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电路工作原理
(1) 功率级电路工作原理
① 充电器电路
如图2所示,市电经P(L)、P(N)进入功率板做为充电器的输入电源, 经由BR01、 VM208、 U206、 TX1、U202、U203等构成隔离反激式变换器,转换为直流电压对电池充电。为确保电池寿命,充电器输出电压必须保持稳定,调整VR301可得到110V的充电电压Uch,同时TX1的副边还为功率因数校正电路提供驱动电源PFVCC+、PFVCC0、PFVCC-;该反激式变换器由开关型PWM集成电路UC3845 (即U206)控制,CPU通过(加在TLP521上的)信号控制UC3845的工作。当有市电时,TLP521截止,UC3845起振,正常工作,给蓄电池充电;当无市电时,TLP521导通,将定时电容(C221A)对地短路,UC3845停振,从而停止充电,同时功率因数校正电路也停止工作。
② 开机电路
如图3所示,直流、交流开机均是在接到由CNTL板送来的开机信号后,用一个高电平(电池电压或充电电压)去触发Q8的基极,使Q8导通,给工作电源的集成控制片U302送去工作电压,使U302开始工作,转换成多个直流电源,并用其中的+24V电源继续维持Q8的导通状态,开机动作完毕。
图3 开机电路
③ 辅助电源电路
如图4所示,电池电压、充电电压由TX305第6脚输入,经由U302、VM3、TX305等所构成的开关电源电路,产生多组相互隔离的逆变器所需的工作电源IGBT+12V、IGBT-5V及控制工作电源24V、12V,其中12V电源再经由U311(7805)产生5V电源供控制板或其他控制集成电路作工作电源。
图4 辅助电源电路
④ 斩波器电路
如图5所示,由TX501、TX502、VM501、VM502、VM503、VM504、VM505、VM506及控制元件U501组成的升压斩波电路,将单一的直流电压(电池电压)转换为高压正负直流电压。当市电中断时,此直流电压通过VD501、VD502、VD503、VD504、VD505、VD506、VD507、VD508和电感L501、L502送至±DC BUS(±400V)继续提供电源给逆变器,使供电不致中断, 并用U501 来控制 DC BUS 的输出电压, 由CPU进行设定并控制,不需人工调整。CPU通过U501(SG3525)的OFF端控制该直流?直流变换器的工作状态。当市电正常时,关闭集成控制片SG3525,使斩波器不工作,只有在蓄电池供电时,该斩波器才工作。
图5 斩波器电路
⑤ 功率因数校正电路
如图6所示,输入交流电经CT2,电感L1、L2,整流桥BR02、VM1A、U305、U10组成升压斩波电路,在电容C320、C332、C334、C338及C313、C321、C333、C335上产生±370V的BUS电压作为逆变器输入,经逆变器的转换,产生正弦交流输出。与此同时,UC3854将检测市电电流和市电电压,对功率元件进行控制,使输入电流的波形与电压波形相近,相位相同,以提高输入功率因数,避免对电网产生谐波干扰。稳定的DC BUS有助于稳定交流输出电压,因此要特别注意DC BUS电压的稳定和准确。本机由CNTL直接根据输入交流电压的高低和当前±BUS电压高低进行控制,不需人工调整DC BUS电压。
⑥ 逆变器电路
如图7所示,C320、C332、C334、C338及C313、C321、C333、C335和VM12、VM13及VM5、VM7组成半桥式逆变器,L5、L6、L7及C11、C12组成低通滤波器,在CNTL所产生的PWM信号控制下,经由U2、U3隔离驱动,推动半桥逆变器两功率管工作,产生正弦波输出。
图6 功率因数校正电路
⑦ 输出电路
如图8所示,当CPU检测到逆变器工作正常后,发出INRLY信号,使RL04切换到逆变器输出,反之,则仍由旁路输出,逆变器和旁路输出电压通过CN17L、CN17N向负载供电,并由CT1和VD61、VD62、VD63、VD64、R71进行负载侦测,将L.C+、L.C-送到CNTL板,供面板显示及其他保护用。
(2) 控制板电路工作原理
① 输入CPU的各监测信号电路
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(a) 过零产生器电路
市电过零产生器和逆变器过零产生器均采用此电路,如图9所示。
