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  • 深度解剖UPS 详解UPS基本应用注意事项

    UPS即不间断电源,是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。  UPS的功能与作用  UPS是不间断电源(UninterruptiblePowerSystem)的英文名称的缩写,它伴随着计算机的诞生而出现,是计算机常用的外围设备之一。实际上,UPS是一种含有储能装置,并以逆变器为主要组成部分的恒压恒额的不间断电源。UPS在其发展初期,仅被视为一种备用电源。后来,由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题,使计算机等设备的电子系统受到干扰,造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果,引起巨大的经济损失。因此,UPS日益受到重视,并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。  目前在市场上可以购买到种类繁多的UPS电源设备,其输出功率从500VA到3000kVA不等。当有市电供给UPS的时候,UPS对市电进行稳压(220V±5%)后为计算机供电。此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电。因UPS设计的不同,UPS适应的范围也不同,UPS输出电压在±10-15%的变化一般属正常的计算机使用电压。当市电异常或者中断时,UPS立即将机内电池的电能通过逆变转换供给计算机系统,以维持计算机系统的正常工作并保护计算机的软硬件不受损失。  UPS的分类与特点  UPS电源按其工作方式可分为后备式和在线式两大类,按其输出波形又可分为方波输出和正弦波输出两种。后备式UPS电源在市电正常供电时,市电通过交流旁路通道再经转换开关直接向负载提供电源,机内的逆变器处于停止工作状态。这种UPS电源在实质上相当于一台稳压性能极差的市电稳压器。它除了对市电电压的幅度波动有所改善外,对市电电压的频率不稳、波形畸变以及从电网串入的干扰等不良影响基本上没有任何改善。只有当市电供电中断或低于170V时,蓄电池才对UPS的逆变器供电,并向负载提供稳压、稳频的交流电源。后备式UPS电源的优点是运行效率高、噪音低、价格相对便宜,主要适用于市电波动不大、对供电质量要求不高的场合。  在线式UPS电源在市电正常供电时,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,即它平时是由交流电经整流后又以逆变器方式向负载提供交流电源。一旦市电中断,立即改由蓄电池以逆变器方式对负载提供交流电源。因此,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带来的影响。显而易见,在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源,因为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。方波输出的UPS电源带负载能力差(负载量仅为额定负载的40-60%),不能带电感性负载。如所带的负载过大,方波输出电压中包含的三次谐波成份将使流人负载中的容性电流增大,严重时会损坏负载的电源滤波电容。正弦波输出的UPS电源的输出电压波形畸变度与负载量之间的关系没有方波输出UPS电源那样明显,负载能力相对较强,并能带微电感性负载。不管那种类型的UPS电源,当它们处于逆变器供电状态时,除非迫不得已,一般不要满载或超载运行,否则会使UPS电源的故障率明显增多。  UPS与负载的匹配  有的UPS用瓦(W)或者千瓦(kw)来表示其输出功率,如500W、1kw等;有的UPS用伏安(VA)或者千伏安(kVA)来表示其输出功率大小,如3000VA、5kVA等。VA与W的一般换算关系为:瓦是伏安的0.8倍,如3kVA=2.4kw。UPS是线负载供电用的,每一种UPS都有特定的输出功率能力。如3kVA的UPS,其最大输出功率是3kVA或者2.4kw,此时就要求接到这台UPS上的设备的耗电功率总和不能超过2.4千瓦。通常设备都标明了耗电功率(或者额定功率),此时就应当使所有接到UPS上的设备的额定功率加起来不超过UPS的输出功率,这种方法通常就叫做UPS输出功率与负载耗电功率的匹配。但有些设备的启动功率是额定功率的3-5倍(例如打印机的额定功率为200W,则在计算负载匹配时要按5×200W=1000W进行折算)。除了打印机以外的其他计算机外部设备,通常启动功率略大于额定功率,故考虑匹配时最好按UPS输出功率的80%进行负载匹配。  标准的UPS未加外接电池前,在它的输出功率与负载耗电功率完全匹配(即全负载)的情况下,一般从市电中断时算起可供电约6-10分钟(具体数值每个型号的UPS说明书上都有记载)。如果以负载耗电功率只有UPS输出功率的一半计算(习惯叫半负载或者50%负载率,如1000W的UPS接入500W的负载),则可供电12-25分钟,不同负载量时的UPS供电时间大约可参照负载减半时间加倍的方式计算。使用注意事项正确使用UPS电源,不但可以减少UPS发生故障的机会,而且能够有效地延长其使用寿命。  平常应当注意以下几点:  (1)使用UPS电源时,应严格遵守厂家的产品说明书的有关规定,保证UPS所接市电的火线、零线顺序符合要求。  (2)配备UPS的主要目的是防止由于突然停电而导致计算机丢失信息和破坏硬盘,但有些设备工作时是并不害怕突然停电的(如打印机等)。为了节省UPS的能源,打印机可以考虑不必经过UPS而直接接入市电。如果是网络系统,可考虑UPS只供电给主机(或者服务器)及其有关部分。这样可保证UPS既能够用到最重要的设备上,又能节省投资。  (3)不要超负载使用UPS。UPS电源的最大负载量应该是其标称负载量的80%(如1000w的UPS,按80%负载率即800W去匹配负载:1000VA的UPS按80%换算成800W之后再按80%负载率即640W去匹配负载)。如果超载使用,在逆变状态下,常造成逆变三极管的击穿。此外,在使用UPS时,严禁接诸如日光灯之类的感性负载,而只能接纯电用或较小的电容性负载。  (4)开关机时应当注意开关机的顺序:开机时先开UPS,稍后(最好是滞后1-2分钟,让UPS充分进入工作状态)再开通负载的电源开关,而且负载的电源开关要一个一个地去开通:关机时顺序正好相反,先一个一个地关掉负载的电源开关,再关掉UPS。UPS要长期处于开机状态,而计算机等负载则每次要用才开机,用完后只要关掉计算机等负载的电源开关即可。  (5)不要频繁关闭和开启UPS电源。  一般要求在关闭UPS电源后,至少要等待6秒钟后才能再开启UPS电源,否则,UPS电源可能处于“启动失败”的状态,即UPS电源处于既无市电输出又无逆变器输出的不正常状态。  (6)UPS内电池内的电能有可能因某种原因而耗尽或者接近耗尽。为了补偿电池能量和提高电池寿命,UPS要进行及时的、较长时间的连续充电(通常不少于48小时,可以带或者不带负载),以避免由于电池衰竭而引起故障。新购置或存放很久的UPS,在使用前,应先充电12小时。长期存放不用的UPS,每隔3个月,充电12小时,若处于高温地区,每隔2个月充电一次。UPS不充电就使用,会损坏蓄电池。

