微机断电保护直流不间断电源.doc

模拟电子技术基础课程设计(论文)微机断电保护直流不间断电源 院（系）名称 专业班级 学号 学生姓名 指导教师课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目微机断电保护直流不间断电源课程设计（论文）任务任务要求：微机断电保护直流不间断电源广泛应用于微型计算机系统和网络中，可以防止微机在使用过程中由于发生断电等问题时，造成信息数据丢失或使系统无法继续运行等状况发生。由电源电路、充、放电电路等部分组成。技术要求：1、 输出直流电压。2、 最大输出电流。3、 稳压系数。4、 具有断电保护功能。5、利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试指导教师评语及成绩平时成绩： 答辩成绩： 论文成绩： 作品成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：平时成绩占20%，答辩成绩占20%，论文成绩占40%，作品成绩20%。本科生课程设计（论文）摘 要微机断电保护直流不间断电源是防止使用过程中一旦发生断电等异常现象，造成信息丢失或使系统无法继续运行。设计由整流滤波电路，充放电控制电路和启动与保护电路组成。其中整流滤波电路为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗元件如电容组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。充放电控制电路是由蓄电池和发光二极管完成，当外电源正常工作的时候，220V经过整流电路，将交流电变为直流电，此直流电一方面对充放电控制系统中的蓄电池进行充电，另一方面通过滤波，稳幅等措施对负载进行作业。当外电源出现断电或其他故障，不能正常的供电时，这个时候，充放电控制系统进行放电。启动电路设置在串联负反馈式稳压电路中，作用是防止电流源难以自行导通，以致输出电压较难建立，启动电路可以给电流源提供基极电流，使基极电位上升导通，以使整个电路进行工作状态。保护电路目的主要是使调整管能在安全区以内工作。经过MULTISIM仿真，验证了微机断电保护直流不间断电源的设计要求。 关键字：断电保护；直流不间断；充放电电路 目 录第1章 绪论11.1 微机断电保护直流不间断电源发展概况11.2本文研究内容1第2章微机断电保护直流不间断电源总体总体设计方案12.1 微机断电保护直流不间断电源设计方案论证12.2总体设计方案框图及分析1第3章 微机断电保护直流不间断电源单元电路设计23.1 微机断电保护直流不间断电源具体电路设计23.1.1电源变压器电路设计23.1.2整流滤波电路设计23.1.3 串联反馈式稳压电路和启动电路设计33.1.4保护启动电路设计43.1.5 充放电电路设计43.2 元器件型号选择53.3 参数计算53.4微机断电保护直流不间断电源总体电路图6第4章 微机断电保护直流不间断电源仿真与调试74.1 Multisim仿真与调试74.2 仿真结果分析9第5章 微机断电保护直流不间断电源实物制作105.1 微机断电保护直流不间断电源电路焊接105.2 微机断电保护直流不间断电源电路焊接115.3微机断电保护直流不间断电源作品11第6章 作品测试与数据分析12第7章 总结13参考文献14附 录 I15附 录 II16II第1章 绪论1.1 微机断电保护直流不间断电源发展概况不间断电源，它的功能是使计算机系统在失去供电之后仍旧能持续工作一定时间以便用户紧急存盘，不至于因为停电的外在原因而造成数据的丢失。伴随计算机的出现而诞生的不间断电源，从其出生的那一刻就被视为数据的保护神。当今世界处在信息爆炸的时代，金融管理、办公自动化、计算机网络、信息高速公路、数字通讯和各种实时控制系统，以及所有与信息有所联系的行业领域，都在飞速发展。为了保证相关数据的可靠、安全和稳定，给一些重要的负载持续稳定提供优质的电能，在这些领域当中就需要采用了不间断电源。不间断电源正在迅猛发展，并且越来越广泛地得到应用.数字化技术的优势在当今信息社会中愈加明显。在不间断电源产品的研发和制造过程中采用全数字化技术可有效缩小产品体积、降低生产成本、提高产品的可靠性及针对用户需求的匹配性；而数字化控制技术则会在不间断电源 系统运行过程中准确及时地进行信号采样、处理、控制（包括电压电流环等）、通信等工作，并将各环节的控制参数优化统一后发送给不间断电源 综合控制单元，从而使不间断电源系统的运行更具效率，实现更简单、更稳定的通信与均流，并获取优良的电磁兼容指标。