如计算机、工业自动化过程控制系统、医用控制系统、数据通信处理系统、航空管理系统和精密测量系统等，均要求交流电网对其提供稳压、稳频、无浪涌、和无尖峰干扰的优质交流电,这是因为供电的突然中断或供电质量严重超出设备的标准要求之外，轻者造成数据丢失、系统运行异常和生产不合格产品，严重时会造成系统瘫痪或造成难以估量的损失,然而普通电网供电时，因受自然界的风、雨、雷电等自然灾害的影响以及受某些用户负载、人为因素或其他意外事故的影响，势必造成所提供的交流电不能完全满足负载要求,为了保证负载供电的连续性，为负载提供符合要求的优质电源，满足一些重要负载对供电电源提出的严格要求，从20世纪60年代开始出现了一种新型的交流不间断电源系统（Uninterruptible Power system， UPS），配置UPS的费用相对比较低，为保护关键设备，配置UPS是非常值得的,使用不间断电源,确保关键用电设备的安全性是解决上述问题的最重要的方法之一,近年来，UPS得到了迅速发展，在电力、军事、航空和现代化办公等领域已经成为必不可少的电源设备1。UPS是一种涉及数字与模拟电路、电力电子电路、化学电源、数字通信、计算机控制技术等多学科的技术密集型电子产品。现在企业生产的UPS大多是大功率、高电压，在小功率、低电压交流领域产品较少，本文通过研究国内外的大功率、高电压的UPS供电系统，在此基础上设计了一套低电压交流UPS供电系统，在市电（220V交流，50Hz）的输入下，可以稳定输出交流48V的50Hz的三个电压段的交流电压。本文主要设计了整流滤波电路，充电电路，DC/DC升压变换电路，逆变器电路，转换开关电路，检测电路，控制电路，以及过压过流保护电路。第一章 交流单相在线式不间断供电系统的论证1.1交流单相在线式不间断供电系统如图1所示，市电通过输入滤波器后分为四路，分别用于逆变器故障情况下的旁路、向逆变器提供同步锁相信号、为主电路提供直流电以及为充电电路供电等。市电DC/DC升压变换逆变器负载转换开关1转换开关2滤波器整流电路变压器驱动电路充电电路蓄电池组辅助电路显示电路图1 系统方框图当市电正常时，输入的市电(交流220V)通过输入滤波器后被变压器变压，得到需要的交流电压后再经过整流滤波电路后变为直流电，再通过转换开关1进入到DC/DC升压变换电路变成需要的高压直流电，此高压直流电再经逆变器电路变换为交流电（48V，50Hz）后提供给负载电路；与此同时，滤波后的市电通过充电电路后为蓄电池组充电。当市电不正常时，整流滤波和充电电路停止工作，转换开关供1跳到蓄电池线路，蓄电池组通过DC/DC升压变换电路进行升压，提供给逆变器实现逆变，进而提供给负载。可见在市电正常或不正常情况下，DC/DC变换电路和逆变器始终工作，因而市电从正常到不正常的过程中，对负载而言是不存在切换过程的，这也是在线式UPS和后备式UPS的本质区别。如果市电正常而DC/DC变换器或逆变器出现故障，系统通过转换开关2切换到旁路输出。此外，辅助电源为控制系统提供工作电源，控制系统控制各部分协调工作，并检测相关电压电流信号用于保护等。 1.2 输入滤波电路方案一：选用电源滤波器经典电路。如图2，其中，C1的主要作用是滤除交流电源导线的对称干扰。C2、C3与L组成对称的宵型低通滤波器，工频50/60Hz交流信号可以直接通过，而对常态的干扰性脉冲信号却呈现出极高阻抗，它既能阻止交流电源网络中的常态干扰脉冲信号进入电子设备，同时也能阻止各种电子设备中产生的对称性干扰信号进入交流电源网络，C4、C5则是用来消除负载回路中产生的非对称干扰 2。图2 电源滤波器典型电路方案二：采用一种复合式电源噪声滤波器，它是由两级电源滤波器组成，因此滤波效果更好3。如图3所示。图3 复合式电源噪声滤波器综合考虑，选择方案二。1.3 整流电路方案一：单相半波整流电路。如图4所示，是最简单的一种的整流电路，在E2的正半周，二极管外加正向电压，因而处于导通状态。负载Rfz上的电压为sinwt（wt= 0）。在的负半周，二极管外加反向电压，因此处于截至状态，负载Rfz的电压为0。