    时间:2019-02-26 关键词: 电源技术解析 电源设备 电源功率

  • 电源功率转换器解决高效、小尺寸挑战

    在电源设计中,散热限制、峰值功率持续时间、峰值功率占空比等性能指标往往决定了 IC产品是否被电源系统设计工程师所选用。Power Integrations (PI)产品行销总监Nazzareno Rossetti认为,电源功率转换器正面临小尺寸和高效率趋势下相互制约的挑战,如何更好地解决这一问题是所有电源技术供应商面临的课题。  针对这种挑战,PI一直在完善他们的PeakSwitch产品线。 该系列产品针对峰值连续输出功率比很大的应用而设计,强调在整个负载范围内都表现出非常高的效能。不久前,该系列产品又推出了一款可满足高达 127 W峰值需求的PKS607,可满足对峰值 RMS(均方根)功率比要求极高的多类应用,比如打印机、音响设备和家庭娱乐系统。PKS607拥有集成频率抖动、最小化的EMI以及通过智能 AC 检测功能,提供有条件的锁存关断保护和自适应的导通时间延长、自适应的电流限流点等特性。  PKS607不仅能按需提供峰值功率,同时还允许工程师使用连续输出功率水平所需的变压器尺寸。Rossetti表示,新器件虽然峰值高达127W,但整个设计是按照75 W 连续负载设计,这样可以节省变压器磁芯的成本。“通常,空载情况下频率较低,而随着负载的增加器件工作频率会随之升高,由于采用这种连续负载设计,PeakSwitch 在整个负载范围内都能够实现很高的效能。”  新器件延续了PeakSwitch单片 IC 上集成700 V MOSFET 和低压控制电路的专利技术,包括通过开/关控制满足所有负载条件下的高效工作,极大降低待机功耗等。Rossetti强调,线性电源中,效率最大化和功率输出之间一直存在矛盾,而在开关电源中,这种影响正好相反,即功率越高,在开关调频模式下,效率也越高;反之,功率低待机功耗反而高。而相对于PWM控制模式,开关模式在频率抖动和调频控制速度上要快很多,这将提高充电速度。Rossetti还表示,PKS607可使设计在带载模式、待机模式和睡眠模式的功率要求方面满足当前及未来的节能标准。

