【风采汇】+UPS 后备式不间断变频电源 （正弦波逆变）

      UPS 种类多样，实现方法各不相同，系统复杂。本题目要求完成一台输出电压等级为 24v和 36v 正弦交流、输出频率为 50hz 和 400hz 且可切换的 UPS 后备式变频电源，50hz 和 400hz是工频和中频典型值，24v 和 36v 也是工业、军事常用电压等级。电瓶充电方法要求采用较为先进的慢脉冲充电法和 Reflex TM 充电法。同时还需要加入功率因数校正电路使功率因数达到 0.9 以上。经过一段时间的研究制作，已完成题目的大部分要求，较好的实现了设计要求。

      本设计电瓶采用 12V 电动车铅酸蓄电池，终止放电电压为 10.8V。市电由工频变压器降压到 12VAC 后进行整流滤波，并送入到 BOOST 型主动式功率因数校正器（APFC）中，校正的同时得到 20VDC 的稳定直流电压。由此可知，能送入逆变器的电压为直流 10.8V-20V。题目要求输出 24V-36V 的交流电压，在不考虑直流损耗的情况下逆变需要的直流母线电压为34VDC-51VDC，因此前级需要一个升压的拓扑结构，将来自电瓶和市电的直流低压转化成稳定的直流高压。能实现这一功能的较为高效的拓扑结构有 BOOST 型和推挽型。 

由于题目中有大量的显示检测项目，因此不可避免的要用到单片机进行处理。综合题目要求和实际制作时的难易，本设计中选择软件法生成 SPWM 驱动信号。 

而全桥和半桥结构在逆变电路中都有很广泛的应用。半桥结构由两个开关管轮流交替导通，输出功率大，耐压高，效率高，比全桥结构简单，但是其自身电压利用率低，不适用于低电压应用场合。全桥结构工作时有两组功率管轮流导通，呈对角导通原则，输出功率高，损耗较小，效率高，开关器件耐压值特别低，选择余量较大。

      功率因数（PF）指的是有效功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。由于电源中大量的非线性器件，导致从市电中取得的电压电流波形有了相位差，而且电流波形产生畸变，不再是标准的正弦波。功率因数校正就是尽可能的减小电压电流相位差，并使电流波形正弦化。

充电器的设计

       UC3909 是由美国 Unitrode 公司（现已被美国 Texas Instrument 收购）推出的一款蓄电池专用充电控制管理芯片（引脚定义见图 3.1a）。利用 UC3909 充电控制器,可以组成开关型铅酸电池快速充电器。该芯片中的平均电流型 PWM 控制电路,可产生充电状态逻辑电平。充电状态逻辑电平根据充电状态控制充电器的输出电压和电流。该芯片中的欠压封锁电路,保证加入足够的电源电压。此外该芯片中还含有差动电流取样放大器、精度为 1%的基准电压,-3.9mV/℃热敏电阻线性化电路、电压和电流误差放大器、PWM 振荡器、PWM 比较器、PWM 锁存器、充电状态译码器和一个 100mA 的集电极开路输出驱动器。 

充电器提供一个恒定的带有温度补偿的电压 Vf 给蓄电池，来维持蓄电池容量保持不变，同时会提供很小的浮充电流，弥补蓄电池自身放电造成的容量损失。

充电器设计 外围电路及元件计算公式

充电器主电路由 UC3909结合外围电路组成，实现四段式智能充电。配合一个 8 位的STC15F104W/DIP8 封装的单片机，产生 3min/0.5min 的循环控制脉冲，时序为 3min 的使能低电平使充电器工作，0.5min 的关断高电平使充电暂停，在此间歇期使电瓶去极化，达到增加电瓶寿命，保护电瓶的目的。

逆变器的前级设计

逆变器前级通过TL494设计的，TL494 是一种固定频率脉宽调制电路（见图 3.2a），它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于桥式单端正激双管式、半、全桥式开关电源。其主要特征有：

7、推或拉两种输出方式。

逆变器的前级电路参数及原理图

基本理论是根据这个计算的

逆变器前级电路原理：

        来自电瓶或市电整流滤波后的直流电压，经由推挽变换器两个开关管的轮流导通变换，使初级两极线圈中产生方向相反的励磁电流，并在次级感应出高频交流电。输出经过四个肖特基高速二极管构成的全桥整流电路后，变为脉动直流电，再经由两个高频电解电容和一个磁环电感组成的π型滤波器，得到稳定的纹波系数很小的直流电压送入逆变后级使用。推挽变换器的两个开关管开关信号由 TL494 给出，输出形式为双端输出。利用 TL494 自带的两个误差放大器（见图 3.2b），构成两个闭环反馈，稳压环和限流环。限流环在额定的电流时不起作用，不能对稳压环造成干扰，只有当电流超过限定电流时才出面干预，减小占空比，降低输出电压，达到限流目的。

           TL494 通过 5 脚、6 脚外接的 RC 电路起振，内部线性的锯齿波振荡器频率有外部的两个器件决定，近似的振荡频率公式为：

                                                                                  f=1.1/R*C

逆变后级设计中自举升压驱动电路及 IR2104 简介 

在全桥变换拓扑中，由于四个开关管的源极是不共地的，当低端管关断时，高端管的源极电位会被抬升到电源电压，此时如果给出和低端管相同的驱动信号，高端管将不能导通，导致电路不能正常工作。因此，需要用到自举升压驱动方案。IR2104是国际整流器公司（IR）推出的 一款自举升压驱动芯片，典型应用电路见图

好贴！高手啊！

最近也要做类似这个的项目，请问UPS切换是时候是什么时候切换比较好？

网上看见有的是在市电过零点，也要在最高点的，

后级逆变原理及原理图 

现结合全桥结构和程序将实现原理作简单说明：

定时器初值即可改变输出频率，很容易达到题目中的变频要求。 

看了受益匪浅啊！

你的输出稳压是如何调节的啊。

楼主方便发一份资料学习下吗?1677599388@qq.com    感谢!

UCC28019（见图 3.5a）是一款 8 引脚的连续导电模式（CCM）控制器，该器件具有宽泛的通用输入范围，适用于 100W 至 2kW 以上的功率变换器。有源功率因数校正控制器 UCC28019 使用 Boost 拓扑结构，工作于电流连续导电模式。该控制器具有许多系统级的保护功能，主要包括峰值电流限制，软过电流保护，开环检测，输入掉电保护，输出过压、欠压保护，过载保 护，软启动，芯片内部将栅极驱动电压箝位于 12.5V 。

主要特点有：

⑧ 低功耗待机模式

APFC 电路原理及原理图