UPS不间电源说明

1、目 录一、 产品规格二、 整机方框图三、 整机架构说明四、 线路说明充电器工作原理:CHGR MODULE工作电源产生:PRSY MODULE功率因数修正:PFCC MODULE风扇驱动/侦测:FNDR MODULE直流斩波电路:DCDC MODULE逆变输出工作:GTDR MODULE控制板主要线路:五、故障灯号及其意义六、维修注意事项一、 1053NNN 产品规格容量最大负载容量1000VA/700W输入参数市电模式开机范围122Vac300Vac输入市电电压范围118Vac300Vac（随负载量变化）输入市电频率范围40Hz60Hz（可通过软件调节）输出参数输出电压2202%Vac正弦波

2、输出频率范围1、与市电同步 （市电模式输入频率46Hz54Hz）2、500.2Hz （市电模式输入频率40Hz46Hz或 54Hz60Hz， 电池模式）过载能力市电模式减载运行 -30% 140Vac160Vac -50% 120Vac140Vac市电模式 （160VacVin150% 200毫秒后转旁路且过载Fault市电模式 （120VacVin减载运行负载量后立即转电池模式电池模式1、 112%150% 30秒后过载Fault2、150% 200毫秒过载Fault充电能力及电池参数电池数量x电压x容量 3x 12V x 7.0AH (标机)电池备用时间（新电池）6分钟（标机、满载）电池充

3、电时间5小时（标机充至90%容量）最大充电能力1.0A（标机）、 8.0A（长效机）转换时间市电模式 电池模式0mS旁路 逆变0，负载呈感性；反之负载呈容性。 二是电流波形中的谐波含量，谐波含量越大，功率因数越低。对于整流性负载（如许多无功率因数校正的开关电源），电压与电流之间的相位差并不大，而是电流谐波大。另外，电流谐波会对电网造成污染。 Vs Is Id VO IdVS Is Fig.8 整流性负载原理图 Fig.9 整流性负载电压电流波形 可以看出，市电经全波整流后，电压、电流波形如Fig.8所示。二极管只有在输入电压高于输出电压时才会导通。在此导通时间内，输入电流必须供应半周所需的能量

4、，因此其波形呈现高尖特性，这样的电流波形不仅含有大量的低次谐波，而且功率因数也只达0.50.7左右。 2)、功率因数修正所谓功率因数校正，就是改善电流波形，使其形状尽量与电压波形一致，这样负载呈现出电阻性负载的特性，功率因数将接近于1。故在整流后加入一级DC/DC的功率因数校正器（PFC），借由主动开关的动作将输入电流修正为与电压波形相似的正弦波，以达到提高功率因数目的。对于改善功率因数，采用升压式电路有不少优势。下面先介绍其工作原理。 A、升压式电路的工作原理 Fig.10 升压式电路原理图如Fig.10所示，当Q1导通时，二极管D1截止，电感L1处于充电状态，在输入电压Vin的作用下L1的

5、电流线性上升，输入的电能转换成磁能储存在电感线圈中，负载靠滤波电容C1提供能量。当Q1截止时，由于电感电流不能突变，因此L1产生极性为右正左负的感应电势，该感应电势试图阻止电感电流的衰减。此时D1导通，电感L1把上一时间段储存的磁能通过D1一方面传递到C1，给C1充电，另一方面提供给负载。所以，只要通过调整开关S的导通与截止时间，就能控制负载两端的电压。并且由于电感电流不能突变，可以比较容易地控制电感电流（输入电流）的波形。 B、功率因数校正的实现1053NNN功率因数校正的实现是UC3843的控制下(PFCC MODULE)的升压式电路来完成的。功率因数校正专用芯片如UC3854，为使电流波

6、形跟随电压波形，须采样BUS电压信号、输入电流标准波形信号、输入电压有效值和输入实际电流信号，然后做相应的运算，才能通过对其输出脉冲脉宽的调节来实现稳定BUS电压和改善电流波形的目的。在UC3843采用了斜路补偿电路,只须采样BUS电压信号和电流信号，对功率因数的改善能取得良好的效果.UC3843不是专门的功率因数校正器，但是可以用其实现峰值电流模式的控制。峰值电流控制与平均电流控制最大的区别在于：用电流比较器取代电流误差放大器，因此占空比的变化范围很宽，为了保证系统的稳定性需要加上斜率补偿环节。而3843就是借用斜率补偿的概念，实现功率因数校正的目的。斜率补偿的概念（slope compen

