Designing an Online UPS - (Part 11/17) - 万博官网APP,狗万官方客户端下载,万博客户端登录

在先前的教程中，设计了用于铅酸电池和锂离子电池的充电器。接下来是设计方波逆变器和修饰的正弦波逆变器。现在，是时候完成UPS电路了。逆变器的电路包括以下构件 -

1) Main Source of Power

2) Battery Charger Circuit

3）电池

4) Inverter

5）切换机制

电源的主要来源通常是交流电源。电源电源用于通过充电器电路充电电池。切断电源时，电池可提供电源备份。电池以直流电流形式存储电能。通过将负载电路连接到逆变器来提供电源备份。逆变器在电源故障时从带电的电池中汲取电源，将直流电源转换为交流电源，并为负载提供电源备份。这就是任何基本UPS的工作方式。

Now for completing the UPS circuit, only the designed basic blocks need to be assembled together. But before that it is important to take into account the switching mechanism. In designing any UPS, many factors like cost, size, and a number of output ports, battery backup and output power capacity are important considerations. Apart from these basic factors, one important factor that needs to be considered is the topology or switching mechanism implied in the UPS design. Generally, the topology is one factor that is not usually mentioned on the UPS specifications, but it is equally important like other technical specifications of the UPS.

UPS有两个基本拓扑 -

1）在线UPS

2）离线UPS

根据应用程序和必须提供功率备份的负载电路，必须选择UPS拓扑。在在线UPS拓扑中，该功率直接通过逆变器提供给负载。因此，载荷电路不是由交流电源直接驱动的，而是由逆变器供电。因此，当发生电力故障时，在线UPS会不断为负载提供电源而不会中断或波动。因此，负载不断获取电源而没有中断。该拓扑的缺点是，电池由交流电源和充电器电路不断充电。如果充电器电路没有任何智能电路可以停止电池充电，则电池可能会保持过度充电。因此，在在线UPS中，通常会合并智能电池充电器，一旦电池充满电，就可以切断电池充电。

在离线UPS中，负载电路最初是由交流电源直接驱动的。在电源故障时，控制电路检测到电源故障，并在电源故障发生后通过电池和逆变器向负载提供电源。因此，在离线UPS中，负载在收到UPS的功率备份之前就经历了一次电源截止。

在线UPS是为应用程序而设计的，在该应用程序中，不应像为办公室或服务器房间中的计算机系统提供电源那样切断。离线UPS专为仅证明功率备份很重要的应用而设计。就像离线UPS可以用于为没有时间敏感操作的工业机器提供电源备份。

在本教程中，设计了一个在线UPS。本教程中设计了两个在线UPS电路，其中使用了一个电路方波逆变器，并在其他修改后的正弦波逆变器中使用。

框图 -

在线UPS的电路可以通过以下框图表示 -

图。1：在线UPS的框图

Note that though there are two circuits designed for online UPS, both circuits have the same block representation.

电路原理图 -

该在线UPS设计中使用了铅酸电池。电池充电器具有以下电路图 -

图2：Circuit Diagram of LM317 based Lead Acid Battery Charger

为了设计在线UPS，在一个电路中，电池连接到具有以下电路图的方波逆变器 -

图3：半桥方波逆变器的电路图

在另一个电路中，电池连接到具有以下电路图的修改正弦波逆变器 -

Fig. 4: Circuit Diagram of Modified Sine Wave Inverter

电路连接 -

由于已经设计了电池充电器电路和逆变器电路，因此现在只需要组装这些电路以使在线UPS组装在一起。要了解有关铅酸电池充电器电路的信息，请查看以下教程 -

设计12V铅酸电池常数电压有限的电流充电器

要了解方波逆变器的设计，请查看以下教程 -

用逐步变压器为方波逆变器设计开关机构

学习模的设计ified Sine wave inverter, check out the following tutorial –

用完整的桥电路完成修改的正弦波逆变器设计，然后加强变压器

在基于方波逆变器的在线UPS中，仅连接到铅酸电池充电器电路的电池电池端子也连接到方波逆变器输入。负载是在方波逆变器的输出处连接的。这使用方波逆变器完成了在线UPS。

图5：使用方波逆变器和铅酸电池充电器的在线UPS电路的原型

In the Modified Sine wave inverter based online UPS, simply the battery terminals of the battery connected to the lead acid battery charger circuit are also connected to the input of modified sine wave inverter. The load is connected at the output of the modified sine wave inverter. This completes the Online UPS using Modified Sine Wave Inverter.

Fig. 6: Prototype of Online UPS Circuit using Modified Sine Wave Inverter and Lead Acid Battery Charger

电路的工作原理 -

As the name of this UPS system suggests, this is the kind of UPS which never switches off and it is always available to supply power to the load appliances when power fails. The online UPS are very efficient in providing a continuous power to the appliance without any delay. In UPS system first, the mains AC is converted to DC for charging the battery. Then the energy stored in the battery is again converted into AC for powering the appliance in case of a power shut down. So this UPS converts power twice before providing power to the load appliance. Due to this fact, the Online UPS is also known as Double-Conversion Online UPS. These UPS systems also ensure that there is a good isolation at the load appliance from the irregularities of the mains supply as the load appliance is not directly connected to the AC Mains.

