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UPS不間斷電源設(shè)計(jì)方案介紹,快速實(shí)現(xiàn)方案落地

欄目:公司新聞 發(fā)布時(shí)間:2023-04-24
為什么我們需要UPS

  UPS全名叫不間斷電源,顧名思義他是獨(dú)立于有線電源外的補(bǔ)給電源,是將鉛酸電池與UPS主機(jī)連接,通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。

  縱觀近20年,全球共有數(shù)十起因停電而造成的重大事故。每次事故發(fā)生,都會(huì)嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)氐木用裆钏?。為了減輕因停電帶來(lái)的極端影響,UPS電源的需求逐年提高。

  為什么我們需要UPS

  UPS全名叫不間斷電源,顧名思義他是獨(dú)立于有線電源外的補(bǔ)給電源,是將鉛酸電池與UPS主機(jī)連接,通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障停電時(shí)給重要高端設(shè)備、精密儀器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng),使得重要的工作能夠正常進(jìn)行下去,避免因停電造成重大事故和損失。

  如何設(shè)計(jì)強(qiáng)大的UPS電源

  設(shè)計(jì)UPS之前需要了解UPS的工作原理。當(dāng)市電正常時(shí),UPS電源將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用,此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器,同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電;當(dāng)市電斷掉時(shí),UPS電源立即將機(jī)內(nèi)電池的電能,通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)交流電。這里芝子整理了一份UPS標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)框圖,如下所示:



  例如風(fēng)能、太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能通過(guò)電源調(diào)節(jié)器后作為有線電源輸入U(xiǎn)PS系統(tǒng)中,此時(shí)DC-DC轉(zhuǎn)換裝置將電能降壓儲(chǔ)存在電池當(dāng)中,此時(shí)電池處于正向充電狀態(tài)。一旦連接UPS的外界電源無(wú)法供給,UPS將會(huì)再次利用DC-DC轉(zhuǎn)換裝置將儲(chǔ)能電池電源升壓輸出,此時(shí)電池處于逆向放電狀態(tài)。值得一提的是在DC-DC裝置中采用了東芝研發(fā)的DTMOS系列的增強(qiáng)型MOSFET,如TO-220SIS封裝的TK25A60X,TK16A60W5等,TOLL封裝的TK110U65Z和TK190U65Z等。提升了RDS(on)×Qgd性能,同時(shí)具備二極管反向恢復(fù)特性。

  如上圖所示,電池的存放電在USB塊保護(hù)電路、RS-232塊保護(hù)電路、顯示器塊保護(hù)電路,DC-DC-MCU信號(hào)傳輸電路共同協(xié)作下完成,這使得電源交互形成一個(gè)良好的閉環(huán)。

  通過(guò)DC總線的直流電壓能夠很順利在DC-AC逆變裝置中被轉(zhuǎn)換輸出穩(wěn)定的交流電,從而滿足交流用電器的日常電能開(kāi)銷(xiāo)。

  為了更好的使得電路功率因素得到提高,進(jìn)一步減少電流和電壓之間的相位差造成的交換功率損失(無(wú)功功率損失),UPS系統(tǒng)中還額外增加了功率因素校正電路PFC,從而提升電力利用率。

  在UPS系統(tǒng)方案中,采用了自研的ESD功能TVS管,包括封裝為SL2的DF2B6M4SL/DF2B20M4SL、CST2的DF2B5PC/DF2B7PCT,CST2C的DF2S14P2CTC從而防止電路故障,保護(hù)設(shè)備;同時(shí)為了更好的保護(hù)電路系統(tǒng),加入了自研的光耦合器,具有高抗干擾能力,超高壓隔離,耐受高溫性能,包含封裝為SOL16L的TLP5214/TLP5231以及封裝為SO6L的TLP5754/TLP2761/TLP2768A進(jìn)行選型構(gòu)建。在UPS的控制系統(tǒng)中嵌入了一顆以Cortex-M3為核心,工作頻率高達(dá)80MHz,具備3相PWM輸出和以太網(wǎng)功能的微控制器TMPM369FDFG/TMPM369FDXBG,以低功耗實(shí)現(xiàn)逆變控制和內(nèi)部系統(tǒng)通信。使得整個(gè)UPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完整的通信控制機(jī)制。同時(shí)考慮到MCU的工作環(huán)境,為了準(zhǔn)確的傳遞控制信號(hào)到DC-DC裝置中,在其中間還額外增加了帶隔離屬性的放大器TLP7820,支持電壓5V供電電壓,在共模態(tài)模式下提供至少CMTI=15kV/μs瞬變消除。

  如何快速實(shí)現(xiàn)方案落地

  提供完善的UPS設(shè)計(jì)構(gòu)造解決方案,小至器件選型、模塊整合,大到系統(tǒng)架構(gòu)、產(chǎn)品落地,都將為客戶提供一站式服務(wù)。更多關(guān)于器件選型和器件性能評(píng)估、以及整體設(shè)計(jì)理念敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站,來(lái)沉浸式體驗(yàn)UPS的設(shè)計(jì)之路。

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