7、sation）需要进行斜率补偿的三个条件：D50%、电感电流连续、峰值电流控制。未加斜率补偿加入斜率补偿从图中可以看出：未加斜率补偿，当电流有轻微扰动且D0.5时，该扰动信号会得到放大，对系统的稳定性产生影响。所以需要加入斜率补偿，使D0.5时，电流信号的扰动也无法得到放大。UC3843的采样信号为：BUS电压（BUS.VFB）、输入电流（实际为开关管电流Ia）控制机理为：BUS.VFB信号送至VA的反相输入端（VFB），VA的同相输入为内部基准2.5V，VA的输出为电流比较器的基准信号，送至比较器的反相输入端，输入电流采样信号送至比较器的同相端。比较器的输出送至触发器，控制开关管的开通与关断

8、。斜率补偿示意图根据叠加原理，斜率补偿后3脚（ISENSE）的输入信号为：VisIaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）加入斜率补偿后的控制示意图从调节规律中可以看出，Ia的变化朝着正弦的方向发展，其包络线近似为正弦信号。假设电压误差放大器的输出为一定值，即为钳位电压1V时，存在如下等式：IaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）D=1V由于Boost电路满足关系式：VoutVin/（1D），代入上式可得：IaRsR1/（R1+R2）+VcR2/（R1+R2）（VoutVin）/Vout=1VIaRsR1/（R1+R2）1VVcR2/（R1+R2）（VoutVin）/

9、VoutIaRsR1/（R1+R2）1VVcR2/（R1+R2）VcR2/（R1+R2）Vin/Vout从上式可以看出，加入斜率补偿后，Ia的表达式中包含有Vin信号，Vin为输入电压整流后信号。说明进行斜率补偿后，Ia信号也近似为正弦整流后的信号。所以，通过调节斜率补偿所占的比例，就可以改变Ia波形的正弦度。根据Boost电路的工作原理可知：开关管on，电感电流上升，Ldi/dtVin，则m1Vin/L；开关管off，电感电流下降，Ldi/dtVoutVin，则m2= （VoutVin）/L电感电流上升/下降的斜率随着输入/输出电压的变化而变化，因此斜率补偿的斜率的选取比较困难。以上分析基于

10、VA的输出为定值，但在实际调节中VA的输出是变化的值，所以电压误差放大器的控制环节也会影响到Ia的正弦度。通过对UC3843调节过程的了解可以知道，实际上用UC3843实现PFC，并不是传统意义上的功率因数校正，而只是用斜率补偿来近似逼近输入电流的正弦变化规律。4.FAN 的控制风扇控制模块的功能：根据负载大小，实现风扇的四段转速控制：LOAD70%FANSPD DUTY=1LOAD50%FANSPD DUTY=0.67LOAD25%FANSPD DUTY=0.34LOAD25%FANSPD DUTY=0提供FANCLK SIGNAL信号，供CPU侦测风扇转速。风扇控制原理图其中，FANSPD

11、：风扇转速控制信号；FANCLK：风扇转速侦测信号。1)、风扇转速的调节分析FANSPD信号与风扇转速的关系：LOAD25% FANSPD DUTY=0.34，风扇两端的平均电压为：12V-3.3（1-0.34）=12V-2.178V=9.822V；LOAD50% FANSPD DUTY=0.67，风扇两端的平均电压为：12V-3.3（1-0.67）=12V-1.089V=10.911V；LOAD70%FANSPD DUTY=1，风扇两端的平均电压为：12V。可见，FANSPD DUTY的大小控制了风扇的转速，即DUTY打的越大风扇的转速越快。2)、风扇状态的侦测CH1：D=0风扇旋转时分压电