1.2本文研究内容微机断电保护直流不间断电源广泛应用于微型计算机系统和网络中，可以防止微机在使用过程中由于发生断电等问题时，造成信息数据丢失或使系统无法继续运行等状况发生。由电源电路、充、放电电路等部分组成。要求输出直流电压、最大输出电流、稳压系数、具有断电保护功能。技术要求：1. 输出直流电压。2. 最大输出电流3. 稳压系数4. 具有断电保护功能5. 利用Multisim（或EWB）进行电路仿真与调试16第2章微机断电保护直流不间断电源总体总体设计方案2.1 微机断电保护直流不间断电源设计方案论证方案一：在电源变压器和整流之后使用UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）电源，其中包括逆变电源，有逆变过程，UPS电源的作用就是在正常使用下，使外电源经过整流后，一方面给蓄电池充电，另一方面经逆变换再变成交流电供给负载。当外电源出现故障或者突然中断时，逆变器立即利用蓄电池的储能进行工作，可以做到毫无间断的继续对负载充电。方案二：有不间断电源由变压、整流滤波、充放电控制、保护和启动电路及稳压滤波器部分电路组成。储能部件是镉镍蓄电池组，在在滤波电路后，添加一个蓄电池组，当外电源正常工作时，一方面对电路供电，另一方面对蓄电池组供电。当外部电源出现故障或者突然中断时，电路进行零输入响应，蓄电池组进行供电，为电路提供不间断电源。经两方案对比，选择第二方案，首先，第一方案；使用UPS电源电路结构复杂，并且经济价值高。第二，第一方案包括逆变过程，结构复杂。但是第二方案结构简单，器件容易寻找。2.2总体设计方案框图及分析串联反馈稳压电路启动保护电路充放电电路整流滤波变压器图2.2 总体设计框图本方案充放电电路实现对电路进行不间断供电的目的，正如框图所见但外电源正常工作时，交变电流经过变压器和整流滤波电路，将交变电流变成合适的直流，一方面此电流对充电电路进行充电，LED（红)将会亮起，另一方面通过稳幅稳压措施对负载充电。当外部电源出现故障或者突然中断时，电路进行零输入响应，蓄电池组进行供电，为电路提供不间断电源，此时绿灯亮起。第3章 微机断电保护直流不间断电源单元电路设计3.1 微机断电保护直流不间断电源具体电路设计3.1.1电源变压器电路设计如图3.1电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。图3.1电源变压器3.1.2整流滤波电路设计如图3.2所示通过电源变压器将交流电网220V的电压变为所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。R1是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管接成电桥形式。滤波电路用于滤去整流输出电压的纹波，在负载两端并联电容器C，由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容具有平波作用。+_=ViiiVo_+图3.2 整流滤波电路3.1.3 串联反馈式稳压电路和启动电路设计如图3.3所示该稳压电路的主回路是起调节作用的BTJ与负载串联，输出电压的变化量由负反馈网络取样经比较放大电路放大后去控制调整管T的c-e级间的电压降，从而达到稳定电压输出Vo的目的。工作原理：当输入电压Vi增加（负载电流减小）时，导致输出电压增加，随之反馈电压也增加，反馈系数Fv与基准电压相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使Vb和Ic减小，稳压管的c-e级间电压也增大，使输出电压下降，从而维持输出电压Vo基本稳定。启动电路当输入电压为一定值时，且高于稳压二极管的稳定电压时，稳压管两端电压使三极管导通，电路进入正常工作状态。_Vo+Vi+ 图3.3 串联反馈式稳压和启动电路电路3.1.4保护启动电路设计 如图3.4所示电压电路正常工作时，负载电流不超过额定值，电流在Ro上的压降很小，故三极管T1截止，保护电路不起作用。当负载电流超过某一定临界值后，Ro上的压降使T1导通。由于T1中流过一个集电极电流，将使调整管T的基极电流被分流掉一部分，于是限制了T中电流的增长，保护了调整管。 图3.4 保护电路3.1.5 充放电电路设计如图3.5所示当外电源正常工作的时候，2V经过整流电路，将交流电变为直流电Vi，此直流电一方面对充放电控制系统中的蓄电池进行充电，另一方面通过滤波，稳幅等措施对负载进行作业。