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随着信息产业的蓬勃发展,通讯领域对系统可靠性要求越来越高,而UPS是系统可靠性的基础,因此人们对UPS的要求也越来越高。传统UPS一般存在设计复杂且不易维修的缺点,因此设计开发一款易于维修、寿命长、电路设计简单的UPS电源设备,无论从经济角度还是从科学研究角度而言都具有很高的价值。
本文针对传统通信电源系统中使用的UPS电路设计复杂、不具备电池性能均衡功能、维修不方便等缺陷,采用基于ARM Cortex-M3芯片与模拟电源芯片相结合的控制方式,设计了一款通讯用UPS。该款通讯用UPS采用模块化的设计方式,并专门设计电池性能均衡模块保护电池组。ARM芯片与传统模拟电源芯片的结合使得设计非常简单,大大降低了UPS设计的困难性与复杂度;模块化设计使整个电源系统具有良好的维护性,各功能模块可以作为独立的产品单独销售,提高了设计的经济效益;而电池性能均衡模块也使电池组得到很好的保护,延长了电池组的使用寿命,降低了用户更换电池组的频率以节约产品的使用成本。因而,此款UPS性能优良,具有强大的市场竞争力。
本文针对电池性能均衡模块,分析了目前的单体到组与组到单体的均衡技术以及飞渡电容法均衡技术,为改善这些技术的缺陷,提出利用光耦电流旁路的方式来完成电池性能均衡功能。此方式提高了电池组的可维护性,使得每个单体电池都能够得到充分的充电,以及在没有过放电的情况下尽可能多释放电池组的存储能量,提高了电能利用率。在UPS设计中,利用内核功能强大的ARM Cortex-M3芯片结合技术非常成熟的传统模拟电源芯片SG3525,制作了一种新颖的基于ARM与模拟电源芯片的电池充电模块,此电池充电模块充分利用ARM的内部资源,可以直接对单体电池进行电压与电流的AD采样,也能实现对充电模块各种功能的精确控制;利用UC3846电流型PWM电源芯片设计的逆变器模块,可以实现电流与电压的双闭环控制,因此具有良好的线电压调整率与负载响应特性。高频变压器在UPS设计中占有举足轻重的作用,因此对高频变压器的设计进行了详细的参数计算与校验。最后,通过调试UPS的各个模块以及整体,给出了实验波形以及结果,充分验证了理论分析与实际设计的正确性。