    时间:2019-03-27 关键词: 转换器 电源技术解析 电源功率

  • 基于CPLD的软开关电源数字控制器设计

    基于CPLD的软开关电源数字控制器设计

      1 引言  近年来,随着大功率开关电源的发展,对控制器的要求越来越高,开关电源的数字化和智能化也将成为未来的发展方向。  目前,我国的大功率开关电源多采用传统的模拟控制方式,电路复杂,可靠性差。因此,采用集成度高、集成功能强大的数字控制器设计开关电源控制器,来适应不断提高的开关电源输出可编程控制、数据通讯、智能化控制等要求。  2.数字控制器设计  本文设计的数字控制器,采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片作为主控制器,主要功能模块包括:(1)DSP与可编程逻 辑器件CPLD相配合实现全桥移相谐振软开关驱动(2)偏磁检测电路;(3)其他功能,如数据采集、保护及外部接口等。控制系统结构如图1所示。  2.1移相控制波形的生成  TMS320LF2407A芯片包含两个事件管理器EVA和EVB,每个事件管理器都包括两个通用定时器,通用定时器GPT1和GPT2对应于事件管理器EVA,GPT1和GPT2对应于事件管理器EVB,通用定时器的结构如图2所示。  通用定时器是PWM波形产生的基础,每个通用定时器都可以提供一路单独的PWM输出通道。获得指定周期指定脉宽的PWM信号的过程是:首先设置通用定时器控制寄存器TxCON确定计数器的计数模式和时钟源;然后根据需要的PWM波形周期设置周期寄存器TxPR;接着装载比较寄存器TxCMPR,确定 PWM 波形的占空比。通过上述相应的设置即可获得指定周期、指定脉宽的PWM信号。  而输出移相波形的关键是让同一事件管理器中的两个通用定时器同步工作,并且在一个通用定时器从零开始计数的时刻,赋予另一个通用定时器计数器不同的初值,初值的大小决定两个通用定时器输出PWM波形的相位关系。本文利用事件管理器EVA的两个通用定时器GPT1和GPT2的同步工作,产生移相波形。  为了避免因开关器件特别是IGBT器件在关断时电流拖尾造成桥臂瞬时直通所造成的危害,还需要在同侧桥臂的开关器件控制波形中添加死区。因为PLD 具有可 在线修改能力,可在PCB电路完成后随时修改设计,而不必改动硬件电路,因此本文采用ALTERA公司的EPM7000S系列的CPLD芯片,通过编程生成控制波形的死区。如图3所示。  2.2磁偏检测电路  在全桥电路中,一对功率开关管在工作周期的前半部分和后半部分交替地通断,若它们的饱和压降相等,导通脉宽也一样,则称电路工作在平衡状态。但若由于某种原因导致两个半周期内施加在中频变压器上的电压不相等(例如功率开关管的饱和压降有较大差异)或是一对晶体管的导通脉宽不相等(例如由于存储时间的不一 致、控制电路输出脉宽不相等以及反馈回路引起的不对称等)时,功率转换电路就工作在不平衡状态。变压器的磁通在一个周期终了时不能返回到起始点,于是将在 一个方向增大,其工作区域将偏向一个象限,引起磁芯饱和从而导致功率开关管损坏,逆变失败,此即所谓“单向偏磁”。  为了避免变压器的饱和,充分发挥数字控制器的优势,尽量简化主电路的设计,增加变压器的利用率,本文设计中采取以下方法来进行磁偏的检测和控制。如图4所示,通过互感器分别检测变压器的一次侧正负半周的电流大小,将检测得到的值HCQ1和HCQ2进行比较,一旦某个半周的电流偏大超过一定的值,则认为出现 了偏磁,将该信号送入TMS320LF2407A的捕获单元功能,产生捕获中断并通过中断程序去调整相应桥臂的功率开关管驱动脉冲的宽度,强制对变压器进行磁恢复,防止变压器饱和现象的发生。  2.3数据采样及滤波  为了确保控制板与系统主电路的信号隔离,数据采样电路上采用与霍尔电压传感器和霍尔电流传感器接口,确保采样输入电路的信号与采样输出信号的完全隔离。  TMS320LF2407A芯片内部集成了10位精度的带内置采样/保持的模数转换模块(ADC)。根据系统的技术要求,10位ADC的精度可以满足电压的分辨率、电流的分辨率的控制要求,因此本文直接利用控制芯片内部集成的ADC,就可满足控制精度。另外,该10位ADC是高速ADC, 最小转换时间可达到500 ns,也满足控制对采样周期要求。  为了提高ADC数字采样的精度,减少软件滤波的工作量,设计了低通滤波器对电压和电流的信号进行处理,以消除高频信号的干扰和更好的消除线路以及空间的干扰。  2.4保护功能  电源运行过程中,可能会发生一些异常状态,如全桥电路出现直通使得原边母线短路;副边负载短路或者过流、散热器过热等等,需要在控制中加以保护。  在本文设计中,利用了DSP 功率保护引脚PDPINT的功能对异常状态进行检测并能够做到及时恰当处理,做到系统的安全可靠运行。  保护电路采用窗口比较电路,分别检测功率开关管的过流信号,输出的短路信号和散热器的过热信号。设定保护的阀值,一旦出现任何异常,就可以立刻将保护信号送入DSP 功率保护引脚PDPINT或者外部中断信号IOPE-2,通知控制系统并采取相应的措施:对于原边的短路以及副边的短路采用不可恢复的保护方式,立刻关闭 PWM驱动信号,切断电源的输入,以防止其它更严重的危险发生;对于散热器过热等可恢复的保护信号,则暂时关闭PWM输出,等状态恢复后再重新恢复工作。