当外电源出现断电或其他故障，不能正常的供电时，这个时候，充放电控制系统进行放电，当蓄电池进行充电过程，充电控制系统两端电压大于12V，D2导通、对蓄电池进行充电，并且D2发红光，当电量充满的时候，充电控制系统相当于开路，当外电源出现异常的时候，整个电路进行零输入响应，蓄电池开始放电，此时D1导通、D2截止，并且D1发绿光,为整个电路提供不间断直流电源。+ 图3.5 充放电电路3.2 元器件型号选择 采用三极管型号9014、9015可更有效的实现对本课题中的放大电路进行信号放大，更好的控制输出电压的幅值。 采用12V蓄电池可更好的实现充电控制。 采用发光二极管可更好的实现用户外电源是否发生故障,应及时采取措施。 采用电位器1000 50%可实现三极管B端的分压。 采用运算放大器LM324N可更好的实现对功率的放大。3.3 参数计算最大输出电压 （3-1）变压器二次电压有效值由 (3-2)则 (3-3)选择整流二极管：流经二极管的平均电流 (3-4)二极管承受的最大反向电压 (3-5)选择滤波电容器：负载电阻 (3-6) 滤波电容 (3-7)若考虑电网电压波动，则电容器承受的最高电压 (3-8)3.4微机断电保护直流不间断电源总体电路图图3.4 微机断电保护直流不间断电源总体设计图第4章 微机断电保护直流不间断电源仿真与调试4.1 Multisim仿真与调试如图4.1所示，再接入负载R1时，变压器二次电压V2从0开始上升时接入负载R1，由于电容器在负载未接入前充电，故刚接入负载V2Vc,二极管受反向电压作用而截至，电容器C经Rl放电，放电的时间常数为,因为时间常数一般较大，故电容两端的电压Vc按指数规律慢慢下降。负载平均电压V1升高，纹波（交流成分）减少，且时间常数越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。如图4.1所示图4.1 整流滤波电路当有外部电源时，电压经过变压器和桥式整流电路，将交流电网电压变成了整流电路要求交流电压，整流电路将交流电变成了直流电。电源一方面给负载充电，另一方面给充放电系统充电。仿真图如图4.2 断路前所示。图4.2 断路前当外部电源断开时，充放电电路开始工作，输出的电压电流没有改变如图4.3断路后所示，所以该系统有效。图4.3 断路后4.2 仿真结果分析采用MULTISIM进行仿真。用220v，50Hz的交流信号接输入端，万能表接输出端经过仿真测得最后数据输出直流电压Vo=5.006V，输出最大电流I=3.02mA。与本文研究的数值相差不大，可近视为输出直流电压Vo=5=，最大输出电流 Im=3=，所以得出仿真结果正确第5章 微机断电保护直流不间断电源实物制作5.1 微机断电保护直流不间断电源电路焊接图5.1是整流滤波及充放电控制电路所焊的实物图图5.1 整流滤波、充放电控制电路5.2 微机断电保护直流不间断电源电路焊接图5.2 是串联反馈式稳压电路的焊接作品实物图 5.2 串联反馈式稳压电路5.3微机断电保护直流不间断电源作品 图5.3 微机断电保护直流不间断电源作品正面 图5.4 微机断电保护直流不间断电源作品背面第6章 作品测试与数据分析虽然按电路图焊接出了作品，可是却没有成功的输出正确的电压和电流，也没有输出正确的波形，在失败之余总结了一下失败的原因。第一，设计电路时，不能清楚地了解电路本身。第二，在器件选择上，因为之前没有太多机会接触过，有很多器件没法正确的选择，也因为提供器件和仿真是不太一样，例如稳压二极管需要IN4728A,它的稳压电压是3V左右，但是实验室只能提供6V左右的稳压二极管，所以按理论来说，输出的电压将增加。第三，在焊接过程中，由于焊接技术不太熟练，导致一些虚焊和错焊。虽然作品没有成功，但是也学到了很多知识。图6.1 焊接作品第7章 总结时间一点点的逼近了，耗时2周的课程设计即将结束，在老师的指导和自己的努力下我的实习作品也将完成了。微机断电保护直流不间断电源的功能已经基本实现。首先，经过查阅资料在图书馆的资源以及在网络上的查询，还有老师和同学的帮助，成功的设计出微机断电保护直流不间断电源的仿真图，成功的仿真出所要的结果。然后就开始选择器件型号，由于没有太多的机会真正的实践，导致在这一环节上出现了很大的阻碍，不知道该选什么器件型号，但是在同学的帮助下，也完成了任务。接下来就是焊接任务，由于之前有过机会焊接，所以并不算陌生，不过在期间由于马虎弄错了稳压管的正负极，还因为不熟练作品并