1、毕业设计开题报告 测控技术与仪器 数字式直流不间断电源的设计 1 选题的背景、意义 1.1 电源负载的高要求 随着电气化技术的不断发展，电器设备、电器产品的广泛应用，要求供电市电有更高的质量。而实际的市电电网其实本身是很不稳的，这是因为造成电网污染的因素，除了众所周知的电压波动、频率变化外，还有来自电网外部、内部的各种噪声和干扰 1。 1.2 不间断电源的定义 UPS(Uninterruptible Power supply)，即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给服务 器、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应 2。 UPS
2、不间断电源在计算机及网络、通信、金融、电力交通、国防及高等院校、科研院所等部门的供电起着关键作用。如在计算机系统中采用 UPS 作为后备电源，可以在停电时由 UPS 向客户计算机，特别是大型服务器供电，能有足够的时间进行数据处理和存盘，甚至在关键时刻防止大型计算机网路瘫痪，避免造成巨大损失。 1.3 直流不间断电源的引入 早期的不间断电源如飞轮式不间断电源的缺点是显而易见的，不仅机体笨重、噪声大、操作控制不灵活，而且工作效率低、输出的电压波形不平滑，同 时由于存在着转换时间，不能及时响应，会中断负载的供电。 现代 UPS 主要有四大类：后备式，在线互动式，双变换在线式，双变换电压补偿在线式。随
3、着使用，传统 UPS 的缺点开始暴露出来。电源市场对一种更加节能，更加高效，更加可靠的新型 UPS 产品有迫切的需求。 相对于近年来提出的直流 UPS，传统意义上的 UPS 也被称为交流 UPS，而直流 UPS 较交流 UPS存在很多优点。 从 技术上 而言 ，直流 UPS 较交流 UPS 有种种优势。交流 UPS 是将交流电转化为直流电，然后再转化为交流电输给终端设备。而直流 UPS 只需要将交流电转化为直流电，直 接供给终端设备。由于节省了逆变器这个 UPS 中成本最高，最复杂的部件，交流 UPS 购置成本和运营成本可降低 20%-30%，总效率提高12-15%，可节电 8%左右，而且更容
4、易管理、维护 6。 从可靠性方便讲， 用 UPS 是为了防止停电，而现在 的 UPS 往往成为故障原因。由于交流 UPS 结构复杂，元器件众多，很容易出现单点故障、还会出现两个谐波源，对电网和系统本身形成干扰，而直流 UPS 则可保证稳定性和可靠性，这对于电源要求高的数字机房和通讯系统尤为重要 7。 1.4 数字式直流不间断电源的引入 随着数字化技术的发展，一些应用数 字化控制的直流 UPS 产品开始出现在UPS 市场上。 人们希望 UPS 能满足各种不同负载的要求，拥有很高的可靠性的同时又能具备多种智能功能，使得数字化技术的引入成为一个必然的趋势。后备式 UPS 电源尽管电路简单，价格低廉，
5、但它对电压的频率不稳、波形畸变等基本上没有任何改善。而引入数字化技术后可以改善传统的在线式 UPS 系统复杂，体积庞大且价格昂贵的缺点。 将数字技术成功应用于 UPS 控制技术环节，还可以优化产品本身的设计，有效提高 UPS 输出电压的稳定性和纯净程度，同时也提高了 UPS 产品自身的可靠性。 2 相关研究的最新成果及 动态 随着国内不间断电源技术的逐渐成熟，越来越多的不间断电源产品出现在国内外电源市场上，满足不同客户对不同电力环境的特殊要求。 市场上的 UPS 产品，其容量规格大致有 0.25、 0.4、 0.6、 1、 2、 3、 4、 5、10、 15、 20、 40、 60、 80、
6、100、 120、 160、 200、 300、 400、 500、 600、 800、1000kVA 等，并已形成系列化产品。一般都经 IS0900l 国际质量标准认证、 UL安全标准及 CE 抗电磁干扰认证和标记。多数采用了 PWM 脉宽调频技术、 PIGBT高效功率器件、微处理器主 /从控制技术 等，可双机或多机并联。具备电池测试维护、微机监控元人值守、可远程通信等功能 ;在机器构成上，元器件标准化、模块化、互换性好 ;有宽电压输入、高效率输出、过载能力强等优良性能。 UPS 产生的背景是由于电子元器件耐压能力不够，早期的计算机设备内置输入电源必须经过变压器，这就决定了计算机必须由交流电
7、供电，而如今随着半导体器件的耐压和开关性能的提高，计算机内都采用了不带工频变压器的开关电源。这 也成为 直流 UPS 新理念 提出的一个 重要前提。 3 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 3.1 研究内容 笔者主要研究的是一种应用于消防监控系统供电的后备式直流不间断电源，用 STM20F103C8 高速微处理芯片对蓄电池充放电电流与电压进行数字化控制 。该数字式 DC-UPS 能提供稳定的 24V/100W 直流输出电压，且在市电断电后能继续工作 2 小时。 3.2 研究路线 图 3.1 研究路线 后备式直流 UPS基本电路设计 蓄电池充放电电路设计 掌握
8、高速微处理器STM320F103 编程环境C8 数字化处理器软件控制部分设计 整合电路原理图绘制 PCB 运行、调试 试通电运行 引入软件控制部分，通电运行 硬件部分 软件部分 修改并完成设计 本次设计的研究路线如图 3.1，主要分为以下几点： 1) 设计在线式直流不间断电源的基本电路 2) 研究并解决市电正常时蓄电池过冲保护问题和市电断电后蓄电池电压输出稳压和低压保护 3) 进一步修改电路图并 绘制 PCB 4) 熟练并掌握 STM320F103C8 处理器软件开发 5) 编辑软件采样蓄电池输出电压、电流并能对其作实时控制 6) 修改并完成设计，做到硬件大方得体，软件运行流畅 3.3 研究难
9、点 本次研究的难点有： 1) 蓄电池过冲保护电路的设计； 2) 蓄电池放电稳压电路的设计； 3) 高速微处理器 STM320F103C8 对电池的充放电电流、电压、温度等参数实时采样、反馈控制的软件编程。 3.4 预期达到目标 设计产品要能完成消防监控电路的不间断供电。它能提供稳定的 24V 的直流输出电压，恒定功率为 100W，且在市电断电后能继续输出稳定的 电压达 2 小时以上。 4 研究工作详细进度和安排 2010 年 12 月上旬 2010 年 12 月中旬 完成毕业设计的文献检索、资料查阅； 2010 年 12 月下旬 2011 年 1 月上旬 完成外文翻译、文献综述 2011 年
10、1 月中旬 2011 年 2 月中旬 完成开题报告 2011 年 2 月下旬 2011 年 3 月上旬 PCB 电路图设计，硬件实物构思，购置元器件 2011 年 3 月中旬 2011 年 3 月下旬 硬件成型，开始着手高速微处理器STM320F103C8 的软件开发 2011 年 4 月上旬 2011 年 4 月中旬 完成软件设计，撰写毕业论 文初稿 2011 年 4 月下旬 2011 年 5 月上旬 完成毕业论文、设计资料的整理； 2011 年 5 月中旬 2011 年 5 月下旬 修改毕业论文初稿，准备毕业答辩 5 参考文献 1 曹保国 . UPS 应用技术 M. 北京 : 化学工业出版
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