AT89C51单片机UPS不间断电源研究(2)

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1.1 UPS定义

UPS（Uninterruptible Power System/ Uninterrutible Power Supply）即不间断电源，是把蓄电池和主机连接，经过主机逆变器等模块电路把直流电转化为市电的系统设备。主要把稳定、持续的电供给单一的计算机、计算机网络系统或者其他电力电子器件等使用。市电输入正常情况下，不间断电源供给负载使用，此时不间断电源相当于一台交流稳压器，此时它也向机内电池提供电能；当市电停电或发生故障时，不间断电源便会立即启用备用电源—蓄电池，利用蓄电池通过逆变器把直流电逆变成稳定无杂质的交流电供给负载使用，以便使负载正常工作。在电压过高或者过低时，不间断电源设备可以发挥保护的作用。

1.2 UPS特点

1.供电可靠性高

由于不间断电源为负载提供了主、备电源，并且两电源是经过静态开关切换的。由于切换时间较短且两电源一直保持锁相同步。所以停电时从负载来看电源没有发生间断。因此这个方法给负载持续、可靠地运转提供了有力的保证。

2.供电质量高

不间断电源的输出电压很稳定，能够到达0.5%~±2%。并且输出频率的稳定度可以达到±0.01%~±0.5%，电压失真度也比较小。

3.效率高，损耗低

采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）—脉冲宽度调制技术(PWM)—数字信号处理(DSP)整流技术把功率因数校正，使之接近为1。并且开关管在截至期间电流为零，因此自身消耗较小，其供电效率能够达到90%以上。

4.故障率低，维护简便

因为利用了绝缘栅双极晶体管（IJBT）驱动型的SPWM（正弦波脉冲宽度调制技术）等，当前的不间断电源的可靠性已经到达了极高的程度。

1.3 本课题主要研究内容

UPS电源系统主要包括以下几个部分：输入整流、滤波、降压、逆变部分、蓄电池市电转换部分、畜电池充放电部分、推挽式逆变电路及其控制部分。本设计从UPS的需求出发，给出智能UPS电源的整体方案，确定基于AT89C51单片机实现智能三相在线式UPS电源的主要功能。

本设计的重点是放在UPS电源的硬件和软件设计上，对于硬件设计来说，主要是从分析AT89C51单片机的主要特点出发，实现市电检测模块的设计，充电电路，蓄电池过压及欠压检测电路模块的设计，直流过电压检测电路的设计，PWM逆变及驱动模块电路的设计输出过电流检测模块电路，辅助电源，面板显示及报警电路的设计等。对于软件设计来说，根据本设计所要实现的功能，画出系统软件流程方框图，通过编程方式实现智能UPS电源的信号产生、人机界面、与PC机通信、故障显示及报警等功能。

针对智能UPS电源功能的实现，在设计中将会遇到电路检测、电路稳压、电路保护、电路报警等问题。针对这些问题，本课题将提出智能UPS电源的设计方案，来实现各单元检测电路功能。同时基于智能UPS电源软件系统的结构，对智能UPS进行了硬件功能实现模块、信号产生模块、人机界面模块、通信模块等的软件设计。

2 UPS电源设计方案

2.1 系统结构设计

如图2-1所示为三线在线式UPS电源的整体方框图，电源启动后，UPS电源系统的AT89C51单片机将不断的检测电网的工作状态，如果电网工作异常，例如出现断电、电压过高、不稳定等，蓄电池将立即投入工作，UPS将其电能通过逆变器转变为220V，50HZ的交流电输出供给负载使用，直到电网恢复正常。电源逆变时的持续工作时间取决于所带电池容量的的大小。

逆变器负责将48V蓄电池的电能转变为交流电供应给负载，其原理是使用功率开关器件和高频变压器产生振荡升压来实现，驱动功率开关器件的信号是AT89C51单片机和S4828芯片来产生，通过PWM控制技术来改变驱动信号的频率、占空比，就可以控制逆变电路的工作情况，实现输出电压的调节。而关闭驱动信号时，逆变电路就停止工作。在实际电路中，为了能保证输出电压的稳定，对驱动信号有很高的要求。