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電路工作原理
(1) 功率級(jí)電路工作原理
① 充電器電路
如圖2所示，市電經(jīng)P(L)、P(N)進(jìn)入功率板做為充電器的輸入電源， 經(jīng)由BR01、 VM208、 U206、 TX1、U202、U203等構(gòu)成隔離反激式變換器，轉(zhuǎn)換為直流電壓對(duì)電池充電。為確保電池壽命，充電器輸出電壓必須保持穩(wěn)定，調(diào)整VR301可得到110V的充電電壓Uch，同時(shí)TX1的副邊還為功率因數(shù)校正電路提供驅(qū)動(dòng)電源PFVCC＋、PFVCC0、PFVCC－；該反激式變換器由開關(guān)型PWM集成電路UC3845 (即U206)控制，CPU通過(加在TLP521上的)信號(hào)控制UC3845的工作。當(dāng)有市電時(shí)，TLP521截止，UC3845起振,正常工作，給蓄電池充電；當(dāng)無市電時(shí)，TLP521導(dǎo)通，將定時(shí)電容(C221A)對(duì)地短路，UC3845停振，從而停止充電,同時(shí)功率因數(shù)校正電路也停止工作。
② 開機(jī)電路
如圖3所示，直流、交流開機(jī)均是在接到由CNTL板送來的開機(jī)信號(hào)后，用一個(gè)高電平(電池電壓或充電電壓)去觸發(fā)Q8的基極，使Q8導(dǎo)通，給工作電源的集成控制片U302送去工作電壓，使U302開始工作，轉(zhuǎn)換成多個(gè)直流電源，并用其中的＋24V電源繼續(xù)維持Q8的導(dǎo)通狀態(tài)，開機(jī)動(dòng)作完畢。
圖3 開機(jī)電路
③ 輔助電源電路
如圖4所示，電池電壓、充電電壓由TX305第6腳輸入，經(jīng)由U302、VM3、TX305等所構(gòu)成的開關(guān)電源電路，產(chǎn)生多組相互隔離的逆變器所需的工作電源IGBT＋12V、IGBT－5V及控制工作電源24V、12V，其中12V電源再經(jīng)由U311(7805)產(chǎn)生5V電源供控制板或其他控制集成電路作工作電源。
圖4 輔助電源電路
④ 斬波器電路
如圖5所示，由TX501、TX502、VM501、VM502、VM503、VM504、VM505、VM506及控制元件U501組成的升壓斬波電路，將單一的直流電壓(電池電壓)轉(zhuǎn)換為高壓正負(fù)直流電壓。當(dāng)市電中斷時(shí)，此直流電壓通過VD501、VD502、VD503、VD504、VD505、VD506、VD507、VD508和電感L501、L502送至±DC BUS(±400V)繼續(xù)提供電源給逆變器，使供電不致中斷， 并用U501 來控制 DC BUS 的輸出電壓， 由CPU進(jìn)行設(shè)定并控制，不需人工調(diào)整。CPU通過U501（SG3525）的OFF端控制該直流?直流變換器的工作狀態(tài)。當(dāng)市電正常時(shí)，關(guān)閉集成控制片SG3525，使斬波器不工作，只有在蓄電池供電時(shí)，該斬波器才工作。
圖5 斬波器電路
⑤ 功率因數(shù)校正電路
如圖6所示，輸入交流電經(jīng)CT2，電感L1、L2，整流橋BR02、VM1A、U305、U10組成升壓斬波電路，在電容C320、C332、C334、C338及C313、C321、C333、C335上產(chǎn)生±370V的BUS電壓作為逆變器輸入，經(jīng)逆變器的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生正弦交流輸出。與此同時(shí)，UC3854將檢測(cè)市電電流和市電電壓，對(duì)功率元件進(jìn)行控制，使輸入電流的波形與電壓波形相近，相位相同，以提高輸入功率因數(shù)，避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾。穩(wěn)定的DC BUS有助于穩(wěn)定交流輸出電壓，因此要特別注意DC BUS電壓的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。本機(jī)由CNTL直接根據(jù)輸入交流電壓的高低和當(dāng)前±BUS電壓高低進(jìn)行控制，不需人工調(diào)整DC BUS電壓。
⑥ 逆變器電路
