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3C3 UPS架构以及工作原理介绍张椿涛一>整体介绍产品介绍：3C3系列产品是具有高效率、高性能的双转换存在线，三相输入，三相输出的UPS.3C3系列产品几乎可以完全解决所有电源问题，如断电、市电高低压、电压波动、谐波失真等电源问题.注：以下均以3C3-30KS-ISO为例:面板1.负责显示LCD发出的关于UPS各部分参数.2. ENTER确认键功能通讯板提供多种通讯断口RS232、RS485、PPVIS、AS400滤波板滤除输入输出电压中的差模、共模干扰MOV板滤除输入市电中的尖峰高压隔离变压器输入市电与UPS电气隔离输入电感防止输入电流突变UPS整体架构介绍：3C3 UPS架构示意图功率板PSDR=整流器+升压电路+逆变器UPS主要功能是提供稳定的电源，所以按照供电渠道来划分UPS为维护模式、旁路模式、市电模式、电池模式四个部分，分别对应四种工作模式：A.市电模式:市电模式是UPS正常工作的状态,UPS将输入的市电经过整流(AC->DC),升压(DC->DC),逆变(DC->AC) 后转变成稳定可靠的电源输出,工作示意流程图如下:说明：供电回路充电回路UPS市电模式工作示意图市电→隔离变压器→输入EMI →整流电路(AC->DC)→升压电路(DC->DC) →逆变电路(DC->AC)→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载市电向负载供电的同时,经过整流器后通过充电器给电池充电B．电池模式：UPS电池模式工作示意图电池→电池SCR→升压电路(DC->DC)→逆变电路(DC->AC)→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载电池模式是UPS在市电发生异常(UPS自身工作正常)时的供电状态C.旁路模式UPS旁路模式工作示意图市电→隔离变压器→输入EMI →STS静态开关→输出EMI→输出端子→负载市电通过STS向负载供电的同时,经过整流器整流后通过充电器给电池充电旁路模式是UPS自身发生异常（市电电压正常）时的供电状态D．维护模式市电→隔离变压器→维护开关→负载维护模式是对UPS进行维修时所选择的工作状态,此时负载由市电直接供电,可以对UPS进行维修测试动作.二>各部分电路工作原理介绍:1.功率板(单相)：功率板（PSDR）是UPS主要组成部分，主要担负UPS电源转换功能主要由整流电路、升压电路、逆变电路三部分组成：充电输入电压功率板示意图2.1进出功率板接线：“两输入，两输出，一充一放，外加控制”a.>市电输入: 火线(L):输入EMI板I/P-L →功率板I/P-L零线(N): 输入EMI板I/P-N →功率板I/P-N “两输入”：b>电池输入: 电池正极(BA T+): 充电板BAT+ →功率板BA T+电池负极(BAT-): 充电板BAT- →功率板BAT-a>逆变电压输出:火线(L): 功率板O/P-L →输出EMI板O/P-L零线(N): 功率板O/P-N → BUS电容N“两输出”:b>整流电压输出: 整流正(REC+): 功率板REC+ →充电板REC+整流负(BAT-): 功率板BAT- →充电板BAT-a>±BUS电容充电:+BUS充电: 功率板+BUS → BUS电容正极-BUS充电: 功率板-BUS → BUS电容负极“一充一放”:b>±BUS电容放电: +BUS放电: BUS电容正极→功率板+BUS-INV-BUS放电: BUS电容负极→功率板-BUS-INV “外加控制”: CCB →功率板排线: 排线中包括功率板正常工作所需的控制电源及控制信号.1.2 功率板各组成部分工作原理介绍:1.2.1 整流器(AC→DC):作用: 将市电输入的交流电变换成直流电,即AC→DC整流工作示意图整流电路示意图1.2.2升压BOOST电路(DC DC):作用：将整流后的直流电压（±REC电压）通过升压电路变化成UPS逆变器所需要的稳定的BUS电压. 升压电路由PFC CARD控制.