因此，半波整流是以“牺牲”一半的交流为代价来换取整流效果的，电流利用效率很低4。图4 半波整流电路方案二：单相全波整流电路。如图5所示，可以看作是由两个半波整流电路组合而成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成e2a 、D1、Rfz与e2b、D2 、Rfz ，两个通电回路，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率5。图5 全波整流电路方案三：单相桥式整流电路。如图6所示，电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终不变。图6 桥式整流电路 综合考虑，选择方案三，选用桥式整流电路。1.4 升压DC/DC变换电路方案一：推挽式DC/DC升压变换器。推挽式电路是由两个功率BJY管或MOSFET管组成，以推挽的方式存在于电路中。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。方案二：Boost升压式DC/DC变换器。开关管的开通和关断受外部PWM信号控制，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高6。方案一和方案二都适用于升压电路，但Boost升压电路结构简单，易于实现，且效率很高。所以采用方案二。 1.5 逆变器电路方案一：半桥式DC/AC变换器。其优点是简单、使用器件少；其缺点是只在低输出功率场合下使用。但同时它具有抗不平衡能力而得到广泛应用。方案二：全桥式DC/AC变换器。基本结构如图7所示，改变开关的占空比，就改变了输出电压Vout。图7 单相全桥式DC/AC逆变变换器方案三：推挽式DC/AC变换器。只有两个功率开关器件，功率开关管的导通损耗小。但是所用器件的耐压值高。方案一、二、三都可以作为DC/AC变换器的逆变桥。在获得同样的输出电压的时候，全桥的供电电压可以比半桥的供电电压低一半。半桥式DC/AC变换电路通常选用的电容量比较大，使得成本增加。而推挽式必须要有输出变压器，切变压器要求高。所以采用方案二。1.6 微处理器选择方案一：选用AVR单片机作为该系统的微控制器。AVR单片机具有预取指令功能，具有32个通用工作寄存器，数据处理速度快，耗能低，保密性能好，I/O口功能强,抗干扰性好、具有A/D转换等电路。方案二：选用ATMEL公司的AT89C51作为该系统的微控制器。51单片机软件编程简单，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，成本低，功耗较低 7。 因为本系统控制电路处理数据不复杂，综合考虑，选用方案二，AT89C51作为该系统的微控制器。 1.7 显示电路 方案一：用数码管进行显示。数码管亮度高、显示速度快、显示效果简洁明了。但当数码管动态显示时要求单片机定时的对显示器件扫描，且显示信息简单、有限，只能显示有限的数字和符号，在本题目中应用受到很大的限制。 方案二：采用带字库的LCD显示。12864液晶能显示图形汉字，显示信息丰富。接口电路简单，可以和单片机直接相连，可以采用串行传输，节省了I/O口资源，LCD的全中文界面显示，使得显示内容丰富，易于人机交流8。综合考虑,采用方案二，用12864液晶显示相关数据和汉字。第二章 硬件电路的设计2.1 输入滤波电路设计及其电路原理图输入滤波器采用一种复合式电源噪声滤波器，它是有两级噪声滤波器组成。其原理图如图1所示。差模电容C1、共模电容C3和C4以及共模电感L1组成第一级滤波器，差模电容C2、C7和差模电感L2以及共模电容C5和C6组成第二级滤波，这两级滤波电路既能滤去市电中的干扰，而且能抑制逆变器工作时产生的干扰信号回馈到电网9。开关S1是开机按钮，当按下面板的按钮S1时，继电器S2上电，其两个常开接点闭合，分别将第一级滤波器的输出和第二级滤波器的输入连接起来，进而向后一级变压整流电路供电，UPS被启动。 