1、1毕业设计开题报告电气工程及其自动化交流单相在线式不间断电源一、选题的背景与意义随着社会的发展，人类对电能的需求正日益增加，同时对电能质量以及供电安全性的要求也越来越高。现代社会中，电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。在银行、证券、通信、工业自动化生产线、办公自动化、医疗、甚至物业管理等各行业中，供电故障将有可能带来巨大的经济损失。特别是随着INTERNET高速发展和信息化、网络化建设步伐的加快，数据安全成为各行业普遍关注的问题，供电故障对数据的安全性无疑是致命的。使用不间断电源UPS,UNINTERRUPTIBLEPOWERSYSTEM,确保关键用电
2、设备的安全性是解决上述问题的最重要的方法之一。自二十世纪六十年代出现了新型的交流不间断供电系统以来。以美国为代表的发达国家相继展开对UPS的研究、生产、应用工作。发展至今，己研究制造出形形色色种类繁多的各式UPS，由从前的简单用途开始只给计算机供电发展到今天几乎深入到国民经济的各个领域，如科研、国防、航天、通讯、医疗卫生、工农业生产、银行证券、商贸销售、交通运输等等。在巨大的市场需求推动下，UPS进入高速发展时期，在此期间形成了许多著名的专业UPS研究生产厂商。如来自欧洲的梅兰日兰，来自美国的爱克赛、APC等。于此同时，作为UPS消费大国的中国，不论是大功率UPS市场还是小功率UPS市场，我国
3、的国产UPS市场占有率都小于50,甚至30都不到。上世纪九十年代以来，国内一些优秀品牌（例如四通UPS）在UPS市场异军突起，取得了一些令人瞩目的成绩，凭借在技术上的不断追求和本土化的生产服务优势，逐渐成为中小功率UPS市场的主力军。洋品牌在技术上有一定优势，同时价格也较为昂贵，在中大功率UPS市场（10KVA以上）上，洋品牌凭借长期的技术积累优势更加明显。由此可见，与国外相对成熟繁荣的现状相比，我国在UPS研究与生产2领域都还处于弱势阶段，因此提高我国自主生产的UPS产品的市场竞争力，加强对UPS技术的研究和开发就显得尤为重要了。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题本设计是一种基于C8051
4、F330单片机控制的电压源型逆变电路的24V交流单相在线式不间断电源系统。系统由电源模块，DCAC逆变模块，充电和辅助电源模块，控制模块和保护模块五个部分组成。电源模块主要是将220VAC市电转换为36VAC并整流成直流电和市电与蓄电池的切换当系统接于220V交流电源时，蓄电池不工作；当系统与220V交流电源断开时，蓄电池开始工作。DCAC逆变模块是将经整流的市电或蓄电池逆变成交流电输出。充电和辅助电源模块是在工作于220V交流电时给蓄电池充电，并给控制模块提供电源。控制模块是检测输出电压的大小反馈给单片机从而调整SPWM波的调制比控制输出稳定的电源。保护模块包括欠压保护，过冲保护和短路保护。
5、其基本要求有（1）在交流供电U136VAC和直流供电U336VDC两种情况下，保证输出电压U224VAC，且保证其频率为501HZ，额定输出电流1A；（2）切断交流电源后，在输出满载情况下工作时间不少于30秒钟；（3）交流供电时，电源达到以下要求1）电压调整率满载条件下，U1从29VAC增加至43VAC，U2变化不超过2；2）负载调整率U136VAC、U224VAC，从空载到满载，U2变化不超过5；（4）蓄电池供电时，满载条件下，效率不低于80；（5）具有输出短路保护功能。（6）满载条件下，输出为正弦波，失真度不大于5。（7）具有给蓄电池充电功能，充电电流不小于01A，充电电路对蓄电池不能过充
6、。（8）具有欠压保护功能当蓄电池的放电电压33V时整机自动保护停止工作。3基于这些要求本设计拟解决的主要问题（1）市电与蓄电池的及时切换；（2）蓄电池的充电；（3）电源电压的稳定性；三、研究的方法与技术路线本课题的设计主要包括两个部分硬件部分和软件部分。硬件部分硬件部分主要包括电源切换电路，DCAC逆变电路，蓄电池充电电路，辅助电源电路，SPWM波发生电路，检测反馈控制电路和保护电路。电源切换电路主要是市电与蓄电池的切换。常见的切换方式有利用交流继电器切换和利用无触点自动切换电路切换。DCAC逆变电路逆变器是一种将直流电转化为交流电的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。根据直流侧电源性质