如圖7所示，C320、C332、C334、C338及C313、C321、C333、C335和VM12、VM13及VM5、VM7組成半橋式逆變器，L5、L6、L7及C11、C12組成低通濾波器，在CNTL所產(chǎn)生的PWM信號(hào)控制下，經(jīng)由U2、U3隔離驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)半橋逆變器兩功率管工作，產(chǎn)生正弦波輸出。
圖6 功率因數(shù)校正電路
⑦ 輸出電路
如圖8所示，當(dāng)CPU檢測(cè)到逆變器工作正常后，發(fā)出INRLY信號(hào)，使RL04切換到逆變器輸出，反之，則仍由旁路輸出，逆變器和旁路輸出電壓通過CN17L、CN17N向負(fù)載供電，并由CT1和VD61、VD62、VD63、VD64、R71進(jìn)行負(fù)載偵測(cè)，將L.C＋、L.C－送到CNTL板，供面板顯示及其他保護(hù)用。
(2) 控制板電路工作原理
① 輸入CPU的各監(jiān)測(cè)信號(hào)電路
圖7 逆變器電路
(a) 過零產(chǎn)生器電路
市電過零產(chǎn)生器和逆變器過零產(chǎn)生器均采用此電路，如圖9所示。
220V交流市電輸入經(jīng)R61送至運(yùn)算放大器U5的反相端，R59、R60設(shè)置U5的靜態(tài)工作點(diǎn)，組成交流差動(dòng)放大器，輸入為正弦波，輸出為方波。另由C55和R61組成濾波器，濾掉輸入正弦波的高頻諧波，VD13將電位減少至約340mV，并通過C22濾波使其輸出方波波形更加完美。CPU通過對(duì)該方波零點(diǎn)的偵測(cè)(即通過對(duì)兩次上升沿下降沿的偵測(cè))可以確定其相位與頻率，CPU根據(jù)所測(cè)得的相位來設(shè)定逆變器的相位，以達(dá)到同相的目的。
(b) 電流峰值保護(hù)電路
此電路為典型的比較器電路，如圖10所示。通過（PSDR）送出CT1偵測(cè)的負(fù)載電流，將其轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，經(jīng)R82送至U7的同相端，并在反相端設(shè)一閾值電平＋5V，R84為上拉電阻，將U7的1腳置為高電平；R85為限流電阻，將信號(hào)送至U4的4腳。在正常帶載工作時(shí)，CT1偵測(cè)的負(fù)載電流信號(hào)為小于5V的直流電壓量，故U7的輸出為一低電平，使U4不致被復(fù)位；當(dāng)UPS超載或在瞬間投入大容量整流性負(fù)載或大容量電感性負(fù)載時(shí)，CT1偵測(cè)的直流電壓會(huì)高于＋5V，從而使U7的輸出為高電平，將U4復(fù)位，進(jìn)而關(guān)閉PWM信號(hào)，UPS停止工作，此時(shí)面板上55％負(fù)載燈和FAULT燈會(huì)一起亮，蜂鳴器長(zhǎng)鳴。
保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為峰值電流∶額定電流=3∶1。
C1k額定輸出電流為4.5A；
C2k額定輸出電流為9.5A；
圖10 電流峰值保護(hù)電路
C3k額定輸出電流為13.6A。
(c) 輸出電壓監(jiān)測(cè)電路
逆變輸出及市電電壓監(jiān)測(cè)均采用此電路，如圖11所示。
此電路采用運(yùn)放進(jìn)行全波整流，220V交流從INV.L端輸入。在市
電正半周時(shí)，經(jīng)R43、R42、R34分壓，由INV.V輸出至CPU，因U3反相端電壓比同相端電壓高，其輸出為低電平，VD10反向偏置，故U3在正弦波正半周時(shí)不起作用；負(fù)半周時(shí)，同相端電壓高于反相端，U3輸出為高電平。VD10正向偏置，將此高電位輸出給CPU，從而使INV.V為一全波整流脈動(dòng)波形(市電電壓偵測(cè)電路在 PSDR 板上結(jié)構(gòu)與INV.L一樣)。CPU會(huì)根據(jù)INV.V偵測(cè)值來判斷逆變器是否已達(dá)到穩(wěn)定。
(d) 溫度監(jiān)測(cè)電路