图1 输入滤波器原理图 2.2变压整流电路的设计及其原理图本电路采用220V：44V的隔离式变压器T1，将市电降压为44V，然后进入整流桥，采用KBL06型集成整流桥，然后在经过滤波电路，将交流电变为平滑的直流电，经滤波电路后输出电压为60V左右，输出到升压模块和为蓄电池充电。其原理图如图2。 图2 变压整流电路原理图当市电正常时，继电器工作，开关S3闭合，蓄电池充电；当市电不正常时，继电器不工作，开关S3断开，蓄电池放电。2.3充电电路的设计及其电路连线图本系统配备的蓄电池是密封式免维护电池。为了保证蓄电池组再放电后能够尽快恢复到标称状态，需要给蓄电池组设置专门的的充电电路。充电电路如图3所示，采用简单可靠的单端反激式变换拓扑。图3 充电电路原理图电路原理：市电经输入滤波电路后，加到了整流桥模块D20的交流输入端。从D20的输出端将会得到幅值310V左右的脉动直流高压电。直流高压电经C17滤波以后，在经过R21向集成脉宽调制器UC3845的端子7提供初始启动直流电压。UC3845组件内部的34V稳压二极管将电压钳位在34V左右，以保证UC3845内部电路工作在34V以内。该电压使得单端反击式充电电路启动，当电路稳定工作后，则由变压器T4的辅助绕组通过二极管D23、C22向UC3845提供大约10V左右的稳定直流工作电压。310V直流高压经过变压器T4的原边绕组送到MOS管Q2的漏极D上。在原边绕组两端并联了由R22、C20以及D21所构成的阻容衰减电路，抑制在Q2关断瞬间出现在漏极上的尖峰脉冲。此充电电路相当于一个以电流脉宽调制组件UC3845为核心的开关电源。由UC3845的工作原理可知，其端子8输出5V的基准电压，而端子4上外接了C18和R20，使从端子4输出的锯齿波的振荡频率固定。根据公式可知，锯齿波的周期固定为8.3us左右。UC3845的端子输出的周期为20us、幅值为10V的脉宽调制脉冲经过R23以后，加到了Q2的栅极上，从而去控制Q2的导通与关断。通过控制Q21的导通与关断，就能够在变压器T4的副边绕组上得到幅值为70V左右、周期为20us的高频交流电压。这一路电压经过D25、C23、C24所组成的整流滤波电路以后，向蓄电池提供幅值为60V左右的充电电压。充电过程：充电电路先是给蓄电池组进行恒流充电，然后再给其进行恒压充电的10。在充电初期，蓄电池组两端的电压比较低，经过R30、R31和电阻R32分压以后，送到精密电压调节器TL431的控制极R上的电压就比较低，则TL431不能导通，电压信号就不能通过光电耦合器件加到UC3845的端子1。而从Q2的S端出来的电流经过采样电阻R24和R25以后，送到UC3845的电流检测端3上。当充电电流增大时，则经过R25和C21到达UC3845电流检测端3上的信号也会增大。根据UC3845的工作原理可知，此时在UC3845的端子6送出的脉宽调制信号的宽度将变窄 ，从而减少了Q2的开通时间，最终降低了充电器的充电电流。反之亦然。通过上述可知，充电电路在充电初期对蓄电池实施恒流充电。随着充电时间的增长，蓄电池组两端电压不断上升，TL431的控制端的电压信号也在不断升高。当控制信号升高到了一定程度时，TL431开始导通，就构成了电压调节电路。假设当由于某种原因，造成充电器的输出电压升高时，根据精密电压调节器的工作原理可知，TL431的阴极上的电位将会下降，从而使得送到光敏二极管的信号增强，光敏二极管的亮度增加，于是从光敏三极管的集电极上所输出的控制信号的幅值下降，即加到UC3845的补偿端1的控制信号的幅值会下降。根据UC3845组件的控制原理可知，从它的端子6所送出的脉冲的宽度将会变窄，从而减少了Q2的导通时间，最终导致从D25输出的充电电压的幅值下降，保持电压在恒定状态，反之亦然10。2.4 DC/DC升压变换电路的设计及其电路连线图本模块设计采用boost升压变换电路，要保证交流输出复读维持在48V，逆变前的直流电压至少为48*1.468V，但蓄电池的充电电压为60 V，如果输入逆变器前的直流电压不做任何处理，这会使电压的调整率下降到很低，这样很难输出48 V交流电压。