7、的不同，逆变器可以分为两种直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。蓄电池和市电的性质类似于电压源，所以采用电压型逆变电路。蓄电池充电电路蓄电池的充电方式主要有恒压和恒流两种。恒压充电是一种两极间的电压维持在恒定值的充电方式，其优点是随着蓄电池的荷电状态的变化，自动调整充电电流，如果规定的电压恒定值适宜，就能保证蓄电池的完全充电。恒流充电是一种电流维持在恒定值的充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。但根据设计的要求，充电电流不小于01A，所以采用恒流充电方式。SPWM波发生电路本设计采
8、用C8051F330单片机控制，所以可以由单片机控制产生SPWM波。检测反馈控制电路检测电路的重点是一个峰值检测电路，可以采用AD采样由软件方式来得到4峰值。保护电路保护电路中的欠压保护，过冲保护和短路保护，都可经AD采样后由软件方式来对电路进行保护。系统硬件框图1所示变压器整流滤波切换开关充电电路蓄电池单片机驱动电路逆变电路检测反馈短路保护负载电压检测辅助电源市电220VACSPWM输出24VAC图1系统硬件框图软件部分系统软件主要包括两个模块一个模块用于检测峰值，另一个模块用于控制系统工作，并调节稳定输出电压。两个软件模块的流程图如图2所示5开始系统初始化AD采样电压值范围大于阈值减小调制
9、比NY开始系统初始化AD采样取最大值DA转换输出循环2000次（A）（B）电压值范围小于阈值增大调制比YN图2软件流程图四、研究的总体安排与进度12010年11月19日2010年12月31日6在广泛查阅资料的基础上，完善课题研究方案，完成外文翻译、文献综述和开题报告等工作。22011年01月01日2011年01月31日确定系统总体方案，进行硬件电路的设计、制作与调试。32011年02月01日2011年02月28日进行系统的软件设计，编程与调试。42011年03月01日2011年03月31日系统软硬件联调，进行系统测试。52011年04月01日2011年05月10日设计任务结果的处理与分析等，完
10、成毕业设计说明书或论文写作，进行毕业设计（论文）的审阅和修改完善。主要参考文献【1】华成英，童诗白模拟电子技术基础【M】北京高等教育出版社，2006【2】马忠梅单片机的C语言应用程序设计【M】北京北京航空航天大学出版社，2007【3】王兆安，黄俊电力电子技术【M】北京机械工业出版社，2008【4】王其英，何春华UPS不间断电源剖析与应用【M】北京科技出版社，1996【5】周志敏，周纪海UPS实用技术应用与维护【M】北京电子工业出版社，2003【6】候振义，王义明UPS电路分析与应用【M】北京科学出版社，2001【7】钱希森小型UPS原理及应用【M】北京科技出版社，2000【8】陈道炼DCAC逆
11、变技术及应用【M】北京机械工业出版社，200311【9】张秀，郑爽，史国庆24V交流单相在线式不间断电源的设计【J】中国新技术新产品，2008年，11105106【10】张国光在线式UPS的控制和保护技术【J】有线电视技术，2004年，197576【11】MUHAMMADHRASHIDPOWERELECTRONICS【M】POSTS然后出现了以蓄电池组供电给直流电动机带交流发电机提供后备电源的供电系统，这种方式供电效率较低再后来是靠内燃机提供后备供电的UPS电源，这种UPS设备庞大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。这些都是动态方式的UPS电源。随着电力电子学的发展，可实现大功率的电能转换
12、，于是出现了静态UPS,这种UPS具有没有振动、噪音低、体积小、控制灵活、效率高等优点，现代UPS基本上都是静止型的。随着电力电子技术微电子技术的飞速发展，UPS技术也正在朝着网络化、智能化、自动化、远程监控化和数字化的方向发展。1、UPS的网络化网络时代的UPS产品已经由独立的外设产品发展成为整个计算机和网络系统不可分割的一部分，除了要求UPS产品可方便地接入网络和计算机，有些还要要求其能够实现与网络和计算机间的双向数据通讯。为实现网络连接，目前大多数的UPS产品都提供了RS232，RS485通信接口，对于要求能执行计算机网络控制管理功能的UPS来说，还配置了SNMPSILIIPIENETW
13、ORKMANAGEMENTPROTOC01，简单网络管理协议卡，实现了UPS设备接入网络和计算机系统中。92、UPS的智能化智能化的UPS一方面实现了设备运行过程中自我状态的监控，对一些故障现象进行预处理，使UPS始终平稳可靠地运行，同时也实现了计算机和网络与UPS之间的双向数据通讯，用户可以在计算机和网络中的各个结点上实时监视和控制UPS电源的运行。利用这种控制功能，用户可以实时监视UPS电源的运行参数例如输入输出的电压，电流和频率，UPS的电池组的充电放电和电池的电压值，UPS的输出功率及有关的故障报警信息，实现计算机和电源的互动。3、UPS的自动化自动化是指UPS电源自动完成一些自我检测