如圖12所示。當(dāng)溫度正常時(shí)，＋5V通過溫控開關(guān)(在PSDR散熱片上)加至R14，R14與GND之間接有C34和熱敏電阻NTC1，因而輸入到CPU的是高電平；當(dāng)本機(jī)溫度過高時(shí)，溫控開關(guān)斷開，＋5V中斷，溫度信號(hào)變?yōu)榈碗娖健?span>CPU識(shí)別此信號(hào)后，發(fā)出過熱保護(hù)報(bào)警信號(hào)，UPS關(guān)機(jī)；如果溫控開關(guān)失靈，當(dāng)溫度過高時(shí)，NTC1將會(huì)隨溫度上升而減小阻值，漸漸將溫度信號(hào)拉為低電平，直到CPU識(shí)別溫度信號(hào)，做出相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作(其中溫控開關(guān)的動(dòng)作溫度為80℃，高電平>3.5V,低電平<1.5V)。
(e) 自動(dòng)開機(jī)及開機(jī)消音、自檢電路
此電路包括手動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)開機(jī)、開機(jī)消音、開機(jī)自檢四種功能，如圖13所示。
開機(jī)過程
用手觸摸面板上SW?ON開關(guān)約1秒，電池電壓從CN1的16腳送到15腳，SWPOWER與SW1接通(SW1與SW-ON為同一信號(hào))，此信號(hào)分為兩路傳遞：
經(jīng)VD2到PSDR板的Q8基極，且PSDR的ZD01(12V穩(wěn)壓管)工作，將SW-ON電壓箝位于12.45V左右，使Q8導(dǎo)通，啟動(dòng)工作電源產(chǎn)生電路，產(chǎn)生CPU及逆變器工作所需的各種電壓。
經(jīng) R15、 R16 分壓約為5.5V電平送入CPU作為SWSTUTS信號(hào)(開機(jī)命令)，命令CPU進(jìn)行開機(jī)，并將此命令狀態(tài)存貯于CPU的EPROM中，做自動(dòng)開機(jī)之用。
圖13 自動(dòng)開機(jī)消音、自檢電路
自動(dòng)開機(jī)
當(dāng)CPU接到SWSTUTS信號(hào)后，將此信號(hào)狀態(tài)存貯于CPU的EPROM中。當(dāng)機(jī)器因電池電壓低等原因關(guān)機(jī)，若故障消除后，CPU根據(jù)存貯的信號(hào)狀態(tài)自動(dòng)啟動(dòng)UPS。
開機(jī)消音
在電池供電時(shí)，蜂鳴器會(huì)根據(jù)電池電壓監(jiān)測(cè)值鳴叫，以表示電池容量情況，若再按SW-ON約1秒，SWSTUTS信號(hào)第二次送入CPU，CPU接受此信號(hào)后，操作蜂鳴器，使之停止鳴叫，若再按SW-ON約1秒，則蜂鳴器又開始鳴叫。
開機(jī)自檢
每次工作模式轉(zhuǎn)換都會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，表現(xiàn)形式為面板負(fù)載指示燈開始時(shí)全亮，再逐個(gè)熄滅。
圖14 輔助電源監(jiān)測(cè)電路
圖15 基準(zhǔn)電源產(chǎn)生電路
(f) 輔助電源監(jiān)測(cè)電路
如圖14所示，此電路給CPU提供工作電源5V，當(dāng)控制電源12V/5V發(fā)生故障時(shí)，CPU將被復(fù)位或停止工作。此電路采用LM393運(yùn)放作為比較器，由12V直流電源經(jīng)R77、R80分壓后得到約6V的電壓，送至U7的第5腳即運(yùn)放的同相端，與反相端的5V進(jìn)行比較。正常情況下，運(yùn)放的輸出經(jīng)R78上拉電阻箝位為5V，若12V電源因某種原因低于10V或5V電源因某種原因高于5V，則運(yùn)放的輸出會(huì)變?yōu)榈碗娖剑?span>CPU將停止工作。當(dāng)CPU第一次收到此電路產(chǎn)生的＋5V信號(hào)時(shí)，處于復(fù)位狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)自檢。
(g) 基準(zhǔn)電源產(chǎn)生電路
如圖15所示。該電路的作用是給CPU內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供高穩(wěn)定度的5V直流電源，PSDR的＋5V由7805產(chǎn)生，其誤差范圍為2％～4％,而A/D轉(zhuǎn)換器的5V要求誤差小于1％時(shí)才能保證其轉(zhuǎn)換精度。此電路采用TL431穩(wěn)壓，12V經(jīng)R53、R54、R13分壓，設(shè)置TL431的R端電位為2.5V，則從VRH端就能得到高穩(wěn)定度的5V電壓。
(h) 振蕩器電路
由晶振XL1及輔助元件C40、C41、R12組成的振蕩器電路，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的振蕩頻率，其振蕩頻率為6.37MHz，如圖16所示。