因此需要在整流电路和逆变器之间加入一级Boost升压电路。图4为Boost升压电路，采用UC3842为主控芯片，Q1是开关管，L3是储能电感， D3、D4 、D5是升压二极管，R17和R16为升压电路的输出电压进行采样，R14是开关电流检测电阻。如图4所示11。 图4 DC/DC模块电路连线图2.5 逆变器电路的设计及其电路连线图逆变器电路采用单相全桥逆变电路12，原理图如图5所示，它由输出变压器T8(变压比1.4：1)、四个功率开关器件（IRF740）以及四个二极管组成。电路后半部分为开关电路，在逆变器出现故障的情况下，为负载输出市电。图5 DC/AC逆变电路原理图电路工作原理：首先，令Q11和Q12的控制电压为负值，使Q11和Q12截止；令Q10和Q13的控制电压为正值，使Q10和Q13导通。Q10和Q13导通后，电流的流通路径为：67.88Q10变压器初级Q13GND。如果忽略Q10和Q13的导通后的管压降，则变压器初级电压为67.88V变压器T的次级电压为67.881/1.4=48V（变压器变压比1.4：1）。Q10和Q13通电t时间后关断，此后四只功率开关器件均截止t时间，然后Q11和Q12导通，电流经67.88VQ12变压器初级Q11GND流动。在忽略Q12和Q11的导通压降情况下，变压器T的次级输出-48V。然后Q11和Q12关断t时刻。若电路按上述方式周而复始的工作，则可在变压器次级获得流电压，就可以实现直流电变交流电的功能。2. 6辅助电源电路的设计及其电路连线图12V辅助电源：如图6所示，从充电电路输出端输出的60V直流电压经过C30的滤波处理后，直接加到三端稳压器LM317输入端上，通过调节R31，可以将60V的直流电降到24V从port1端输出，再输入到LM7812的输入端，通过LM7812模块的降压作用，将24V降到12V，由此模块输出12V直流电压提供给其他负载。5V辅助电源：如图7所示，12V直流电压形成以后，经过C34滤波处理，直接加到了三端稳压器LM7805的输入端上。根据7805的工作原理可知，在7805的输出端将输出5V的直流电压。图6 12V辅助电源原理图图7 5V辅助电源原理图2. 7 驱动电路的设计及其电路连线图驱动电路如图8所示，为了减小电源输出的正弦波失真度，还要提高电路的稳定性，需要采用专用的SPWM芯片SG3525。SG3525 是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化，由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器13。 本电路采用纯硬件电路产生SPWM波形，包含虚拟双电源部分、闭环稳压电路、50Hz基波振荡器、精密整流电路、50Hz同步方波发生器、20KHz SPWM波发生电路和死区调整电路组成，其特点工作稳定，效率比较高。图8 逆变器驱动电路原理图 虚拟双电源部分运用了一个单元的运放，正向输入端用二个电阻分压，获得6V的电压，因为反向输入端和输出端相联，接成跟随模式，所以输出端也为6V，这个6V端就是一个虚拟的“地”，而真正的地线此时变成了-6V，+12V端变成了+6V。 电路中的U1B是一个文氏电桥振荡器电路 ,它的主要特点是起振很容易,波形失真度很小,频率也非常稳定。其振荡频率由R3 R4 C6 C7决定,当C6、C7为标准的104时,R3、R4为31.8K时,频率刚好为50HZ左右,R3、R4可以在标称电阻33K中挑选。VR9为反馈调节电位器,可以调节振荡器输出的正弦波的幅度。D1、D2为稳幅二极管.从振荡器出来的正弦波,进入U1C组成的闭环稳压电路然后在经过U1D、U2A组成的精密整流电路变成馒头波;从闭环稳压电路出来的正弦波进入由U2B、U2C组成的同步波发生电路变成方波。U2A、U1D组成一个精密整流电路，其特点是，经它整流的正弦馒头波，失真很小，能满足SPWM的要求。