12、阻上的电压波形；CH2：FANCLK信号从波形可以看到，当风扇旋转时，其两端的电压是变化的，在某一位置上风扇上的电压近似为12V，所以分压电阻上的电压近似为零（由于电阻两端并联有一3.3V的稳压管，高于3.3V的电压被钳位于3.3V）。因此，通过侦测FANCLK信号可以判断风扇的状态。 5、 直流斩波电路 1)、推挽式转换器工作原理 Fig.12 推挽式转换器工作原理推挽式转换器控制模组是DCDC MODULE,模组的PWM芯片是3525.转换器在一个周期内Q1、Q2各导通一次，在每一个半周会将功率传至负载。一个完整的周期如下：1、Q1导通时，根据变压器TX的同名端，可知D1反偏而截止，D2正

13、偏而导通且向电容C1充电和给负载提供能量。2、Q1、Q2同时截止时，D1、D2也截止，由电容C1向负载供电。3、Q2导通时，D1导通且向C1充电和给负载提供能量，D2截止。4、Q1、Q2同时截止。 2)、BUS电压软启动（BUS VOLTAGE SOFTSATRT）直流斩波部分的控制模组的芯片UC3525可在硬件上实现软启动，但软启动时间若设置太长，则影响UPS从市电模式转为电池模式时BUS电压的稳定，故1053NNN采用软件实现软启动。BUS电压的反馈信号并不直接送给UC3525，而是CPU通过采样BUS反馈信号，在做相应的计算，输出BUS.VFB（CPU发出脉宽可调的脉冲，经滤波电路后得到

14、BUS.VFB）信号给UC3525来调节BUS电压。当BUS电压软启动刚开始时，BUS电压很低甚至为零。但CPU提高BUS.VFB信号的幅值，以免UC3525发出的PWM驱动信号太大而使电池电流过大损坏硬件。此外，1053NNN不能用输入的市电来实现BUS电压软启动。原因是输入继电器的闭合与断开都需要毫秒级的时间，故不能向对SCR那样控制其开通的导通角，并在下半周关断达到BUS电压软启动。若不进行BUS电压软启动就打开输入继电器，整流升压部分的电感（L9）在低频下很快因饱和而呈短路状态，这时输入市电经整流桥后直接向BUS电容充电。由电路理论可知，电容在刚开始充电时电阻很小，使得市电电流达100

15、多安，会烧掉市电保险等元件。所以，当由正常的市电输入且须升BUS电压时，先让直流斩波部分实现BUS电压软启动。 6、 逆变器工作 Fig.13 逆变部分原理图1053NNN的逆变部分采用半桥式结构来实现，工作于连续电流模式。其驱动信号是软硬件结合产生的，输入是BUS电压（空载时约350V），输出是220Vac。一个周期的工作如下（假设处于逆变输出正半周）：a、 Q13导通，Q12关断，L1左端电压接近+BUS电压，IL1上升，电感在储能。b、 Q13、Q12同时关断，由于电感电流不能突变，Q12的续流管导通，L1左端电压接近-BUS电压，IL1下降，电感能量转移给负载。c、 Q13关断，Q12

16、导通，因为处于逆变周期正半周，IL10, Q12的续流管继续导通，L1左端电压接近-BUS电压，IL1下降，电感放出能量。d、 与第b步相同。值得一提的是，虽然在一个周期内Q12、Q13可能会交替导通（也可以只有其中一个导通），但其脉宽不一样。当逆变处于正半周时，Q13导通时间比Q12长。经L、C滤波后，可得逆变正弦波的上半周。单逆变处于负半周时与正半周类似。由于Q12、Q13同时导通时会将BUS电压短路，故在两者交替导通时须有一定的死区时间（即都不导通）。 7、 控制板线路说明 1)、过零侦测电路市电与逆变采用相同过零侦测电路，在此以市电过零侦测电路为例。Fig.14 是一典型的施密特过零比

17、较器，Vin是市电电压经一比例放大器衰减后的正弦信号，R147和R148的组成施密特环节，可以防止市电波形较差时在正弦波过零有振荡（如接发电机）而产生的误动作。加入D27的目的是防止送给CPU的信号变负电压。 2)、幅值侦测电路市电与逆变也采用相同的幅值侦测电路，在此以市电幅值侦测电路为例。Fig.14 市电过零侦测电路Fig.15 市电幅值侦测电路从Fig.15可以看出，市电幅值侦测采用由运算放大器构成的全波整流电路。Vin是市电电压经一比例放大器衰减后的正弦信号，当Vin为正时，图中U22的8脚输出为负值，D25截止，运算放大器不起作用。由于CPU A/D转换输入口的输入阻抗极大，故相当于

