UPS架构以及原理.doc

3C3 UPS架构以及工作原理介绍张椿涛一 整体介绍产品介绍：3C3系列产品是具有高效率、高性能的双转换存在线，三相输入，三相输出的UPS. 3C3系列产品几乎可以完全解决所有电源问题，如断电、市电高低压、电压波动、谐波失真等电源问题.注：以下均以3C3-30KS-ISO为例:3C3 UPS各组成部分以及功能表PCB名称实现功能PSDR1 整流：将输入交流市电整流成为直流电供升压以及充电器使用2 升压：将整流后的直流电压升高到逆变所需的BUS电压3 逆变：将稳定的直流BUS电压转换成用户需要的稳定的交流电4 20KS UPS无STS, 功率板还负责STS所有功能CCB1产生各部分PCB工作所需的工作电源（+24V，+15V，+12V，HFPW+，+5V，-15V）2上电给BUS电容预充电以及BUS电压侦测3CU4 与PSDR之间控制、侦测信号转换与传递STS1.产生自身工作所需要的+24V电压2.在UPS发生异常时为负载提供应急通道,SCR开通.3.负责输入市电、输出电压侦测.4.将CT侦测到的输出电流信号转换成电压信号给CU4.5.20KS无STS板,此部分电路在功率板上.LCD1.显示CU4侦测到的关于UPS的信息. CU4LCD面板2.负责通讯板与CU4通讯信号转换. CU4LCD通讯板3.控制风扇转速(40KS,80KS无此功能)4.20KS LCD还有控制输出RELAY的功能.CHGR1.将三相整流后的REC电压转换为电池充电电压432V.2.电池低压、高压、反接、短路、未接等多种保护功能.CU4UPS控制板,负责控制UPS各部分之间协调工作.PFC CARD负责控制PSDR中的升压电路工作,无PFC CARD的话PSDR将无升压功能,BUS电压接近市电电压峰值.CT1. 负责侦测输出电流的大小,侦测到的信号输出到STS.2. 20KS无CT,此部分在功率板上.REC FUSE板在升压部分电路发生异常时对PSDR进行保护,通常REC FUSE熔断时表示功率板上升压电路有异常,UPS会42FAULT.BUS FUSE板在逆变输出部分电路发生异常时对PSDR进行保护,通常BUS FUSE熔断时表示功率板上逆变输出电路有异常,UPS会46FAULT.面板1.负责显示LCD发出的关于UPS各部分参数.2. ENTER确认键功能通讯板提供多种通讯断口RS232、RS485、PPVIS、AS400滤波板滤除输入输出电压中的差模、共模干扰MOV板滤除输入市电中的尖峰高压隔离变压器输入市电与UPS电气隔离输入电感防止输入电流突变 UPS整体架构介绍：3C3 UPS架构示意图功率板PSDR=整流器+升压电路+逆变器UPS主要功能是提供稳定的电源，所以按照供电渠道来划分UPS为维护模式、旁路模式、市电模式、电池模式四个部分，分别对应四种工作模式：A.市电模式: 市电模式是UPS正常工作的状态,UPS将输入的市电经过整流(AC-DC),升压(DC-DC),逆变(DC-AC) 后转变成稳定可靠的电源输出,工作示意流程图如下:说明： 供电回路 充电回路UPS市电模式工作示意图市电隔离变压器输入EMI 整流电路(AC-DC)升压电路(DC-DC)逆变电路(DC-AC)输出继电器输出EMI输出端子负载 市电向负载供电的同时,经过整流器后通过充电器给电池充电B电池模式：UPS电池模式工作示意图电池 电池SCR升压电路(DC-DC)逆变电路(DC-AC)输出继电器输出EMI输出端子负载电池模式是UPS在市电发生异常(UPS自身工作正常)时的供电状态C.旁路模式UPS旁路模式工作示意图市电隔离变压器输入EMI STS静态开关输出EMI输出端子负载 市电通过STS向负载供电的同时,经过整流器整流后通过充电器给电池充电 旁路模式是UPS自身发生异常（市电电压正常）时的供电状态D维护模式市电隔离变压器维护开关负载维护模式是对UPS进行维修时所选择的工作状态,此时负载由市电直接供电,可以对UPS进行维修测试动作.二 各部分电路工作原理介绍:1. 功率板(单相)：功率板（PSDR）是UPS主要组成部分，主要担负UPS电源转换功能 主要由整流电路、升压电路、逆变电路三部分组成： 充电输入电压 功率板示意图2.1 进出功率板接线：“两输入，两输出，一充一放，外加控制” a.市电输入: 火线(L): 输入EMI板I/P-L 功率板I/P-L 零线(N): 输入EMI板I/P-N 功率板I/P-N“两输入”： b电池输入: 电池正极(BAT+): 充电板BAT+ 功率板BAT+ 电池负极(BAT-): 充电板BAT- 功率板BAT- a逆变电压输出: 火线(L): 功率板O/P-L 输出EMI板O/P-L 零线(N): 功率板O/P-N BUS电容N “两输出”: b整流电压输出: 整流正(REC+): 功率板REC+ 充电板REC+ 整流负(BAT-): 功率板BAT- 充电板BAT- aBUS电容充电: +BUS充电: 功率板+BUS BUS电容正极 -BUS充电: 功率板-BUS BUS电容负极“一充一放”: bBUS电容放电: +BUS放电: BUS电容正极功率板+BUS-INV -BUS放电: BUS电容负极功率板-BUS-INV“外加控制”: CCB 功率板排线: 排线中包括功率板正常工作所需的控制电源及控制信号.1.2 功率板各组成部分工作原理介绍:1.2.1 整流器(ACDC): 作用: 将市电输入的交流电变换成直流电,即ACDC整流工作示意图整流电路示意图1.2.2 升压BOOST电路(DCDC):作用：将整流后的直流电压（REC电压）通过升压电路变化成UPS逆变器所需要的稳定的BUS电压. 