图中R20、R21、R22的阻值一定要一致,特别是R26,R31要配对否则,出来的馒头波会上下跳动。 SG3525的接法和一般常规接法有点不同,因为SG3525的11,14脚是“图腾柱”输出,我把11,14脚接地,屏蔽了图腾柱的下管,并在13脚接一个上拉电阻做负载,这样做的目的是把原11,14脚的信号合并在一起输出,以大幅度地提高最大比空比14。母线电压的利用率也大幅度提高了,可以在94%以上。但从13脚出来的脉冲,是反向的SPWM波,所以,要用一个4069把它反回来输入到时序电路中与50Hz方波叠加后经过死区调整电路可以直接驱动全桥逆变电路。 2. 8 显示电路的设计及其电路连线图 显示电路通过12864可以实时显示逆变器的输出电压。其工作原理如图9所示。输出电压经过整流桥整流，滤波电容滤波之后变为平滑的直流电，流入到采样电阻中，采样电阻将其转换后输入到ADC0804中，ADC0804将模拟信号转换为数字信号送到单片机AT89C51中，经过程序处理后，显示在12864液晶屏上，这样就可以实时了解逆变器的输出端的电压变化情况。图9 显示电路原理图2.9 反馈调压电路和过流保护的设计及其电路连线图反馈调压电路如图10所示。当逆变器正常工作时，逆变器的输出端接整流滤波电路，将交流电变为直流电即反馈电压Uo，Uo接到闭环稳压电路中构成闭环稳压，显然，Uo的大小正比于逆变器的输出电压。其工作原理为，当图8中的S1与幅值调节一侧闭合时，通过调节滑动变阻器R12启动闭环稳压电路，然后调节开关S1与闭环一侧相连，即可实现闭环稳压电路的闭环控制。从而调节闭环稳压电路的输出正弦波的峰值。再经过精密整流电路输入到SG3525芯片的误差放大器的反相端脚2。误差放大器的同相端脚1接参考电平。这样，SG3525的输出脉冲的占空比就受到反馈信号的控制。调节过程是这样的，当逆变器输出因突加负载而降低时，它会使加在SG3525的脚2的输入反馈电压下降，这会导致SG3525输出脉冲占空比增加，从而使得Boost电路输出电压升高，逆变器的直流电压升高，逆变器输出交流电压升高，反之亦然，可见，正是通过SG3525的脉宽调制组件的控制作用，实现了整个逆变器的输出自动稳压调节功能15。 图10 反馈调压电路原理图过流保护是利用SG3525的脚10加高电平封锁脉冲输出的功能。当SG3525的脚10加上高电平时，SG3525的13脚的输出立刻就变为零，从而使逆变器输出变为零。过流信号取自逆变器输出端，经整流后得到电流信号加至如图11所示过流保护电路上。过流信号加至电压比较器LM339的同相端。当电流信号使LM339的同相端电平比其反相端参考电平高时，比较器将输出高电平，则二极管D80将从原来的反向偏置状态转变为正向导通，并把同相端电位提升为高电平，这一变化将使得电压比较器一直稳定输出高电平封锁脉冲，则逆变电路停止工作，在正常状态下，比较器输出零电平，不影响逆变电路工作16。图11 过流保护电路原理图第三章 系统的性能指标测试3.1 UPS的输入指标输入电压单相交流（22015%）V输入频率（501%）Hz输入功率因数 0.83.2 UPS的蓄电池指标电池类型封闭式免维护电池额定电压60V备用时间满载7min，半载15min蓄电池组容量512V/6Ah3.3 UPS输出指标工作方式在线式输出电压单相交流（482%）V输出频率（501%）Hz输出容量大于等于100VA效率大于等于70%输出功率大于等于80W第四章 程序的设计4.1 程序功能描述与设计思路 本程序主要用于AT89C51通过控制ADC0804，来采集采样电阻上的电压信号，然后通过ADC0804将模拟信号转换为数字信号读入AT89C51中，经其处理后，输出到12864显示当前的电压情况。4.2 程序流程图 程序主流程图如图1所示。本系统工作的配套程序见附件一。开 始12864进行实时显示交流电整流后，由采样电阻采样ADC0804进行模数转换AT89C51进行数据处理结束图1 主要程序流程图图第五章 系统功能测试5.1 测试方案采用multisim 和proteus两种仿真软件进行仿真。