220V交流市电输入经R61送至运算放大器U5的反相端,R59、R60设置U5的静态工作点,组成交流差动放大器,输入为正弦波,输出为方波。另由C55和R61组成滤波器,滤掉输入正弦波的高频谐波,VD13将电位减少至约340mV,并通过C22滤波使其输出方波波形更加完美。CPU通过对该方波零点的侦测(即通过对两次上升沿下降沿的侦测)可以确定其相位与频率,CPU根据所测得的相位来设定逆变器的相位,以达到同相的目的。
(b) 电流峰值保护电路
此电路为典型的比较器电路,如图10所示。通过(PSDR)送出CT1侦测的负载电流,将其转换为直流电压信号,经R82送至U7的同相端,并在反相端设一阈值电平+5V,R84为上拉电阻,将U7的1脚置为高电平;R85为限流电阻,将信号送至U4的4脚。在正常带载工作时,CT1侦测的负载电流信号为小于5V的直流电压量,故U7的输出为一低电平,使U4不致被复位;当UPS超载或在瞬间投入大容量整流性负载或大容量电感性负载时,CT1侦测的直流电压会高于+5V,从而使U7的输出为高电平,将U4复位,进而关闭PWM信号,UPS停止工作,此时面板上55%负载灯和FAULT灯会一起亮,蜂鸣器长鸣。
保护点设置为峰值电流∶额定电流=3∶1。
C1k额定输出电流为4.5A;
C2k额定输出电流为9.5A;
图10 电流峰值保护电路
C3k额定输出电流为13.6A。
(c) 输出电压监测电路
逆变输出及市电电压监测均采用此电路,如图11所示。
此电路采用运放进行全波整流,220V交流从INV.L端输入。在市
电正半周时,经R43、R42、R34分压,由INV.V输出至CPU,因U3反相端电压比同相端电压高,其输出为低电平,VD10反向偏置,故U3在正弦波正半周时不起作用;负半周时,同相端电压高于反相端,U3输出为高电平。VD10正向偏置,将此高电位输出给CPU,从而使INV.V为一全波整流脉动波形(市电电压侦测电路在 PSDR 板上结构与INV.L一样)。CPU会根据INV.V侦测值来判断逆变器是否已达到稳定。
(d) 温度监测电路
如图12所示。当温度正常时,+5V通过温控开关(在PSDR散热片上)加至R14,R14与GND之间接有C34和热敏电阻NTC1,因而输入到CPU的是高电平;当本机温度过高时,温控开关断开,+5V中断,温度信号变为低电平。CPU识别此信号后,发出过热保护报警信号,UPS关机;如果温控开关失灵,当温度过高时,NTC1将会随温度上升而减小阻值,渐渐将温度信号拉为低电平,直到CPU识别温度信号,做出相应保护动作(其中温控开关的动作温度为80℃,高电平>3.5V,低电平<1.5V)。
(e) 自动开机及开机消音、自检电路
此电路包括手动开机、自动开机、开机消音、开机自检四种功能,如图13所示。
开机过程
用手触摸面板上SW?ON开关约1秒,电池电压从CN1的16脚送到15脚,SWPOWER与SW1接通(SW1与SW-ON为同一信号),此信号分为两路传递:
经VD2到PSDR板的Q8基极,且PSDR的ZD01(12V稳压管)工作,将SW-ON电压箝位于12.45V左右,使Q8导通,启动工作电源产生电路,产生CPU及逆变器工作所需的各种电压。
经 R15、 R16 分压约为5.5V电平送入CPU作为SWSTUTS信号(开机命令),命令CPU进行开机,并将此命令状态存贮于CPU的EPROM中,做自动开机之用。
图13 自动开机消音、自检电路
自动开机
当CPU接到SWSTUTS信号后,将此信号状态存贮于CPU的EPROM中。当机器因电池电压低等原因关机,若故障消除后,CPU根据存贮的信号状态自动启动UPS。
开机消音
在电池供电时,蜂鸣器会根据电池电压监测值鸣叫,以表示电池容量情况,若再按SW-ON约1秒,SWSTUTS信号第二次送入CPU,CPU接受此信号后,操作蜂鸣器,使之停止鸣叫,若再按SW-ON约1秒,则蜂鸣器又开始鸣叫。
开机自检
每次工作模式转换都会对系统进行自检,表现形式为面板负载指示灯开始时全亮,再逐个熄灭。
图14 辅助电源监测电路
图15 基准电源产生电路
(f) 辅助电源监测电路
如图14所示,此电路给CPU提供工作电源5V,当控制电源12V/5V发生故障时,CPU将被复位或停止工作。此电路采用LM393运放作为比较器,由12V直流电源经R77、R80分压后得到约6V的电压,送至U7的第5脚即运放的同相端,与反相端的5V进行比较。正常情况下,运放的输出经R78上拉电阻箝位为5V,若12V电源因某种原因低于10V或5V电源因某种原因高于5V,则运放的输出会变为低电平,CPU将停止工作。当CPU第一次收到此电路产生的+5V信号时,处于复位状态,对系统自检。
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