14、、开关机控制、故障保护后的自动恢复，无需过多的人工干预。UPS的自动化是实现网络化和保证系统高可用的重要因素。4、UPS的远程监控化由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS电源能够实现在各种网络平台上的监控。因此目前像APC、中达一斯米克等公司的UPS监控软件都提供了多平台支持。实现远程化监控是UPS产品发展的另一趋势，由于因特网的普及，所有网络最终将接入因特网。因此目前许多厂商的产品尤其是中大功率产品除了能够实现网络化的本地监控外，还可实现WEB远程监控。5、UPS的数字化DSP技术的使用提高了UPS产品输出电压的稳定
15、性和纯净程度，同时也提高了UPS产品自身的可靠性。而IGBT技术和高频技术的应用，大大提高了电源效率，降低了系统噪音和电源自身的电力损耗，也提高了系统的可靠性。随着硬件技术的发展，计算速度的提高，必然促使UPS向数字化方向发展。提高逆变器的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。总之，随着计算机技术不断的提高，DSP产品的不断升级和完善，更加可靠、稳定、安全、小型化与完善的UPS产品将不断的开发出来。现代UPS大体上可分为三大类后备式、在线互动式及在线式三大类。1、后备式UPS10后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电；
16、当市电超出其正常的工作范围或停电时通过逆变电路，将蓄电池中存储的化学能转化成电能向负载供。2、在线互动式UPS在线互动式UPS在市电正常时与后备式UPS相同，也是直接由市电向负载供电，此时UPS的逆变器处于反向工作给电池组充电；在市电异常时逆变器立刻投入工作，将电池组电压逆变为交流电压输出给负载。其特点是有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等优点，但同样存在切换时间。3、在线式UPS在线式UPS在市电正常时，对市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供恒压恒频的交流电；在市电异常时，逆变器由蓄电池提供能量，由于逆变器始终处于工作状态，从而保证无间断的输出。其特点是，有较宽的输入电
17、压范围，无切换时间，且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高，目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。当前，数字革命和网络经济正席卷全球。随着各种信息系统在各个行业的应用，带动了不间断电源（UPS）的迅猛发展。作为直接关系到计算机软硬件能否安全运行的重要因素，电源质量的可靠性应当成为中小企业、学校等首要考虑的问题。目前我国所用的UPS大多是国外的产品，进口产品品种齐全，功能完善，但是用户在使用和维修等方面有许多不便，而且价格昂贵。最近几年，虽然国内UPS生产厂家数量再不断增多，但是由于其技术水平的限制，产品性能和国外还有很大差距，所以期待着有高性能的国产UP
18、S电源出现。这是选择本课题的目的。主要参考文献【1】华成英，童诗白模拟电子技术基础【M】北京高等教育出版社，2006【2】马忠梅单片机的C语言应用程序设计【M】北京北京航空航天大学出版社，2007【3】王兆安，黄俊电力电子技术【M】北京机械工业出版社，2008【4】王其英，何春华UPS不间断电源剖析与应用【M】北京科技出版社，1996【5】周志敏，周纪海UPS实用技术应用与维护【M】北京电子工业出版社，112003【6】候振义，王义明UPS电路分析与应用【M】北京科学出版社，2001【7】钱希森小型UPS原理及应用【M】北京科技出版社，2000【8】陈道炼DCAC逆变技术及应用【M】北京机械工
19、业出版社，200311【9】张秀，郑爽，史国庆24V交流单相在线式不间断电源的设计【J】中国新技术新产品，2008年，11105106【10】张国光在线式UPS的控制和保护技术【J】有线电视技术，2004年，197576【11】MUHAMMADHRASHIDPOWERELECTRONICS【M】POSTSTHESOFTWAREDESIGNINCLUDECONTROLMODULEANDPEAKDETECTIONMODULEAFTERDEBUGGINGANDTESTINGRESULTSSHOWINDICATETHATSYSTEMSBASICALLYMEETTHEDESIGNREQUIREMENTS