由于单一软件不能完成对整个电路的仿真，因此采用模块化仿真的方式对各个模块进行单独仿真。此种仿真方案是有缺陷的，不能体现系统的整体运行的情况，但限于本人现在的能力只能做到这种程度，希望通过本人以后不断学习可以用一个软件完成本项目的整体电路仿真和实物制作。5.2 仿真电路以及仿真结果数据分析以下是对电路的模块化仿真及其结果。5.2.1 整流电路的仿真及其结果仿真电路如图1所示，仿真结果图中已经显示，仿真结果与理论计算数值的误差在允许的范围之内，说明设计的整流电路可以运行，并且满足设计要求。本图为multisim软件仿真所得。图1 整流电路仿真图5.2.2 DC/DC升压电路的仿真及其结果仿真电路如图2所示，此电路为DC/DC升压电路仿真电路，电路中延用了整流电路模块部分，仿真数值通过三个电压表可以读出，如图3所示，仿真的数值与理论数值相比，误差允许的范围之内，说明设计的电路可以运行，并且运行情况良好，满足设计要求。本图为multisim软件仿真所得。图2 DC/DC升压电路仿真电路图图3 仿真的电压表数值截图5.2.3 辅助电源电路的仿真及其结果辅助电路仿真图如图4所示。电路中延用了整流电路模块部分，仿真数值通过五个电压表可以读出，如图5所示，仿真的数值与理论数值相比，误差允许的范围之内，说明设计的可以运行，并且运行情况良好，满足设计要求。本图为multisim软件仿真所得。图4 辅助电路仿真图图5 仿真的电压表数值截图5.2.4 逆变器电路的仿真及其结果 逆变器仿真电路如图6所示，其仿真结果图如图7所示，从图中可以可以看出输出的为48V 50Hz的正弦波。仿真的数值与理论数值相比，误差允许的范围之内，说明设计的电路可以运行，并且运行情况良好，满足设计要求。本图为multisim软件仿真所得。图6 逆变器电路仿真图 图7 逆变器仿真结果截图5.2.5 逆变器驱动电路的仿真及其结果50Hz基波振荡器部分的仿真：仿真效果图如图8，仿真结果如图9。从图中可以可以看出输出的为5V 50Hz的正弦波。仿真的数值与理论数值相比，误差允许的范围之内，说明设计的电路可以运行，并且运行情况良好，满足设计要求。本图为multisim软件仿真所得。图8 50Hz基波振荡器部分仿真电路图9 仿真效果图5.2.6 显示电路的仿真及其结果显示仿真如图10所示，其仿真结果图如图11所示。仿真的数值与理论数值相比，误差允许的范围之内，说明设计的整流电路可以运行，并且运行情况良好，满足设计要求。本图为proteus软件仿真所得。图10 显示电路仿真图图11 显示电路仿真结果图5.3仿真不足之处本系统的仿真采用的是模块化仿真方式，将设计的单个模块逐个进行了仿真实验，仿真结果还是比较令人满意，但是，这种仿真存在很大缺陷，就是不足以说明系统的整体运行情况，系统的模块之间的兼容性无法确定，这是本论文不足的地方。再就是模块仿真毕竟是在理想情况下的运行，不会有芯片发热问题，导线电阻问题等，跟实际的实物还是有一定差距的，这些问题本人已有所考虑，但是，实物制作超出了本人的能力范围，因此只能靠仿真来初步实现系统运行，这是本文的另一个不足之处。但只要经过本人不断努力的学习，这些问题会被解决的。 结 论本文设计了交流单相在线式不间断供电系统。其基本原理为在市电（220V交流，50Hz）的输入下，通过通过变压器变为低电压交流电，再通过AC/DC变换电路将交流变为直流电为蓄电池供电，同时通过boost升压电路将直流电升压，再经过逆变电路将直流变为交流，为辅在提供稳定的低电压交流电，可以稳定输出交流48V的50Hz的电压段的交流电压以满足48V交流电机等在通信、医疗领域对电压稳定性和不间断的要求。本系统主要设计了输入滤波模块，整流电路模块，蓄电池充电电路模块，DC/DC升压电路模块，显示电路模块，逆变器电路模块，辅助电源电路模块和反馈电路模块。本系统还设计了旁路交流通路，当逆变电路发生故障时，仍旧可以通过旁路交流通路继续供电，真正实现不间断。