小功率不间断电源中变换器的原理与设计
摘要：不间断电源又称UPS（Uninterruptible Power Supply）被广泛应用在敏感负载的保护上，如电脑、网络服务器、医疗设备、通讯系统等，其为这些负载提供了高质量、高可靠性的纯净电源。功率变换是UPS的核心，变换器是实现功率变换的途径，它的性能决定了UPS整体的性能。
本文在对UPS的拓扑结构、系统组成和工作原理进行了介绍和分析的基础上，深入分析了离线式UPS中DC/DC和DC/AC变换器电路，对两种变换器常用的拓扑结构进行了分析和比较，并较详尽的分析和比较了电压型和电流型控制技术。在比较分析之后，本设计采用推挽拓扑组成DC/DC变换器电路，这种拓扑结构与桥式和其他拓扑结构相比，其电路简单、功率MOSFET的数量少，能有效降低电路对变压器的要求，减少制作成本；在DC/AC变换器电路中，采用典型的桥式拓扑并由系统单片机直接进行控制，其电路输出功率大、控制简单、性能优良，有效的提高了输出电压的稳定性。
本设计按照模块化的设计思想，给出了各个部分电路的设计思路和硬件原理图，并进行了详细的理论设计和实验测试。本文阐述的设计思想具有一般性，可以推广到实际工程应用中。
关键字：UPS DC/DC变换器 DC/AC变换器 推挽拓扑
目录
第一章 前言 ………………………………………………………………… 1
第二章 不间断电源的结构及原理……………………………………………2
2.1 UPS拓扑结构…………………………………………………………2
2.2 UPS系统组成及工作原理……………………………………………4
第三章DC/DC变换器原理与设计 ………………………………………… 6
3.1 DC/DC变换器的分类…………………………………………………7
3.2 DC/DC变换器拓扑分析与选择 …………………………………… 9
3.2.1理想变压器的特征………………………………………………9
3.2.2 UPS中常用的变换器拓扑………………………………………9
3.3 PWM控制技术 …………………………………………………… 12
3.3.1 电压型PWM控制技术……………………………………… 12
3.3.2 电流型PWM控制技术……………………………………… 13
3.3.3 电压控制与电流型控制的比较………………………………14
3.4 电路设计与参数计算……………………………………………… 15
3.4.1 设计指标及电路拓扑结构选择………………………………15
3.4.2 电路设计与工作原理分析……………………………………16
3.4.3 元器件选择及其参数计算……………………………………19
第四章 DC/AC变换器原理与设计…………………………………………26
4.1 DC/AC变换器的分类……………………………………………… 26
4.2 常用逆变器电路拓扑分析与选择………………………………… 27
4.2.1 半桥电路拓扑…………………………………………………27
4.2.2 全桥电路拓扑…………………………………………………28
4.3 控制驱动电路设计………………………………………………… 29
4.3.1 CPU控制电路………………………………………………… 29
4.3.2 开关管驱动电路………………………………………………29
4.4 元器件选择………………………………………………………… 31
第五章 实验与分析………………………………………………………… 32
5.1 DC/DC变换器部分………………………………………………… 32
5.1.1 PWM及其外围电路测试………………………………………32
5.1.2 输出测试………………………………………………………35
5.2 DC/AC逆变器部分………………………………………………… 36
5.2.1 驱动电路测试…………………………………………………36
5.2.2 输出测试………………………………………………………37
5.3 整机效率测试……………………………………………………… 38
第六章 结论………………………………………………………………… 39
致谢……………………………………………………………………………40
参考文献………………………………………………………………………41
附录一 工程实物照片 ………………………………………………………42
附录二 电路原理图 …………………………………………………………43
附录三 元器件清单 …………………………………………………………44