圖16 振蕩器電路
② CPU輸出控制及保護(hù)電路
(a) I/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路
此電路為典型的開關(guān)線路，如圖17所示。當(dāng)CPU監(jiān)測(cè)到有市電輸入，且控制電源正常時(shí)， 會(huì)發(fā)出一個(gè)高電平信號(hào)給VM3的門極，使VM3導(dǎo)通，I/P繼電器通電動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)短路錯(cuò)誤或充電故障時(shí)，CPU將VM3的門極置低電平，I/P繼電器信號(hào)中斷，I/P繼電器復(fù)位，將旁路和逆變器切斷。
(b) O/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路
此電路為典型的開關(guān)線路，如圖18所示。當(dāng)CPU檢測(cè)到高壓直流電壓及逆變器電壓正常時(shí)，會(huì)給VM2的門極送入一個(gè)高電平，VM2導(dǎo)通。O/P繼電器線圈一端接INV.RLY－,另一端接24V直流。當(dāng)VM2導(dǎo)通時(shí)，INV.RLY－變?yōu)榈碗娖剑€圈加電，O/P繼電器動(dòng)作。
圖17 I/P繼電器驅(qū)動(dòng)電路
(c) 蜂鳴產(chǎn)生電路
如圖19所示，CPU根據(jù)監(jiān)測(cè)到的工作狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)觸發(fā)信號(hào)，使Q1導(dǎo)通，從而控制蜂鳴器的工作模式：
四秒一響——直流放電
一秒一響——電池電壓低
半秒一響——過載
長(zhǎng)鳴——短路故障
圖20 逆變器參考波產(chǎn)生電路
(d) 逆變器參考波產(chǎn)生電路
CPU通過監(jiān)測(cè)市電電壓的零點(diǎn)(頻率與相位)與逆變電壓的零點(diǎn)，輸出幅度正比于市電電壓和逆變電壓相位差的控制信號(hào)PW2（來自CPU），經(jīng)C5、R23低通濾波后，再送到U3組成的波形轉(zhuǎn)換電路，將PW2方波變?yōu)檎也?，使其成為調(diào)整逆變電壓相位和市電電壓相位同相的參考波，如圖20所示。
(e) 逆變器誤差放大器電路
INVERTER.1端經(jīng)R24、R25分壓后，與參考波相減作為誤差放大器的輸入。VR1用來調(diào)整U3放大器的工作點(diǎn)，如圖21所示。
(f) 三角波產(chǎn)生電路
如圖22所示，從CPU內(nèi)發(fā)出38.4kHz的時(shí)鐘信號(hào)送入Q6的基極，經(jīng)幅值變換后送入4013，分頻為19.2kHz，經(jīng)C19、R45送至由U3、C13、R44、R49組成的積分器進(jìn)行積分，將方波積分為三角波，送入PWM產(chǎn)生電路。
(g) PWM產(chǎn)生電路
如圖23所示。此PWM產(chǎn)生電路采用三角波調(diào)制法來實(shí)現(xiàn)：比較器U5的同相端為三角波，其反相端為基準(zhǔn)正弦波。當(dāng)三角波大于正弦波時(shí)，U5輸出一個(gè)寬度為三角波大于正弦波部分所對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔的正脈沖，此正脈沖分兩路傳遞，一路經(jīng)R12到U2與門緩沖整流，R20、C2、VD7使PWM信號(hào)上升沿平緩、下降沿陡峭，再送入U2(4081)的另一個(gè)與門，其輸出做控制極。為增大信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，4018后接2003作為PWM－輸出級(jí)。另一路先送到反相器LM339的反相端進(jìn)行反相，然后與PWM－一樣產(chǎn)生PWM＋信號(hào)。由CPU送來的PWM OFF信號(hào)與U4輸出信號(hào)經(jīng)2003非門輸出，作為與門4081的一個(gè)輸入端，控制PWM信號(hào)產(chǎn)生：正常時(shí)該輸入端為高電平，有PWM信號(hào)產(chǎn)生；當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，該輸入端為低電平，關(guān)閉PWM信號(hào)。