本系统设计的各个模块都经过了仿真软件的独立仿真，并且仿真结果令人满意，可以完成设计要求，且工作性能良好。本文还存在许多不足之处，虽然本文整体理论设计和各个模块方针仿真效果良好，但是由于本人能力的关系的没有对整体电路进行总体仿真，因此，总体电路的运行效果和仿真数据无从谈起，另外，本系统只是进行了理论计算和系统设计，并没有进行实物制作，理论和实际总是有一定差距，因此，实际情况也无从而知，但是，我会不断的学习，在今后的解决这些问题。 参考文献1张颖超,杨桂恒,常思浩,徐国家.UPS原理与维修J.化学工业,2011:1-2.2 /news/10/4896.html3 /news/10/4896.html4 /dianyuandianlu/zhengliudianlu/2009/0511/17.html5 /dianyuandianlu/zhengliudianlu/2009/0511/17.html6/preview.7 李朝青.单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社,2005:70-72.8 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京:电子工业出版社,2005:26-27.9 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京:电子工业出版社,2005:26-27.10 张颖超,杨桂恒,常思浩,徐国家.UPS原理与维修M.化学工业出版社,2011,(1):229-235.11 SanjayaManiktala.精通开关电源设计M.人民邮电出版社,2008:129-134.12 /tech/circuit/001003001_503439.html13普利斯曼,莫瑞.开关电源设计M.电子工业出版社,2010:145-160.14 李朝青.单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社,2005:70-72.15刘建清.开关电源维修从入门到精通M.人民邮电出版社,2012:60-8016/ART_94843_11_20013_AN_843baebf_2.HTM谢 辞 通过本次毕业设计，我的实践能力增强了许多，而且在理论上也有了更深的认识，实践的过程实际是能力提高的过程，在调试电路，分析故障，性能测试的过程中，我学到了许多课本上无法获得的经验。刚开始设计时，觉得无从下手，在资料查阅、老师知道之后，我发现它其实很简单，只是还不会灵活运用，这次毕业设计让我学会了一种设计电路的思想，就是分成多个模块，逐一解决问题。本课题设计是在我的导师老师的细心指导和亲切关怀下完成的，从命题、设定框架方向，到开题，再到设计的编写、修订，都有导师的指导。在此之际，特向老师表达我最崇高的敬意。在课题研究当中，还得到等老师细心的指导和诸多协助。他们的无私帮助和耐心指导也是我得以完成本课题的关键。在此我向他们表示由衷的感谢和深切的问候。在制作过程中，遇到了许多困难在以后的学习中，会加深对这方面的研究，使其在实践中更加人性化，简易化。在这个过程中，老师同学进行了探讨，一起分析解决问题，深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性，提高了解决问题的效率，在他们的帮助下我最终还是较圆满的完成了题目。在制作过程中学到了很多，相信这会是人生的一个新的转折点，也是一个新的起点。 特别感谢大学四年学习期间给我诸多教诲和帮助的物理与电子科学系的各位领导、老师，你们大学的悉心教导使我获得了健全的人格、高尚的品德和足够的知识积累以完成此次设计，你们给予我的指导和教诲我将永远记于心！我还要感谢我的一些同学，他们在我最需要帮助的时候无私的伸出了援助之手。在此，对于他们无私的帮助我表示深深的感谢。感谢和我一起生活四年的各位舍友，感谢四年中朝夕相处的全体同学。 