18、把Vin的正半周直接送给CPU；当Vin为负时，U22的8脚输出为正值，D25导通，由于R210=R145，故把Vin的负半周反向后送给CPU，从而达到全波整流之目的。3)、INVERTER 参考波产生电路CPU侦测逆变电压的零点、频率和幅值，且若需要对市电进行锁相，还侦测市电电压的零点、频率，然后CPU根据侦测到的信号输出频率和脉宽可变的6.4MHz的SINE.PWM信号。逆变参考正弦波产生电路是一3阶带通滤波器，其输出参考正弦波是频率和幅值可调的正弦波（频率在50Hz附近变动）。SINE.PWM信号的频率决定参考正弦波的频率，SINE.PWM信号的脉宽决定其幅值。故CPU可通过对SINE.

19、PWM的调整来达到控制逆变输出的目的。 Fig.16 逆变参考正弦波产生电路4)、INV反馈与参考正弦波的误差产生电路 Fig.17 INV反馈与参考正弦波的误差产生电路图中INV是逆变电压，L.C+1是逆变电流经CT的反馈信号，SINE-PWM是CPU发出。参考正弦波与INV经R2224与R314的分压信号、逆变电流反馈信号相减，同时根据Vbal对其平衡电压进行调整，从而得到标准正弦波输出，送给后级比较器与三角波进行比较以产生PWM信号。故可得出以下结论：逆变电压得调整由两个反馈环构成，一是CPU根据其采样得信号，产生SINE.PWM信号，经滤波后得参考正弦波，但CPU得速度有限，对SINE

20、.PWM信号得调整需一定的时间；二是硬件补偿电路，反馈逆变电压和逆变电流信号对参考正弦波进行补偿，以达到对逆变电压实时进行调整之目的。 5)、三角波产生电路Fig.18中C29是滤波电容，C40和R2决定充放电的时间常数，R2、R58决定放大倍数。在参数的选择上，积分时间常数远大于CLOCK信号的高电平时间，放大倍数较大（接近10倍）。由运放特性可知，U8的13脚是“虚地”。故当CLOCK信号为高电平时，对C40进行充电，当CLOCK为低电平时，C40通过R2放电。 Fig.18 三角波产生电路所以，当CPU发出19.2KHz的 CLOCK信号占空比为50%时，三角波产生电路输出良好的三角波。

21、6)、PWM产生电路 Fig.19 PWM波产生电路此PWM产生器是采用三角波调制法来实现的。将三角波送入比较器U10的4脚（同相端），将标准正弦波送到比较器的5脚（反相端），当三角波电压大于正弦波时，U10的2脚输出一个宽度等于三角波大于正弦波部分所对应时间间隔的正脉冲，反之三角波电压小于正弦波时，U10的2脚输出低电平。此脉冲分两路传送：一是经R18到U11（1、2、3脚）缓冲整形，R84，C39，D14使PWM信号上升沿产生死区时间且下降沿陡直。再接于U11的8脚，这样可同其9脚的限流、PWMOFF信号相与，以便逆变电流过流时能关断PWM来保护和CPU在必要时关断PWM。为增加驱动能力，

22、在4081后接2003（1、16脚）作为PWM-的输出极。二是U10的2脚输出经U10（1、6、7脚）反向，后级与PWM-信号一样产生PWM+信号。五、 灯号及其意义 1、面板指示灯LED1LED4LED3LED2LED5LED6BypassBATINVLine 2、 灯号及其意义UPS STATELEDBUZZEROVERLOAD FAULTLed5, Led6 onKeep on buzzingOVER CHARGE FAULTLed4, Led6 onKeep on buzzingBUS OVER FAULTLed3, Led6 onKeep on buzzingINV. FAULTLed2, Led6 onKeep on buzzingOVER TEMPERATURE FAULTLed1, Led6 onKeep on buzzing110% OVERLOADLed1Led6 onBeeping per 0.5secBAT LOWLed5 on; Led1,2,3,4,