    时间:2019-03-04 关键词: 开关电源 电源技术解析 数字电源 电源功率

  • 开关电源设计要点分析

    开关电源设计要点分析

    生活中处处可见电子产品,最常见就是电源,现在我们的生活可谓是离不开电源,照明需要电源,看电视需要电源,空调需要电源……所以如果我们在装修新房子最不能忽略的东西就是电源,如果房子里没有电源,可以说什么事情都不能干。因此,我们在设计开关电源时就需要格外注意,不能让电路出现问题。那么,开关电源设计时需注意什么?下面五个方面需格外注意。 1、布线 布线的设计要求在开关电源设计中是非常严格的,要做好才能过关。要是设计师在设计前期没处理好布线的工作,那么以后的用电会存在很大的安全隐患。所以在此我建议大家在购买开关电源的时候要注意排线的实际情况,以防发生无法挽回的伤害。 2、元器布局 元器设计也有非常重要讲究的,在设计的时候一定要遵循物理设计原理,不要凭自己的想法去改变元器的位置,以防发生短路的意外。此外,设计师在购买元器的时候也要自行检查产品的质量。 3、参数 在开关电源设计里面,我们一定要明白里面的每一个构造细节,特别是记清参数,这样才能给日后的使用具体说明。详细的参数也方便后期对开关电源的测试,这样也会节省一部分的时间。 4、检查 设计完每个开关电源后还要经过严格检查才能生产,只有通过检查才能确定开关电源的可用性跟适用性,从而进行开关电源的定价。在检查的时候,首先从电路开始,检测开关电源的真实工作环境,在什么样的环境下工作运行最合适,避免在某些环境下发生电路意外,安全是我们首先要关心的,所以我们需要对开关电源进行仔细检查。 5、选择合适的功率 为了能使开关电源的寿命更久,我建议选择的时候要选用30%输出功率额定的机种。倘若系统需要一个100W的电源,那么建议就要挑选大于140W输出功率额定的机种,以此类推才能有效提高电源的寿命。 看完上面的内容介绍之后,你应该也知道了开关电源设计时需注意的事项吧。设计开关电源时一定要格外注意上面所提到的五个方面,不然设计时出了问题,对以后的电源使用可是会造成挺大影响的。以上就是电源设计时需要注意的几个方面,对于初学者来说,会有一定的帮助。

    时间:2020-03-26 关键词: 布线 开关电源设计 电源功率

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