升压BOOST工作示意图BOOST工作电路原理示意图1.2.3逆变电路:作用: 将稳定的±BUS电压转变成幅值、频率稳定的交流电压逆变器工作示意图逆变器电路原理示意图2.STS (Static Transfer Switch )静态转换开关作用：1. 在UPS发生异常时为负载提供供电通道.2.输入、输出电压以及负载侦测.STS静态转换开关工作示意图STS接线介绍：“三进三出一N线，外加控制与侦测”“三进”：市电三相输入火线（L A L B L C）, 输入EMI 板→ STS输入“三出”: 旁路三相输出火线,（L A L B L C）, STS输出→输出EMI板“一N线”: 输入、输出电压参考线, BUS电容N线→STS N线“控制”: CU4 → STS 排线, 传递信号和开关控制信号“侦测”: CT线圈输出电流侦测信号线.注: 1. STS自身还有一温度侦测线,位置如实物所示2.STS自身工作所需要的电源由自身产生(AB线电压)TXINPUT A+24V电源供STS自身使用INPUT B所以输入AB间阻抗大约有120Ω3.充电器:作用: 输入市电市电正常时,UPS处于旁路或市电模式下, 将整流器输出电压(三相)±REC电压转换成稳定的432V直流电压输出供电池充电使用.充电板接线介绍：“一进一出，外加电源与通讯”“一进”：三相整流电压输入：红线：三相整流后REC+相互连接后→充电板REC+黑线: REC-即BAT-, 各功率板(BAT-) →充电板BAT- “一出”: 电池输入: 红线: 充电板BA T+ →端子排BAT+黑线: 充电板BAT- →端子排BAT-“电源”: 充电板工作电源: 红黑两PIN 信号线: CCB上CN1 →充电板上CN03(CN05) “通讯”:与CU4通讯: 3线排线: 充电板CN01 → CU42线排线: 充电板CN02 → CU44. CCB (Common Control Board):作用：1. 产生所有PCB(STS除外)所需要的低压直流电源.2. CU4到功率板控制信号转换, 即CU4控制命令←→CCB←→功率板.3. 上电初期给BUS电容预充电.CCB FLY BACK 电路架构注:HFPW+ 是频率为38KHZ的高频交流电源,供LCD CHGR PSDR使用.CCB接线介绍: +BUS: CCB上+BUS → +BUS电容-BUS: CCB上-BUS → -BUS电容N : CCB上N → BUS电容NA. 电力线: 市电: CCB上I/P-L →STS A相市电输入电池: CCB上+BAT →充电板BAT+CCB上-BAT →充电板BAT-保护: CCB上V.DIS 、D.DIS →REC FUSE 上V.DIS 、D.DISHFPW+电源输出: CCB上CN01 → LCD CN103CN02 → CHGR CN03开机信号线: CCB上CN04 →LCD CN204面板确认键: CCB 上CN03 →液晶面板B.信号线: 保护信号线: CN300 → REC FUSE 板+24V输出RELAY驱动线: CCB上CN206 →输出RELAY风扇转速控制: CCB上CN208 → LCD CN106风扇电源: CCB上CN200→ CN205CCB与CU4信号线: CCB 上CNCU4 →CU4 (64PIN)CCB与PSDR信号线: CCB上CNL1→R PSDRCNL2→S PSDRCNL3→T PSDR 注意: 20~40KS CCB上还有一条CN7 →CN8 短路线5.LCD:作用: 1. 显示UPS相关工作参数2. 负责UPS INTERFACE通讯板与内部通讯.3. 风扇转速控制.LCD接线介绍:与CU4通讯线: LCD 40PIN排线CN101 → CU4 通讯线与液晶面板通讯线: LCD 30PIN排线CN202 →液晶面板与INTERFACE通讯线: LCD 30PIN排线CN102 →通讯板LCD 电源输入线: LCD CN103 → CCB CN01UPS开机信号线: LCD CN204 →CCB CN04风扇转速控制信号线: LCD CN106 →CCB CN2086. CU4:3C3UPS的主控制器.负责所有电路工作所需的控制信号.7. PFC: PFC CARD 插于各相PSDR(CN21)上,主要功能是控制升压电路工作, 将±REC →±BUS电压.8. INTERFACE: 包括 RS-232、PPVIS、 RS485、AS400通讯端口.9. EMI 、MOV :负责输入、输出电压的滤波以及吸收输入市电的浪涌.附录Ⅰ：UPS整机架构。