20、OFTHEINDICATORS,OVERALLPERFORMANCEAREGOOD【KEYWORDS】UPSSPWMINVERSION15目录1绪论1711不间断电源（UPS）的概述1712不间断电源（UPS）的分类17121后备式UPS17122在线式UPS17123在线互动式UPS1813不间断电源（UPS）的发展趋势1814选题的意义192系统器件介绍2021C8051F330混合信号ISPFLASH微控制器20211系统概述2021210位模/数转换器2121310位电流输出DAC22214定时器2322精密函数发生器ICL8038233系统硬件设计2531系统总体硬件设计方案2532
21、整流切换电路25321整流电路25322滤波电路26323切换开关2733充电电路2834辅助电源电路2934112V电源电路293425V电源电路2934333V电源3035SPWM波发生电路30351三角波发生电路31352正弦波发生电路3116353比较产生SPWM波电路3236DCAC逆变电路32361全桥电路32362全桥逆变驱动电路33363滤波电路1433364过流保护电路3537峰值检测电路354系统软件设计3641控制模块36411控制模块软件流程图36412控制模块系统初始化程序设计3642峰值检测模块37421峰值检测模块软件流程图37422峰值检测模块系统初始化设计38
22、5系统测试4051市电供电4052蓄电池供电4053结论406总结41参考文献42致谢错误未定义书签。附录43171绪论11不间断电源（UPS）的概述不间断电源又称为UPS，是英文“UNINTERRUPTIBLEPOWERSUPPLY”的缩写，主要用于电子计算机中心、工业自动化控制中心等重要场所。它是一种含有储能装置，连接在用电设备和市网电源之间，作为改善用电设备供电质量，保障用电设备不会因市网电源发生故障而导致发生数据丢失、设备损坏、生产事故等严重后果的电源设备。随着现代化发展的加速，各种用电设备越来越精密，也越来越得到普及，一旦发生供电故障，将照成非常严重的经济损失，因此对电源质量的要求也
23、越来越得到重视。而雷电、大型用电设备的启停等因数都可能造成市电发生电涌，出现瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”。而不间断电源不仅可以保障断电而造成的经济损失，也可以消除这些“电源污染”给用电设备造成的损害。传统的UPS由以下主要部分组成L整流器和充电器整流器就是将输入的交流电整流成直流电给逆变器提供稳定的直流电压，充电器则是给辅助型蓄电池充电以保障当市电发生故障时蓄电池有电能给用电设备，使用电设备继续工作或保存数据。2逆变器把来自整流器或蓄电池的直流电转换为交流电，提供一种高度稳定的电源；3蓄电池储存电能，市电发生故障时向逆变器供电。12不间断电源（UPS）的分类121后
24、备式UPS后备式UPS图11一般只处于蓄电池充电状态，市电直接输给用电设备。只有当市电发生故障时逆变器才开始工作，将蓄电池提供的直流电逆变成稳定的交流电提供给用电设备。但这种情况存在这一定的切换时间，不可用于一些高精密的仪器和关键性的用电设备。不过由于这种设备技术结构简单，成本低，造成价格便宜。而且即使存在切换时间，但切换时间很短而不会影响一般个人计算机，因此适合家庭和一些对电源要求不是特别高的用电设备使用。滤波充电器电池逆变器转换开关输入输出市电正常市电故障图11后备式UPS系统框图122在线式UPS在线式UPS（图12）在市电正常时，市网电压先经过整流器整流成直流电后一路供给逆变器，一路给
25、蓄电池充电，供给逆变器的一路再通过逆变器逆变成交流电后供给用电设备。18在市电故障时，由蓄电池提供直流电经逆变器逆变成交流电供给用电设备。由于市电先经整流再经逆变后输出给用电设备的，因此这种在线式UPS使用电设备和市网起到了一定的隔离作用，从而使其输出的电源具有很高的质量，电压和频率稳定，消除了电网波动的影响，同时使切换时间为零。适用于各种用电设备，但价格比后备式UPS要高。滤波整流逆变器开关充电器电池输入输出市电正常市电故障市电旁路图12在线式UPS系统框图123在线互动式UPS在线互动式UPS图13的工作方式介于后备式UPS和在线式UPS之间。当市电正常时，由市电直接输给用电设备；当市电电
