一种小型应急UPS电源的设计
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科 技 论 坛
一种小型应急 UPS 电源的设计
张春志 胡广洲 李浩茹
（大庆石油学院华瑞学院，黑龙江 哈尔滨 150027）
引言
UPS 电源是近年来发展起来的一种新型
不间断电源技术。UPS 电源按其工作方式可分
为后备式 UPS 和在线式 UPS 两大类[1]；在线式
UPS 电源在市电正常供电时，它首先将市电交
流电源变成直流电源，然后进行脉宽调制、滤
波，再将直流电源重新变成交流电源，即它是由
交流电→整流→逆变器方式向负载提供交流电
源，一旦市电中断，立即改由蓄电池→逆变器方
式对负载提供交流电源[2]。对在线式 UPS 电源
而言，在正常情况下，无论有无市电，它总是由
UPS 电源的逆变器对负载供电，这样就避免了
所有由市电电网电压波动及干扰而带来的影
响。在线式 UPS 电源的供电质量明显优于后备
式 UPS 电源，它可以实现对负载的稳频、稳压
供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其
转换时间为零[3]。现设计了一种简易的由软件控
制的应急在线式 UPS 电源。并用 DT9205 数字
万用表、DS－5120M 100MHz 示波器、自藕调压
器测试了其参数。
1 方案与论证
设计输出电压为 24VAC 在线式不间断电
源，方案结构如图 1 所示。
图 1 结构框图
要实现在线式不间断电源的功能，电路中
最主要的部分就是 SPWM 法的实现。使用软件
生成 SPWM 波形比较容易，因此，采用软件生
成法。用软件来实现调制，产生窄脉冲，模拟正
弦波，使电路简化，实现精确的控制，并对蓄电
池的充放电及保护电路具有控制作用。
在电路的脉宽调制部分应用 SPWM 法[4，5]，
产生冲量相等而形状不同的窄脉冲。通过软件
调制方法，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正
弦波等效的 SPWM 波形控制逆变电路中开关
器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所
希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，
再通过反馈电路来改变调制波的频率和幅值，
则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值，从
而达到理论要求的幅值。当交流电工作时，蓄电
池充电但不工作；当交流电断电时，可由软件检
测到，并控制电路使蓄电池放电，同时软件也可
控制蓄电池的维护电路，相比纯硬件电路而言，
操作简捷，可行性高[6]。
2 系统的硬件设计
2.1 总体设计
系统的总体设计如图 2 所示，包括逆变电
路和反馈电路模块、冲放电模块、过冲保护，欠
压保护模块。
图 2 系统的总体设计图
2.2 功能模块的设计
2.2.1 逆变电路和反馈电路模块
市电 220V 经过变压器降压为 36VAC，经
过整流滤波，为后面电路供压，同时单片机提供
SPWM 波形信号，通过光电耦合器驱
动半桥式逆变电路，在经过变压器
转变成 24AC 给负载供电[7，8]。负载端
通过电阻降压后送入光电耦合器，
经过分压，滤波后由比较器进行比
较，输出信号送入单片机，从而组成
了一个反馈电路，对负载端电压幅
度进行控制，达到标准。
2.2.2 冲放电模块
36V 交流电通过整流滤波，有
光电耦合器进行交流检测，信号送
入单片机 P2.2 口，电路处于交流供
电状态。当 P2.5 输出低电平，左侧光
电耦合器导通，充电电路导通。当需要直流供电
时，P1.5 口输出高电平，继电器处于常开状态，
右侧的二极管导通，蓄电池处于放电状态，为负
载供电。
2.2.3 过冲保护，欠压保护模块
欠压部分：当蓄电池两端电压低于 29V
时，经过分压后送入比较器，比较器输出低电平
送入单片机 P1.4 口，继电器断开，使蓄电池不
再放电。
过充保护部分：当蓄电池两端电压高于
43V 时，比较器向 P2.4 口送入高电平，使单片
机控制的光耦截止，达到保护目的。
3 系统的测试结果
3.1 在交流供电和直流供电 U1，U3=36V
两种情况下，输出电压 U2=24±0.3VAC，其频率
为 50±1Hz，额定输出功率大于 80W；
3.2 切断交流电源后，在输出满载情况下
工作时间大于 2 分钟；
3.3 交流供电时，在满载条件下，U1 从
29VAC 增至 43VAC，U2 变化不超过 2%；U1=
36VAC、U2=24VAC，电源负载从空载到满载，
U2 变化不超过 2%；
3.4 直流供电时，满载条件下，效率不低于
80%；
3.5 具有输出短路保护功能；
3.6 满载条件下，输出正弦波失真度不大
于 5%；
3.7 具有给蓄电池充电功能，充电电流不
小于 0.1A，充电电路对蓄电池不能过充；
3.8 具有欠压保护功能：当蓄电池的放电
电压≤29V 时整机自动保护停止工作；
总结
该作品设计简明，软硬件相结合。很好地
展现了在线式不间断电源特点，且电路中设计
了可调制的反馈环节，可稳定地给负载供电，并
对蓄电池电路具有良好的保护功能———添加了
交流检测、欠压保护、过充保护等功能模块，充
分体现了该设计作品的优越性。
附录 1 电源总原理图
参考文献
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[7]陈道炼．逆变技术及其应用[M]．北京：机械工
业出版社，2005：1.
[8]周志敏．逆变电源实用技术一设计与应用[M]．
北京：中国电力出版社，2005.
作 者 简 介 ：张春志（1971~），男，讲师，硕
士。科研项目：黑龙江省教育厅科研项目，项目
编号：1154404。
摘 要：在线式 UPS 电源将市电转化为直流电给蓄电池充电，同时将此直流电逆变为 24V 交流电为负载供电，并利用 STC89C52 单片机实现
脉宽调制、反馈控制、交流检测、蓄电池的欠压及过冲保护功能，极大减少了电路复杂性。经调试所获得的数据表明，系统的各项基本指标很好。
关键词：UPS 电源；脉宽调制；单片机
图 3
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