UPS架构以及原理

3C3 UPS架构以及工作原理介绍
张椿涛
一>整体介绍
产品介绍：
3C3系列产品是具有高效率、高性能的双转换存在线，三相输入，三相输出的UPS.
3C3系列产品几乎可以完全解决所有电源问题，如断电、市电高低压、电压波动、谐波失真等电源问题.
注：以下均以3C3-30KS-ISO为例:
面板1.负责显示LCD发出的关于UPS各部分参数.
2. ENTER确认键功能
通讯板提供多种通讯断口RS232、RS485、PPVIS、AS400
滤波板滤除输入输出电压中的差模、共模干扰
MOV板滤除输入市电中的尖峰高压
隔离变压器输入市电与UPS电气隔离
输入电感防止输入电流突变
UPS整体架构介绍：
3C3 UPS架构示意图
功率板PSDR=整流器+升压电路+逆变器
UPS主要功能是提供稳定的电源，所以按照供电渠道来划分UPS为维护模式、旁路模式、市电模式、电池模式四个部分，分别对应四种工作模式：
A.市电模式:
市电模式是UPS正常工作的状态,UPS将输入的市电经过整流(AC->DC),升压(DC->DC),逆变(DC->AC) 后转变成稳定可靠的电源输出,工作示意流程图如下:
说明：
供电回路
充电回路
UPS市电模式工作示意图
市电→隔离变压器→输入EMI →整流电路(AC->DC)→升压电路(DC->DC) →逆变电路(DC->AC)→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载
市电向负载供电的同时,经过整流器后通过充电器给电池充电
B．电池模式：
UPS电池模式工作示意图
电池→电池SCR→升压电路(DC->DC)→逆变电路(DC->AC)
→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载
电池模式是UPS在市电发生异常(UPS自身工作正常)时的供电状态
C.旁路模式
UPS旁路模式工作示意图
市电→隔离变压器→输入EMI →STS静态开关→输出EMI→输出端子→负载
市电通过STS向负载供电的同时,经过整流器整流后通过充电器给电池充电
旁路模式是UPS自身发生异常（市电电压正常）时的供电状态
D．维护模式
市电→隔离变压器→维护开关→负载
维护模式是对UPS进行维修时所选择的工作状态,此时负载由市电直接供电,可以对UPS进行维修测试动作.
二>各部分电路工作原理介绍:
1.功率板(单相)：
功率板（PSDR）是UPS主要组成部分，主要担负UPS电源转换功能
主要由整流电路、升压电路、逆变电路三部分组成：
充电输入电压
功率板示意图
2.1进出功率板接线：
“两输入，两输出，一充一放，外加控制”
a.>市电输入: 火线(L):输入EMI板I/P-L →功率板I/P-L
零线(N): 输入EMI板I/P-N →功率板I/P-N “两输入”：
b>电池输入: 电池正极(BA T+): 充电板BAT+ →功率板BA T+
电池负极(BAT-): 充电板BAT- →功率板BAT-
a>逆变电压输出:火线(L): 功率板O/P-L →输出EMI板O/P-L
零线(N): 功率板O/P-N → BUS电容N
“两输出”:
b>整流电压输出: 整流正(REC+): 功率板REC+ →充电板REC+
整流负(BAT-): 功率板BAT- →充电板BAT-
a>±BUS电容充电:+BUS充电: 功率板+BUS → BUS电容正极
-BUS充电: 功率板-BUS → BUS电容负极“一充一放”:
b>±BUS电容放电: +BUS放电: BUS电容正极→功率板+BUS-INV
-BUS放电: BUS电容负极→功率板-BUS-INV “外加控制”: CCB →功率板排线: 排线中包括功率板正常工作所需的控制电源及控制信号.
1.2 功率板各组成部分工作原理介绍:
1.2.1 整流器(AC→DC):
作用: 将市电输入的交流电变换成直流电,即AC→DC
整流工作示意图
整流电路示意图
1.2.2升压BOOST电路(DC DC):
作用：将整流后的直流电压（±REC电压）通过升压电路变化成UPS逆变器所需要的稳定的BUS电压. 升压电路由PFC CARD控制.
升压BOOST工作示意图
BOOST工作电路原理示意图
1.2.3逆变电路:
作用: 将稳定的±BUS电压转变成幅值、频率稳定的交流电压
逆变器工作示意图
逆变器电路原理示意图
2.STS (Static Transfer Switch )静态转换开关
作用：1. 在UPS发生异常时为负载提供供电通道.
