多功能直流UPS的设计

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工业品级）。

5.2原理电路

按图3所示方案设计的原理电路如图4所示。其主要设计依据如下:

（1）由于输出级要求四路同时输出，且电压数值各异，因此末级必须加入DC/DC变换器。要求POmax=75W、四路输出，所以选用INTERPOINT公司的（HR70328512），因为＋24V支路可浮地输出，故跨接在±12V支路上。取输入电压UIN=24V，即蓄电池电平为24V。由于充电器采用LM217恒流，要求输入端电压UImin≥（27.5＋1.25＋2.5）=31.25V。

其中：27.5V为蓄电池充电上限电压

1.25V为LM217的基本压差

2.5V为LM217的最小工作压差

所以前级DC/DC变换器选用VICOR公司的(VIJ64CW)，将其输出电压调至32V；

（2）由于POmax=75W，蓄电池端电压为24V，则IOmax=3.125A。要求持续工作1h，即要求电池的有效容量C′>3.125Ah。根据表3数据，对于1h放电率，其有效容量C′=0.6C，所以电池标称容量C≥3.125/0.6=5.2Ah。考虑温度影响、后级效率、设计裕量及产品规格等因素，可选用Deka牌12V/7Ah电池两块（串联）；

（3）充电控制电路采用了充放电控制专用芯片CC2024和三端稳压集成块，使得整个电路即简单又可靠。

恒流电路由LM217构成（IC=0.7A）。由于三端集成稳压器参数优良，过载能力强，而且具有全功能自保护（过流、过压、过热），由其构成恒流源电路，性能可靠，性价比高。

CC2024是为24V电池充放电控制设计的专用厚膜集成电路，其主要功能如下：

（1）充电上限电压限制UOmax=27.5V（计算依据参见表1）；

（2）放电下限电压限制UOmin=21.5V（计算依据参见表2）；

（3）蓄电池反极性报警当电池的极性接反时，

外接蜂鸣器报警；

（4）充电上限电压温度补偿。

6实验数据

为了验证设计的正确性及电路的可行性，我们对按图4组装的40套DCUPS进行了4套抽样实验。其在线工作性能如表4所示。

表4数据表明，该机电源调整率极低（因为采用两级直流变换），负载调整率及温度漂移均较小，全温全载范围起动性能良好，充电控制及温度补偿作用明显，符合设计标准。

表4某型DCUPS在线工作性能实验数据

环境温度(℃)	负载电流	输出电压（V）	＋5V/3A支路			＋12V/2.5A支路			－12V/2.5A支路			充电支路		起动性能
			市电进线电压波动±20％（V）									充电电流（mA）	上限电压（V）
			176V	220V	264V	176V	220V	264V	176V	220V	264V	充电电流（mA）	上限电压（V）
－15	0A	直流电压	5.13	5.13	5.13	12.12	12.12	12.12	－11.97	－11.97	－11.97	689	27.56	OK
	0A	纹波峰值	0.10	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	689	27.56	OK
	Iomax/2	直流电压	5.09	5.09	5.09	12.14	12.14	12.14	－11.89	－11.89	－11.89	689	27.56	OK
	Iomax/2	纹波峰值	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	689	27.56	OK
	Iomax	直流电压	5.08	5.08	5.08	12.02	12.02	12.02	－11.85	－11.85	－11.85	689	27.56	OK
	Iomax	纹波峰值	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	689	27.56	OK
＋25	0A	直流电压	5.12	5.12	5.12	12.10	12.10	12.10	－11.95	－11.95	－11.95	698	27.40	OK
	0A	纹波峰值	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.10	0.10	0.10	698	27.40	OK
	Iomax/2	直流电压	5.09	5.09	5.09	12.06	12.06	12.06	－11.90	－11.90	－11.90	698	27.40	OK
	Iomax/2	纹波峰值	0.05	0.05	0.05	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	698	27.40	OK
	Iomax	直流电压	5.07	5.07	5.07	12.03	12.03	12.03	－11.86	－11.86	－11.86	698	27.40	OK
	Iomax	纹波峰值	0.05	0.05	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.20	698	27.40	OK
＋45	0A	直流电压	5.10	5.10	5.10	12.06	12.06	12.06	－11.92	－11.92	－11.92	704	27.32	OK
	0A	纹波峰值	0.05	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	0.10	704	27.32	OK
	Iomax/2	直流电压	5.07	5.07	5.07	12.01	12.01	12.01	－11.85	－11.85	－11.85	704	27.32	OK
	Iomax/2	纹波峰值	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	0.20	704	27.32	OK
	Iomax	直流电压	5.06	5.06	5.06	11.98	11.98	11.98	－11.80	－11.80	－11.80	704	27.32	OK
	Iomax	纹波峰值	0.10	0.10	0.15	0.20	0.20	0.25	0.20	0.20	0.25	704	27.32	OK
＋75	0A	直流电压	5.07	5.07	5.07	12.01	12.01	12.01	－11.87	－11.87	－11.87	710	27.14	OK
	0A	纹波峰值	0.10	0.10	0.10	0.15	0.15	0.15	0.20	0.20	0.20	710	27.14	OK
	Iomax/2	直流电压	5.05	5.05	5.05	11.97	11.97	11.97	－11.81	－11.81	－11.81	710	27.14	OK
	Iomax/2	纹波峰值	0.15	0.15	0.15	0.20	0.20	0.20	0.25	0.25	0.30	710	27.14	OK
	Iomax	直流电压	5.03	5.03	5.03	11.94	11.94	11.94	－11.76	－11.76	－11.76	710	27.14	OK
	Iomax	纹波峰值	0.20	0.20	0.25	0.25	0.25	0.30	0.30	0.30	0.35	710	27.14	OK

其离线（断开电网输入）工作性能实验数据如表5所示。

表5离线工作性能实验数据

环境温度（℃）	负载功率（W）＊	持续工作时间(min)	断点电压(V)＊＊
－15	75	73	21.30
＋25	75	82	21.53
＋45	75	84	21.62

＊注1北碇卸疃ǜ涸厥怯5V×3A＋12V×2.5A＋(－12V)

×(－2.5A)设定；

＊＊注2北碇卸系愕缪故侵阜诺缈刂频缏范峡负载时的

电池端电压。

7结语

本文研究表明：

（1）恒流恒压方式充电是保证蓄电池满容量、延长使用寿命的最佳方案；

（2）多

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