26、压过高或过低时，市电先通过稳压电路使电压稳定在正常值再输给用电设备；当市电故障时，则与前两种UPS一样。因此这种UPS也存在切换时间，但由于对市电经过了一定的处理，比后备式UPS的输出电压要稳定。滤波稳压转换开关电池逆变器输入输出市电正常市电故障充电器图13在线互动式UPS系统框图本文就是针对在线式UPS进行一系列的分析和设计的。13不间断电源（UPS）的发展趋势（1）UPS的网络智能化随着计算机和网络的迅速普及以及通信技术的快速发展，是网络连接成为了UPS不可或缺的功能，厂家生产的很多UPS都配置了RS232，RS485通信接口和SNMP卡。通过通信方式与计算机网络连接在一起UPS能够进行自
27、动识别和控制、系统故障自诊断、蓄电池19自动监测管理、智能化内部信息监测与显示等。用户可以通过计算机网络实时了解UPS的各运行参数，比如UPS的输入输出电压、电流、频率和蓄电池充电状态等。UPS可以将这些运行参数实时的发送给计算机，使计算机对这些参数与正常数据进行分析比较，判断是否存在故障隐患等。一旦电源发生故障，UPS就可以将信息通过网络发送给计算机，使用户可以及时的获取信息做出应对措施，也可使计算机自动的保存信息或关闭用电设备等。用户也可以通过计算机网络远程的对UPS进行操作。2UPS的数字化功率MOSFET以及IGBT的问世推动了UPS向数字化方向发展。功率MOSFET和IGBT允许PW
28、M波频率高达20KHZ以上，从而提高了逆变波形的质量，减少了UPS自身的电源损耗，降低了逆变器和电感的噪音，同时也有效的减少了UPS的体积和质量。数字化控制技术也提高了UPS产品输出电压的稳定性、纯净程度和可靠性。14选题的意义随着我国经济的快速发展和现代化改革的加速，带动了我国UPS事业的迅猛发展。电源质量的可靠性对用电设备的安全问题也越来越得到重视。然而由于我国UPS研究起步晚，技术不成熟，国外很多已使用的先进技术在我国还处于实验阶段。这使得国内的很多生产厂家没有自己的核心技术而只能生产结构简单的中小型UPS，即使在中小型UPS方面，国内的UPS产品在性能和可靠性方面也不如国外产品。而在大
29、型UPS方面，国外的UPS几乎处于垄断地位。因此研发属于中国自己的UPS技术，开发高性能的UPS，特别是大型UPS显得越来越迫切。这也就是我研究本课题的价值和意义。202系统器件介绍21C8051F330混合信号ISPFLASH微控制器211系统概述C8051F330单片机使用SILICONLABORATORIES公司的专利CIP51微控制器内核，指令集与MCS51完全兼容，CIP51采用流水线结构，与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高，最高可达25MIPS。C8051F330单片机具有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器、3个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的
30、可编程计数器/定时器阵列；一个具有增强波特率配置的全双工UART；全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）；真正10位200KSPS的16通道单端/差分ADC；一个8KB可在系统编程的FLASH存储器；一个10位电流输出的DAC；一个高精度可编程的25MHZ的内部振荡器；一个增强型SPI端口；片内电压比较器；片内上电复位；VDD监视器和温度传感器；768字节内部RAM；128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及17个容许5V电压输入的I/O端口13。具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F330是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，
31、可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。C8051F330芯片具有片内SILICONLABORATORIES二线（C2）接口调试电路，允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速的在系统调试。调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步运行和停机命令。在使用C2进行调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。两个C2接口引脚可以与用户功能共享，使在系统调试功能不占用封装引脚。每种器件都可在工业温度范围（45到85）内用27V36V的电压工作。端口I/O和/RST引脚都容许