升压电路由PFC CARD控制. 升压BOOST工作示意图BOOST工作电路原理示意图1.2.3逆变电路:作用: 将稳定的BUS电压转变成幅值、频率稳定的交流电压逆变器工作示意图 逆变器电路原理示意图2. STS (Static Transfer Switch )静态转换开关作用： 1. 在UPS发生异常时为负载提供供电通道.2. 输入、输出电压以及负载侦测.STS静态转换开关工作示意图STS接线介绍：“三进三出一N线，外加控制与侦测”“三进” ： 市电三相输入火线（LA LB LC）, 输入EMI 板 STS输入 “三出” : 旁路三相输出火线, （LA LB LC）, STS输出 输出EMI板 “一N线” : 输入、输出电压参考线, BUS电容N线 STS N线“控制” : CU4 STS 排线, 传递信号和开关控制信号“侦测” : CT线圈输出电流侦测信号线.注: 1. STS自身还有一温度侦测线,位置如实物所示 2.STS自身工作所需要的电源由自身产生(AB线电压) TX INPUT A +24V电源供STS自身使用 INPUT B 所以输入AB间阻抗大约有1203.充电器: 作用: 输入市电市电正常时,UPS处于旁路或市电模式下, 将整流器输出电压(三相)REC电压转换成稳定的432V直流电压输出供电池充电使用.充电板接线介绍：“一进一出，外加电源与通讯” “一进”： 三相整流电压输入： 红线：三相整流后REC+相互连接后 充电板REC+黑线: REC-即BAT-, 各功率板(BAT-) 充电板BAT-“一出”: 电池输入: 红线: 充电板BAT+ 端子排BAT+黑线: 充电板BAT- 端子排BAT-“电源”: 充电板工作电源: 红黑两PIN 信号线: CCB上CN1 充电板上CN03(CN05)“通讯”: 与CU4通讯: 3线排线: 充电板CN01 CU4 2线排线: 充电板CN02 CU4 4. CCB (Common Control Board): 作用：1. 产生所有PCB(STS除外)所需要的低压直流电源. 2. CU4到功率板控制信号转换, 即 CU4控制命令 CCB 功率板. 3. 上电初期给BUS电容预充电. CCB FLY BACK 电路架构注:HFPW+ 是频率为38KHZ的高频交流电源,供LCD CHGR PSDR使用.CCB接线介绍: +BUS: CCB上+BUS +BUS电容 -BUS: CCB上-BUS -BUS电容 N : CCB上N BUS电容N A. 电力线: 市电: CCB上I/P-L STS A相市电输入电池: CCB上+BAT 充电板 BAT+ CCB上-BAT 充电板 BAT-保护: CCB上V.DIS 、D.DIS REC FUSE 上 V.DIS 、D.DIS HFPW+电源输出: CCB上 CN01 LCD CN103 CN02 CHGR CN03 开机信号线: CCB上CN04 LCD CN204 面板确认键: CCB 上 CN03 液晶面板 B.信号线: 保护信号线: CN300 REC FUSE 板 +24V输出RELAY驱动线: CCB上CN206 输出RELAY 风扇转速控制: CCB上CN208 LCD CN106 风扇电源: CCB上 CN200 CN205 CCB与CU4信号线: CCB 上CNCU4 CU4 (64PIN) CCB与PSDR信号线: CCB上 CNL1R PSDR CNL2S PSDR CNL3T PSDR 注意: 2040KS CCB上还有一条CN7 CN8 短路线5.LCD: 作用: 1. 显示UPS相关工作参数 2. 负责UPS INTERFACE通讯板与内部通讯. 3. 风扇转速控制. LCD接线介绍: 与CU4通讯线 : LCD 40PIN排线CN101 CU4通讯线 与液晶面板通讯线 : LCD 30PIN排线CN202 液晶面板与INTERFACE通讯线 : LCD 30PIN排线 CN102 通讯板LCD 电源输入线 : LCD CN103 CCB CN01UPS开机信号线 : LCD CN204 CCB CN04风扇转速控制信号线 : LCD CN106 CCB CN208 6. CU4: 3C3UPS的主控制器.负责所有电路工作所需的控制信号.7. PFC: PFC CARD 插于各相PSDR(CN21)上,主要功能是控制升压电路工作, 将REC BUS电压.8. INTERFACE: 包括 RS-232、PPVIS、 RS485、AS400通讯端口.9. EMI 、MOV : 负责输入、输出电压的滤波以及吸收输入市电的浪涌.附录：UPS整机架构；电气规格：型号3C3-30KS额定容量30KVA/24KW输入电压285VACV5minutesInverter transfer to bypassBat mode overload fault150% 30secondsInverter transfer to bypassBat mode overload fault效率 市电模式88% （Full R load, no including CHGR）电池模式 92% （Full R load）转换时间市电转电池0ms旁路转逆变0ms逆变转旁路0ms