UPS的原理与使用（图）随着播出系统中计算机的日益普及和应用，对供电质量有了更高的要求：①在计算机运行期间，电源不能中断，否则将会导致随机存储器RAM中数据丢失、程序破坏、磁头损坏等难以弥补的损失；②电网上存在的干扰源（电压浪涌、电压下陷、常模干扰、共模干扰等）会对正在运行的计算机系统造成干扰和破坏，同时对电网也造成较大的污染，故必须除掉干扰源。
因此UPS被广泛地应用在这样的供电系统中，它能在市电波动过大时保护计算机，还能在市电断电的情况下继续供电，以保证播出系统的正常运行。
1 UPS的工作原理UPS电源一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。
当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源，它将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。
当市电突然中断时，UPS立刻转为逆变工作状态，小容量的UPS一般能持续供电5～20 min，所以能保证计算机系统的正常退出，使软硬件不受损失。
图1为UPS电源原理图。
2 UPS电源的分类与特点2.1 旋转型UPS电源一般由旋转发电机组成，主要有以下几种：（1）用柴油发电机作为备用电源，在电网停电时，用它维持供电。
（2）用电动发电机作为备用电源，并在发电机轴上装一个大的惯性飞轮。
这样一方面能减少电网对电机转速的影响，提高了电压的稳定性；另一方面，电网停电时，利用飞轮的惯性使发电机在一段时间内输出的电压和频率基本不变，以供计算机做信息处理等应急操作。
（3）用直流电动机和蓄电池组来驱动发电机作备用电源。
电网正常供电时，用电网交流电经整流后对蓄电池组充电，在电网停电时蓄电池组向直流电机供电，从而驱动电动机发电机组，保证计算机连续供电。
（4）用蓄电池和逆变器组成备用电源。
当电网停电时，由蓄电池经逆变器变换成某种频率的交流电来驱动电动机和发电机组，以保证计算机的供电。
2.2 静止型UPS电源目前微机中使用的UPS电源一般都是静止型的，静止型的UPS又可分为后备式和在线式两种，在线式供电质量优于后备式。
ups电源内部结构图
不间断电源（UPS）跨接于用户关键设备（负载）和供电电源间，它的功能是保证向负载提供连续的优质的电源，即使在完全断电的情况下，它们也可在预定的时间内（由用户决定）向负载供电。
以下以单机UPS为例进行说明。
一、电源输入
UPS输入电源： 1. 主电源 2. 旁路电源 3.直流电源
二、UPS切换条件及顺序
1. 正常运行时负荷由主电源经过该系统的整流器、逆变器提供。
2. 当主电源故障时，自动改为由直流电源经逆变器供电。
3. 当逆变器或直流电源故障时，UPS通过静态开关自动转换成旁路电源供电。
4. 当UPS需要维修时，又可通过先通后断的手动旁路开关由旁路电源直接向负荷供电。
三、运行模式
1.系统正常运行模式
此系统运行模式为市电输入，经整流器将交流市电转为纯净、无突波、无杂讯的直流电源，提供逆变器使用，而逆变器会将直流电源再转为比市电更稳定的交流电源输出，经静态开关再输出至负载，此时系统为INVERTER 电源供应负载。
2.内部旁路运行模式
此系统运行模式为当逆变器发生异常，如机内温度过高、或输出负载过载，超过系统逆变器所能负荷的范围时，DSP 会自动将系统由逆变器模式切换到内部旁路运行模式，以防止系统损坏，此时输入由第二电源经旁路回路，静态开关模块输出至负载，此时为旁路电源供应负载。
3.系统电池供电运行模式
此系统运行模式为无市电输入时，系统由电池经逆变器，经静态开关至输出负载，此时为电池电源供电，使得交流输出不会中断。