32、5V的输入信号电压13。C8051F330采用20脚MLP封装（见图21和图22）。21图21C8051F330原理框图13图22C8051F330原理框图1321210位模/数转换器C8051F330/1的内部有一个10位的SARADC以及一个16通道的差分输入多路选择器。ADC工作在200KSPS的最大采样速率时可以提供真正10位线性度，DNL和INL为1LSB13。ADC系统包含了一个可编程的模拟多路选择器，作为选择ADC的正输入和负输入13。端口号01作为ADC输入；此外，电源电压（VDD）和片内温度传感器的输出也可以选择作为ADC的输入13。用户固件可以将ADC设置于关断状态，可以节
33、省功耗。A/D转换有6种启动方式定时器0溢出、定时器1溢出、定时器2溢出、定时器3溢出、22软件命令和外部转换启动信号13。这种多选择性允许用周期性的定时器溢出信号、软件事件或外部硬件信号触发转换13。当一次转换完成时可以产生中断（如果被允许），也可用软件查询一个状态位来判断转换是否结束13。当转换结束后10位结果数据字会被锁存到ADC数据寄存器中13。ADC的原理框图如图23所示。图2310位ADC原理框图1321310位电流输出DACC8051F330内部拥有一个10位的电流输出方式数/模转换器（IDA0），IDA0的最大输出电流有三种不同选择可为设置05MA、1MA或2MA13。IDA0
34、具有灵活的输出更新机制，允许无缝满度变化并且支持无抖动波形更新13。IDA0有三种更新方式分别为写IDA0H、定时器溢出和外部引脚边沿13。DAC的原理框图如图24所示。23图2410位DAC原理框图13214定时器C8051F330的内部拥有4个16位计数器/定时器其中两个是与标准8051中的计数器/定时器兼容的，另外两个是16位的自动重装载定时器，可用于SMBUS、ADC或作为通用定时器来使用。这些定时器可以用于、对外部事件计数或测量时间间隔13。定时器0和定时器1完全相同，都有四种工作方式；定时器2和定时器3均可作为两个8位或一个16位自动重装载定时器13。见表21定时器工作方式。表21
35、定时器工作方式13定时器0和定时器1的工作方式定时器2的工作方式定时器3的工作方式13位计数/定时器16位自动重装载定时器16位自动重装载定时器16位计数器/定时器8位自动重装载的计数器/定时器两个8位自动重装载定时器两个8位自动重装载定时器两个8位计数器/定时器（仅限于定时器0）定时器0和定时器1都有5个可选择的时钟源，靠定时器时钟选择位（T1MT0M）和时钟分频位（SCA1SCA0）共同决定13。定时器0和定时器1可以配置为采用系统时钟或分频时钟，定时器2和定时器3可以采用系统时钟、系统时钟/12或者外部振荡器时钟/8作为时钟源13。22精密函数发生器ICL8038ICL8038是一种拥有
36、多种波形输出的集成函数发生器,只需调节个别的外部组件就可以产生从0001HZ300KHZ的低失真的正弦波、三角波和矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比可以由电容或电阻来控制。ICL8038的主要特点1可以同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。工作电源5V12V或者12V25V频率的可调范围0001HZ300KHZ占空比的可调范围29824输出正弦波的失真度CF时，型滤波器开始衰减。一般通带内的衰减为零，因为这时候的输入和输出阻抗均为纯电阻，只有当滤波器的阻抗相当于电阻时，它才能够从输入端吸收能量，而当滤波器的元件没有损耗时，能量才能够完整地提供给负载，因此损耗为零；但在阻带中，特性阻抗具
37、有电抗性质，因此滤波器从电源吸收的能量将有部分返回电源，负载只能接收到部分电源提供的能量，呈现出巨大的衰耗。（2）滤波电路参数计算由滤波电路设计原理可得2FCLZF（5）22212FFCCCLZZFZFZ（6）FL与FC的值取决于CF和Z的选择。理论上将CF设定在开关频率左右，就可以得到谐波含量极低的正弦波，从而只需要很小的FL与FC。但是由于功率晶体管动态压降或者饱和电压不一致，死区效应以及各种非线性因素的影响，实际上电路中往往具有较大的低次谐波电压，故需要在实际中滤波器CF的选取要低才能得到满意的正弦波。在本设计方案中，输出电压频率为50HZ，CF选在20KHZ左右。在通带内只有当负载电阻