2.输入、输出电压以及负载侦测.
STS静态转换开关工作示意图
STS接线介绍：“三进三出一N线，外加控制与侦测”
“三进”：市电三相输入火线（L A L B L C）, 输入EMI 板→ STS输入“三出”: 旁路三相输出火线,（L A L B L C）, STS输出→输出EMI板“一N线”: 输入、输出电压参考线, BUS电容N线→STS N线
“控制”: CU4 → STS 排线, 传递信号和开关控制信号
“侦测”: CT线圈输出电流侦测信号线.
注: 1. STS自身还有一温度侦测线,位置如实物所示
2.STS自身工作所需要的电源由自身产生(AB线电压)
TX
INPUT A
+24V电源供STS自身使用INPUT B
所以输入AB间阻抗大约有120Ω
3.充电器:
作用: 输入市电市电正常时,UPS处于旁路或市电模式下, 将整流器输出电压(三相)±REC电压转换成稳定的432V直流电压输出供电池充电使用.
充电板接线介绍：“一进一出，外加电源与通讯”
“一进”：三相整流电压输入：红线：三相整流后REC+相互连接后→充电板REC+
黑线: REC-即BAT-, 各功率板(BAT-) →充电板BAT- “一出”: 电池输入: 红线: 充电板BA T+ →端子排BAT+
黑线: 充电板BAT- →端子排BAT-
“电源”: 充电板工作电源: 红黑两PIN 信号线: CCB上CN1 →充电板上CN03(CN05) “通讯”:与CU4通讯: 3线排线: 充电板CN01 → CU4
2线排线: 充电板CN02 → CU4
4. CCB (Common Control Board):
作用：1. 产生所有PCB(STS除外)所需要的低压直流电源.
2. CU4到功率板控制信号转换, 即CU4控制命令←→CCB←→功率板.
3. 上电初期给BUS电容预充电.
CCB FLY BACK 电路架构
注:HFPW+ 是频率为38KHZ的高频交流电源,供LCD CHGR PSDR使用.
CCB接线介绍: +BUS: CCB上+BUS → +BUS电容
-BUS: CCB上-BUS → -BUS电容
N : CCB上N → BUS电容N
A. 电力线: 市电: CCB上I/P-L →STS A相市电输入
电池: CCB上+BAT →充电板BAT+
CCB上-BAT →充电板BAT-
保护: CCB上V.DIS 、D.DIS →REC FUSE 上V.DIS 、D.DIS
HFPW+电源输出: CCB上CN01 → LCD CN103
CN02 → CHGR CN03
开机信号线: CCB上CN04 →LCD CN204
面板确认键: CCB 上CN03 →液晶面板
B.信号线: 保护信号线: CN300 → REC FUSE 板
+24V输出RELAY驱动线: CCB上CN206 →输出RELAY
风扇转速控制: CCB上CN208 → LCD CN106
风扇电源: CCB上CN200→ CN205
CCB与CU4信号线: CCB 上CNCU4 →CU4 (64PIN)
CCB与PSDR信号线: CCB上CNL1→R PSDR
CNL2→S PSDR
CNL3→T PSDR 注意: 20~40KS CCB上还有一条CN7 →CN8 短路线
5.LCD:
作用: 1. 显示UPS相关工作参数
2. 负责UPS INTERFACE通讯板与内部通讯.
3. 风扇转速控制.
LCD接线介绍:
与CU4通讯线: LCD 40PIN排线CN101 → CU4 通讯线与液晶面板通讯线: LCD 30PIN排线CN202 →液晶面板
与INTERFACE通讯线: LCD 30PIN排线CN102 →通讯板
LCD 电源输入线: LCD CN103 → CCB CN01
UPS开机信号线: LCD CN204 →CCB CN04
风扇转速控制信号线: LCD CN106 →CCB CN208
6. CU4:3C3UPS的主控制器.负责所有电路工作所需的控制信号.
7. PFC: PFC CARD 插于各相PSDR(CN21)上,主要功能是控制升压电路工
作, 将±REC →±BUS电压.
8. INTERFACE: 包括 RS-232、PPVIS、 RS485、AS400通讯端口.
9. EMI 、MOV :负责输入、输出电压的滤波以及吸收输入市电的浪涌.
附录Ⅰ：UPS整机架构。