回首我的大学生涯，父母的鼓励和支持是我不懈的动力。他们不仅承受着巨大的经济负担，更有望子成龙的期待。他们的恩情我铭记于心，然而目前除了学习成绩无以为报，希望以后的学习、工作和生活能使父母宽慰，以此报答父母的无私恩情！真诚的再次感谢所有的帮助过我的老师们，同学们、家人和朋友们。附录一：部分程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define port P1 /DB0DB7数据口 sbit e=P22;/使能 sbit rw=P21;/读写 sbit rs=P20;/数据/命令 sbit cs2=P31;/片选 sbit cs1=P30; sbit busy=P17;/检测忙uchar code hz32= 0x20,0x42,0x0C,0xD0,0x0C,0x04,0xE4,0xA4,0xA5,0x96,0x94,0xC4,0x84,0x14,0x0C,0x00,0x04,0x04,0xFE,0x09,0x08,0x88,0x6F,0x28,0x08,0x08,0x2F,0x48,0xC8,0x0C,0x08,0x00, /滨,0 0x80,0x70,0x00,0xFF,0x00,0x10,0x60,0x00,0xFE,0x00,0x10,0x60,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x40,0x30,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00, /州,1 0x40,0x30,0x11,0x96,0x90,0x90,0x91,0x96,0x90,0x90,0x98,0x14,0x13,0x50,0x30,0x00,0x04,0x04,0x04,0x04,0x04,0x44,0x84,0x7E,0x06,0x05,0x04,0x04,0x04,0x06,0x04,0x00, /学,2 0x00,0xFE,0x22,0x5A,0x96,0x0C,0x24,0x24,0x25,0x26,0x24,0x34,0xA4,0x14,0x0C,0x00,0x00,0xFF,0x04,0x08,0x87,0x81,0x41,0x31,0x0F,0x01,0x3F,0x41,0x41,0x41,0x70,0x00, /院,3 0x00,0x00,0xF8,0x49,0x4A,0x4C,0x48,0xF8,0x48,0x4C,0x4A,0x49,0xFC,0x08,0x00,0x00,0x10,0x10,0x17,0x12,0x12,0x12,0x12,0xFF,0x12,0x12,0x12,0x12,0x13,0x18,0x10,0x00, /单,4 0x10,0x10,0xD0,0xFF,0x90,0x10,0x00,0xFE,0x22,0x22,0x22,0x22,0x22,0xFF,0x02,0x00,0x04,0x03,0x00,0xFF,0x00,0x01,0x00,0xFF,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0xFF,0x00,0x00, /相,5 0x08,0x08,0x88,0x48,0xB8,0x08,0x09,0x0E,0x08,0x08,0x98,0x28,0x48,0xCC,0x08,0x00,0x80,0x81,0x40,0x40,0x20,0x11,0x0A,0x04,0x0A,0x11,0x20,0x20,0x40,0xC0,0x40,0x00, /交,6 0x10,0x22,0x64,0x0C,0x80,0x44,0x44,0x64,0x55,0x4E,0x44,0x54,0x66,0xC4,0x00,0x00,0x04,0x04,0xFE,0x01,0x00,0x80,0x40,0x3F,0x00,0xFF,0x00,0x3F,0x40,0x40,0x70,0x0