38、RL等于特性阻抗时才能使衰减为零，但在通带内ZC的正负偏差中，滤波器才能够给传送较多的有功功率，而减少返回至逆变器的无功功率。一般取Z（0508）RL。本设计中，输出电压为24V/50HZ，电流为1A。将CF定为2000HZ，额定负载电阻RL24/124,取Z08RL192。计算电感电容得2192231420001529FCLZFUH35121231420001924143FCCFZUFUF364过流保护电路过流保护电路采用比较电路控制逆变驱动芯片的死区时间。当负载过流时关断控制芯片的输出，从而关断逆变的输出，保护负载的安全。37峰值检测电路由于电源输出电压为有效值为24V的交流电，所以需要先
39、采用电压互感器对输出电压按一定比例缩小再采样。由于本设计中不采用没有负电源，所以由运放构成的峰值保持电路并不适合本设计。本设计利用AD采样，通过软件的方法来鉴定得到峰值，并反馈给控制芯片。具体电路原理图如图319所示图319峰值采样电路原理图364系统软件设计系统软件主要包括两个模块一个模块用于峰值检测，另一个模块用于控制系统工作，并调节稳定输出电压。41控制模块411控制模块软件流程图控制模块软件流程图如图41所示。程序运行后先对单片机时钟、I/O口、AD、DA等进行初始化，然后对蓄电池电压进行检测，当蓄电池处于欠压状态时，单片机输出为零，即关断逆变器的输出。当蓄电池不处于欠压状态时对峰值检
40、测模块输入的模拟信号进行采样，然后将采样并AD转换后的值与程序设定的值（逆变器输出有效值为240V时，经过峰值检测并由控制模块AD采样后的得到值作为设定值）进行比较，如果大于设定的值，即逆变器输出的电压有效值大于240V，则减小DA输出，即减小输出正弦波的幅值，从而减小SPWM波的调制比来减小逆变器的输出电压；如果小于设定的值，则增大DA输出来增大SPWM波的调制比，以此增大逆变器的输出电压。最后在循环开始检测蓄电池电压。开始初始化DA输出0欠压AD采样电压值范围大于上限值电压值范围小于下限值减小DA值增大DA值YNNYYN图41控制模块软件流程图412控制模块系统初始化程序设计控制模块初始化
41、流程图如图42所示。系统初始化主要工作是设置好各个寄存器的初始37值，以使各个模块能正常工作。在看门狗初始化中对看门狗进行关闭。在系统时钟初始化中将时钟设置为片内的245MHZ（不分频）。在I/O口及交叉开关初始化中将P01口设置为推挽输出以进行正弦波调节，将P06口设置为模拟输入以进行AD采样。在定时器初始化中采用定时器0系统时钟，并采用定时器工作方式3（自动重装载的8位计数器/定时器），HO和LO值都取256255。在AD初始化中将ADC转换时钟配置为SYSCLK/2500000，工作于单端方式，将ADC中的数据设置为右对齐并使用内部VDD作为电压基准，同时打开ADC。在DA初始化中DAC
42、设置为20MA满度输出电流，写IDA0H触发DAC输出更新。DA初始化完成后进入主函数。开始看门狗初始化时钟初始化I/O口及交叉开关初始化定时器初始化AD初始化DA初始化主函数图42控制模块初始化流程图42峰值检测模块421峰值检测模块软件流程图峰值检测模块软件流程图如图43所示。程序运行时，先对时钟等进行初始化，再对逆变器输出电压进行循环2000次检测，取其最大值作为峰值，然后在如此循环10次，取10次的最大值相加取平均值作为最终的峰值经DA输出给控制模块的AD。经10次取平均值能减少检测误差带来的影响。38开始初始化AD采用循环2000次取最大值最大值累加循环累加10次取平均值DA输出YY
43、NN图43峰值检测模块软件流程422峰值检测模块系统初始化设计峰值检测模块初始化流程图如图44所示。系统初始化主要工作是设置好各个寄存器的初始值，以使各个模块能正常工作。在看门狗初始化中对看门狗进行关闭。在系统时钟初始化中将时钟设置为片内的245MHZ（不分频）。在I/O口及交叉开关初始化中将P01口设置为推挽输出，将P07口设置为模拟输入以进行AD采样。在定时器初始化中采用定时器0系统时钟，并采用定时器工作方式3（自动重装载的8位计数器/定时器），HO和LO值都取25625。在AD初始化中将ADC转换时钟配置为SYSCLK/2500000，工作于单端方式，将ADC中的数据设置为右对齐并使用内
