縱觀近20年，全球共有數(shù)十起因停電而造成的重大事故。每次事故發(fā)生，都會嚴重影響到當?shù)氐木用裆钏?。為了減輕因停電帶來的極端影響，UPS電源的需求逐年提高。

　　為什么我們需要UPS

　　UPS全名叫不間斷電源，顧名思義他是獨立于有線電源外的補給電源，是將鉛酸電池與UPS主機連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于當電網(wǎng)出現(xiàn)故障停電時給重要高端設(shè)備、精密儀器、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)，使得重要的工作能夠正常進行下去，避免因停電造成重大事故和損失。

　　如何設(shè)計強大的UPS電源

　　設(shè)計UPS之前需要了解UPS的工作原理。當市電正常時，UPS電源將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電;當市電斷掉時，UPS電源立即將機內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應(yīng)交流電。這里芝子整理了一份UPS標準的系統(tǒng)框圖，如下所示：

　　例如風能、太陽能產(chǎn)生的電能通過電源調(diào)節(jié)器后作為有線電源輸入UPS系統(tǒng)中，此時DC-DC轉(zhuǎn)換裝置將電能降壓儲存在電池當中，此時電池處于正向充電狀態(tài)。一旦連接UPS的外界電源無法供給，UPS將會再次利用DC-DC轉(zhuǎn)換裝置將儲能電池電源升壓輸出，此時電池處于逆向放電狀態(tài)。值得一提的是在DC-DC裝置中采用了東芝研發(fā)的DTMOS系列的增強型MOSFET，如TO-220SIS封裝的TK25A60X，TK16A60W5等，TOLL封裝的TK110U65Z和TK190U65Z等。提升了RDS(on)×Qgd性能，同時具備二極管反向恢復特性。

　　如上圖所示，電池的存放電在USB塊保護電路、RS-232塊保護電路、顯示器塊保護電路，DC-DC-MCU信號傳輸電路共同協(xié)作下完成，這使得電源交互形成一個良好的閉環(huán)。

　　通過DC總線的直流電壓能夠很順利在DC-AC逆變裝置中被轉(zhuǎn)換輸出穩(wěn)定的交流電，從而滿足交流用電器的日常電能開銷。

　　為了更好的使得電路功率因素得到提高，進一步減少電流和電壓之間的相位差造成的交換功率損失(無功功率損失)，UPS系統(tǒng)中還額外增加了功率因素校正電路PFC，從而提升電力利用率。

　　在UPS系統(tǒng)方案中，采用了自研的ESD功能TVS管,包括封裝為SL2的DF2B6M4SL/DF2B20M4SL、CST2的DF2B5PC/DF2B7PCT，CST2C的DF2S14P2CTC從而防止電路故障，保護設(shè)備;同時為了更好的保護電路系統(tǒng)，加入了自研的光耦合器，具有高抗干擾能力，超高壓隔離，耐受高溫性能，包含封裝為SOL16L的TLP5214/TLP5231以及封裝為SO6L的TLP5754/TLP2761/TLP2768A進行選型構(gòu)建。在UPS的控制系統(tǒng)中嵌入了一顆以Cortex-M3為核心，工作頻率高達80MHz，具備3相PWM輸出和以太網(wǎng)功能的微控制器TMPM369FDFG/TMPM369FDXBG，以低功耗實現(xiàn)逆變控制和內(nèi)部系統(tǒng)通信。使得整個UPS系統(tǒng)實現(xiàn)了完整的通信控制機制。同時考慮到MCU的工作環(huán)境，為了準確的傳遞控制信號到DC-DC裝置中，在其中間還額外增加了帶隔離屬性的放大器TLP7820，支持電壓5V供電電壓，在共模態(tài)模式下提供至少CMTI=15kV/μs瞬變消除。

　　如何快速實現(xiàn)方案落地

　　提供完善的UPS設(shè)計構(gòu)造解決方案，小至器件選型、模塊整合，大到系統(tǒng)架構(gòu)、產(chǎn)品落地，都將為客戶提供一站式服務(wù)。更多關(guān)于器件選型和器件性能評估、以及整體設(shè)計理念敬請訪問官方網(wǎng)站，來沉浸式體驗UPS的設(shè)計之路。

　　文章出處：UPS不間斷電源設(shè)計方案