使用电池供电时，其供电时间因电池数。
UPS的基本工作原理1、后备式ＵＰＳ工作原理后备式ＵＰＳ原理框图如图所示，其特点是：没有输入整流滤波器，逆变器只由蓄电池供电。
▲后备式ＵＰＳ原理框图市电正常时，ＵＰＳ工作于旁路状态，转换开关接在市电输入端。
输入市电经转换开关１、输出变压器给负载供电。
同时转换开关２接在蓄电池端，充电电路给蓄电池充电。
市电变化时，通过继电器改变输出变压器的接点，可稳定输出电压。
市电出现故障（中断、电压过高或过低）时，ＵＰＳ工作在后备状态，监测控制电路监测到市电故障后，将转换开关１和２都转向逆变器端。
逆变器将蓄电池提供的直流电压变成交流电压经输出变压器给负载供电。
逆变器输出方波，当负载变化时，通过改变方波的宽度稳定输出电压。
在后备式ＵＰＳ中，转换开关的切换时间和逆变器的启动时间一般为４～９ｍｓ。
此外，后备式ＵＰＳ除了对市电电压的幅度波动有所改善外，对市电电网出现的频率不稳、波形畸变和从电网上串入的干扰基本没有任何改善。
2、在线式ＵＰＳ工作原理在线式ＵＰＳ原理框图如下图所示，其特点是：逆变器一直处于工作状态，输出电压波形通常为正弦波。
▲在线式ＵＰＳ原理框图市电正常时，静态开关接在输出变压器端，输入电压经整流滤波后，给逆变器供电。
逆变器输出正弦脉冲调制波（ＳＰＷＭ），经输出变压器和滤波器变成纯净正弦波，通过静态开关给负载供电。
逆变器同时完成稳压和自动频率跟踪功能。
市电出现故障（中断、电压过高或过低）时，ＵＰＳ工作在后备状态，静态开关仍接在输出变压器端，逆变器将蓄电池的直流电压转换成交流电压，并通过静态开关输出到负载。
市电正常，但逆变器出现故障或输出端过载时，ＵＰＳ工作在后备状态，静态开关切换到市电端，由市电直接给负载供电。
控制、监测、报警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需控制信号，并显示各自的工作状态。
ＵＰＳ出现过压过流、过热时，及时报警并提供相应保护。
在线式ＵＰＳ电源可真正实现不间断供电。
此外，在线式ＵＰＳ还装有输入ＥＭＣ滤波器和输出滤波器，来自电网的干扰得到有效的抑制。
实用ups电源电路图及电路工作原理图文解析UPS（UninterrupTIble Power System/UninterrupTIble Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。
主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。
当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
实用ups电源电路图及电路工作原理实用ups电源电路图如下图所示。
电路工作原理：常态下，市电（220V）通过可调充电器向蓄电池充电，同时自启动继电器K1吸合，R1与VZ1、VZ2对蓄电池+24V 电压进行分压采样，采样电压Vo通过R2、VD3加到V1基极，使V1处于线性放大状态，V2、V3深度饱和，直流控制继电器K吸合，+24V电压通过K、K1送至逆变器V+端，逆变器工作，输出220V正弦波电压，同时自锁继电器K2吸合。
当市电断电时，K1断开，初时输人电压+24V不变，K继续吸合，由于K2的自锁作用，+24V仍正常送至逆变器。
经一段时间后，电池电压开始下降，Vo跟着下降，V1导通减弱，V2升高;当叽升高至一定值（即蓄电池电压下降至22V）后，V2退出饱和进人线性放大，V3迅速下降;V3通过R7反馈至V1基极，使得V2继续升高，形成一个雪崩过程。
V2、V3迅速截止，K断开，蓄电池送至逆变器的+24V直流被切断，逆变器停止工作，同时K2断开。
逆变器停止工作后，由于蓄电池内电动势的作用，蓄电池很快恢复24V电压，与常态一样，V2、V3饱和，K吸合。
图解UPS基础知识⼀、 UPS分类根据电路结构的不同，UPS分为三种类型，即：冷备⽤UPS、双变换UPS 和互动UPS。
1、冷备⽤UPS别名：后备式UPS图⽚1⼯作原理：市电正常时，转换开关接通旁路，市电经旁路向⽤电设备供电，充电器对蓄电池补充充电；当市电异常时，逆变器⼯作，蓄电池对逆变器供电，转换开关接通逆变器，由逆变器向⽤电设备供电。