44、部VDD作为电压基准，同时打开ADC。在DA初始化中DAC设置为20MA满度输出电流，写IDA0H触发DAC输出更新。DA初始化完成后进入主函数。39开始看门狗初始化时钟初始化I/O口及交叉开关初始化定时器初始化AD初始化DA初始化主函数图44峰值检测模块初始化流程图405系统测试51市电供电在市电220VAC输入经可调变压器调节电压有效值为36VAC输入给电路，在满载的情况下测得电路输出电压有效值为240V，输出电流为101A，频率为4995HZ，失真度为45。在空载情况下输出电压有效值为229V，负载调整率为458。由可调变压器调节输入电压有效值为29VAC到43VAC，得到的输出电压如表
45、51所示。表51输入电压变化时得到的输出电压调整率输入交流电压有效值（VAC）输出交流电压有效值（VAC）输出电压调整率（）290231375310236330240360240390240410240430240在市电供电并且蓄电池需充电的情况下给蓄电池的充电电流为023A。当蓄电池电压大于40V时停止充电，从而防止了蓄电池的过冲。当负载短路时，电路能及时关断输出，起到了输出短路保护。52蓄电池供电在蓄电池供电的情况下，满载时并且保证输出电流达到100A的情况下输出电压有效值为235VAC，输出功率为235W。蓄电池输入电压为364VDC，输入电流为080A，输入功率为291W。所以效率为8
46、07。蓄电池工作时间大于10分钟。当蓄电池电压低于29VDC时，电路关断输出，起到欠压保护。53结论从测试结果表明，除了电压调整率和蓄电池供电时的电压不达标外其余各项指标都达到设计要求，系统具有过冲保护、欠压保护和短路保护，整体性能良好。416总结本文是设计一种基于C8051F330单片机控制的电压源型逆变电路的24V交流单相在线式不间断电源系统。系统的硬件部分由整流切换电路、辅助电源电路、SPWM波发生电路、DCAC逆变电路和峰值检测电路组成；软件部分由控制模块和峰值检测模块组成。经测试结果表明系统各项指标基本达到了设计要求。本文的主要内容（1）研究国内外UPS的发展状态，分析比较了各类UP
47、S的工作原理，了解UPS的未来发展趋势。（2）根据毕业设计任务书要求选择单片机C8051F330作为控制系统，采用精密函数发生器ICL8038产生三角波。（3）根据毕业设计任务书要求设计各硬件模块，主电路由整流切换电路，充电电路，辅组电源电路，SPWM波发生电路和DAAC逆变电路构成。（4）根据毕业设计任务书要求给单片机C8051F330设计软件程序。（5）对设计作品进行调试和检测数据。42参考文献1华成英，童诗白模拟电子技术基础M北京高等教育出版社，20062马忠梅单片机的C语言应用程序设计M北京北京航空航天大学出版社，20073王兆安，黄俊电力电子技术M北京机械工业出版社，20084王其英
48、，何春华UPS不间断电源剖析与应用M北京科技出版社，19965周志敏，周纪海UPS实用技术应用与维护M北京电子工业出版社，20036候振义，王义明UPS电路分析与应用M北京科学出版社，20017钱希森小型UPS原理及应用M北京科技出版社，20008陈道炼DCAC逆变技术及应用M北京机械工业出版社，20039张秀，郑爽，史国庆24V交流单相在线式不间断电源的设计J中国新技术新产品，2008年，1110510610张国光在线式UPS的控制和保护技术J有线电视技术，2004年，19757611MUHAMMADHRASHIDPOWERELECTRONICSMPOSTSSBITQYP17UNSIGNED
49、CHARXUNHUAN0UNSIGNEDCHARCOUNTER0FLOATXISHU07UNSIGNEDINTTEMP_HUNSIGNEDLONGVUNSIGNEDCHARNUM0,NUM1,NUM2,NUM3VOIDDELAYUNSIGNEDINTDLY/延时函数FORDLY0DLY46VOIDTIMER0_ISPVOIDINTERRUPT1/定时器0中断程序XUNHUANIFXUNHUAN5XUNHUAN0COUNTERIFCOUNTER50COUNTER0IDA0LXISHUSINCOUNTER256IDA0HXISHUSINCOUNTER/256/DA输出DELAY9VOIDMAINVOIDSYSTEM_INIT/看门狗初始化SYSTEMCLK_INIT/时钟初始化DA_INIT/DA初始化AD_INIT/AD初始化PORT_INIT/I/O口初始化TIMER0_INIT/定时器0初始化DELAY10/延时WHILE1IFQY1/欠压检测XISHU0/如果欠压则输出为0ELSEADC0CN|0X10/AD采样DELAY10TEMP_HADC0HTEMP_H1610XISHUXISHU0002/采样值大于设定值时减小DA输出IFXI