As in Online UPS, the battery is always connected to the inverter and inverter is connected with the load appliance. Due to this, the appliance connected to the Online UPS can get a continuous power without experiencing any interruption when the power shut downs. So in these UPS the inverter, as well as the battery, is always in the ON state. This is a downside of the Online UPS. The battery keeps on charging even after getting fully charged. So to make the Online UPS more efficient, one the charger circuit for the battery can have intelligent circuitry to cut off the battery from the charger circuit once it is fully charged.

当电源交流电源熄灭时，一些在线UPS设计使用传输开关将负载切换到电池。这些传输开关的过渡时间为几毫秒，在电源降低时不会影响设备的工作。在在线UPS设计中使用传输开关有助于获得离线UPS的优势，而由于仅在几毫秒内将电源转移，因此以这种UPS提供了这种UPS的功率备份，而无需中断。

在上面组装的在线UPS中，不使用用于将负载设备切换为电池的任何传输开关。在电路中，设备始终连接到逆变器。逆变器从电池中获取电源，整流器负责电池的充电。因此，当电源交流熄灭时，电池中保存的充电将为负载设备提供电源，但是，电池充电一旦充满电。

In the online UPS circuits assembled above, there is no interruption or pause in the voltage of the load when the mains power fails. So, there is zero transient time between the power output waveforms observed before and after the power failure.

Fig. 7: Graph showing Zero Transient Time Difference in Online UPS Output Waveform

There are two circuits of the Online UPS designed in this tutorial –

1.在线使用铅酸电池和方波逆变器 - 在该电路中，负载通过方波逆变器连续供电。因此，实际上，负载是由方波动的，该方波与输入交流电源的瞬时时间差为零。

2.使用铅酸电池和修改正弦波逆变器在线UPS - 在该电路中，负载通过改良的正弦波逆变器连续供电。因此，实际上，负载是由修饰的正弦波提供动力的，该波波与输入AC电源的瞬时时间差为零。由于波形的零伏水平，修饰的正弦波近似于理想的正弦波。

测试电路 -

本教程中设计的在线UPS电路使用12V铅酸电池。电池由充电器电路通过交流电源充电，方波逆变器或修改后的正弦波逆变器使用相同的电池来汲取负载的功率。因此，当电源的电源熄灭时，功率恢复之间的切换时间为零。AC灯泡作为测试电路的负载。据观察，当电源电源熄灭时，在输出下连接的交流灯泡不会遇到任何形式的中断。因此，即使主电源关闭，负载也会获得连续的电源。基于方波逆变器的在线UPS的输出波形与方波逆变器观察到的波形相同。

Graph showing Output waveform of Online UPS Circuit based on Square Wave Inverter

图8：图表显示基于方波逆变器的在线UPS电路的输出波形

该UPS的效率为52％，该逆变器计算出来。

基于修改的正弦波逆变器在线UPS的输出波形与修改后的正弦波逆变器观察到的波形相同。

Fig. 9: Graph showing Output waveform of Online UPS Circuit based on Modified Sine Wave Inverter

该UPS的效率为40％，该逆变器计算出来。在线UPS具有多个优点，就像它是可靠的电源备份，因为负载会在电源故障时持续不断发电。由于设计中没有传输开关，并且没有开关机构，因此瞬态时间为零。这些UPS在输出时具有较小的噪声和低失真。没有布朗（电源电源中的电压下降），因此，没有辍学问题。这些UPS具有更好的电压调节，并且在产生干净的AC时，它们为负载提供了更高的保护程度，无论主电源线的任何波动如何。电源交流和负载电路之间存在较高程度的隔离度。输出的设备与电源交流电源中的任何波动隔离，这可以从任何损坏中节省负载设备。由于使用逆变器一直使用逆变器为设备供电，输出频率保持恒定。因此，在输出时会产生恒定的占空比。 These UPS provide a liberty to the input and output amplitude and frequency. So a high voltage signal can also be obtained.

尽管这些UPS也有一些缺点。这些需要许多工作温度高的组件。由于不断使用逆变器，应将其额定为连续操作。这些UPS由于双重转换而消耗了更多的功率。需要更高的瓦值整流器，因为它必须向逆变器供电并为电池充电。由于在线UPS中的所有元素始终处于加热元素的状态，因此它降低了电路的整体可靠性。在线UPS的效率可能很高，但由于重复的双重转换，效率降低了。观察到基于方波逆变器的UPS的效率为52％，而修改后的正弦波逆变器的UPS的效率仅为40％。由于电路中的热量产生过多，因此需要冷却。由于使用了高瓦整流器，良好的评分逆变器以及由于添加冷却过程，因此这些逆变器的设计成本有所高昂。

由于输出波的失真噪声低，因此这些UPS可用于为音频系统或任何敏感的电子设备（取决于逆变器）。由于传输时间为零，因此可以使用在线UPS系统为计算机和服务器等敏感的电子设备提供电源备份。这些UPS在医疗紧急情况下非常有帮助，因为它们可以运营生命支持系统，医疗保健部门，紧急病房和医疗设备。这些UPS也可以用于动力感应电动机和其他电动机应用。这些可以用于电信和IT领域，在PC中少量中断会影响工作过程。这些UPS也可以用于军事设备和气象设备。因此，在线UPS必须通过备份提供连续功率，在线UPS非常有用。

在下一个教程中，将设计离线UPS。