特点：电路简单，价格低廉，频率不可调，对市电的要求较⾼，逆变器输出多为⽅波或准正弦波，存在切换时间，⼀般⽤于⼩容量的场合。
2、互动UPS别名：线路交互UPS、市电交互UPS、在线互动式UPS图⽚2⼯作原理：在市电正常时，输出功率以市电为主，双向变换器⼯作在整流状态对蓄电池组补充充电；市电异常时，由双向变换器提供全部的输出功率。
特点：电路简单，价格低廉，逆变器可以双向⼯作，充电能⼒强，切换过程需要时间，频率不可调，对市电的要求较⾼。
3、双变换UPS图⽚3⼯作原理：⽆论市电是否正常，均由逆变器经相应的静态开关向负载供电。
市电正常时，整流器向逆变器供给直流电，并对蓄电池组补充充电；当市电异常时，蓄电池组放电向逆变器供给直流电。
特点：正常情况下，负荷由逆变器全部提供，电源输出质量⾼，切换时间为0，可靠性⾼，但两次转换存在损耗，效率较低。
⼆、 UPS冗余⽅式在通信机房常见冗余⽅式有以下⼏种：1、主从串联热备份正常情况下主机带载，从机空载，负荷不均分；主从机之间互换较困难，从机电池长期空载，设备⽼化不⼀致；从机需要有带阶跃性负载的能⼒，否则会出现主机切从机，从机切旁路情况；该⽅法⽬前基本不再使⽤。
图⽚42、并联冗余并联冗余采⽤N+1⽅式，N为主⽤，1为备⽤，当N=1时，就构成1+1⽅式，两台机器各带50％负荷，过载能⼒强，可靠性⾼，扩容较为⽅便，该⽅法应⽤普遍。
图⽚53、系统冗余常见的是双总线系统，系统内部设备独⽴，配电系统独⽴，是⽬前业内公认的最可靠及可⾏的⼯作⽅式，冗余⽅式发挥作⽤前提是负载设备配备双电源模块，且两个电源模块式负载分担模式⼯作，该⽅法也被普遍采⽤。
UPS 结构原理功能介绍Ingrasys Sunic一、U PS 的结构电路图：二、U PS 的分类：1、离线式UPS：平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此离线式UPS也被称为后备式UPS。
然而这种UPS存在一个切换时间问题，因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。
但实际上这个切换时间很短，一般介于2至10毫秒，而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右，所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。
2、在线式UPS：而在线式UPS则一直使其逆变器处于工作状态，它首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。
在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。
由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。
3、线上互动式UPS：这是一种智能化的UPS，可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内，如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供比较稳定的正弦波输出电压。
而且它与计算机之间可以通过数据接口（如RS-232串口）进行数据通讯，通过监控软件，用户可直接从电脑屏幕上监控电源及UPS状况，简化、方便管理工作，并可提高计算机系统的可靠性。
因上述两种UPS不适于在电网质量十分差的环境下工作和对供电质量要求较高的负载使用。
所以只着重介绍在线式UPS。
以下如无特别说明，所述的UPS都指在线式。
在线式UPS原理如图1所示:图1. UPS原理框图主要由整流器、逆变器、静态转换开关和后备电池组成。
经过交流? 直流? 交流的能量转换过程，只从市电取出能量，输出的交流电源是经过逆变器重新产生，其电压、波形由UPS本身控制，具有稳压、稳频、净化和不间断等功能。
下面就各部分的功能及其结构分别加以说明。
