UPS电源及其应用监测系统的设计_开题报告

一、文献综述

（一）国内研究现状

国内UPS起步于80年代后期，比国外起步差距十几年，随着信息产业在国民经济中的地位越来越重要，我国将进一步加大在各行业特别是信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等领域的信息化建设投资，下游领域信息化建设步伐的加快，必然带动市场对UPS 的需求。

目前国内多数中小规模厂家普遍缺乏大功率电源控制技术、电路保护技术、系统集成技术等核心技术，部件和整机的制造工艺水平距离标准化大批量生产的要求较远，在设计能力、工艺技术及新材料应用研究等方面也与国际先进水平差距较大。此外，国内厂商对于信息化建设的投入大都停留在基础硬件方面，软件投入相对不足，对现有网络和信息资源的利用不够，导致产品竞争力不强，企业发展受到限制。生产高端UPS产品所必需的部分电力电子器件主要依赖进口。

科技部近期设立了2亿元的电力电子项目专项资金，国家发改委专门在近期发文启动专项课题，用于推进电力电子技术和产业的发展，包括应用装置的产业化，重点围绕节能、交通、电力、冶金等领域需求，支持应用具有自主知识产权芯片和技术的电力电子装置，节能型不间断电源和新型的电力优化装置显然就是典型的支持对象。

中国在2014年6月成功研制出8寸IGBT专业芯片，打破国际垄断。

本设计为基于8051单片机控制的后备式不间断电源（UPS）。本文主要介绍了这种UPS的工作原理及硬件与软件设计。本设计采用8051单片机为核心，通过电压电流检测电路、ADC0809转换器、键盘操作模块、数码管显示电路及报警显示电路等实现了人机的沟通，让用户能实时掌握系统的工作状态，基本上实现了对UPS系统的数字化、智能化的监控

（二）国外研究现状

最初的UPS电源是在二十世纪六十年代出现的靠电动机所带飞轮惯性提高输出电源的质量和提供后备供电时间(一般不超过5秒)；然后出现了以蓄电池组供电给直流电动机带交流发电机提供后备电源的供电系统，这种方式供电效率较低;再后来是靠内燃机提供后备供电的UPS电源，这种UPS设备庞大笨重、操作不够灵活、而且效率低、噪声大。这些都是动态方式的UPS电源 。

    随着电力电子学的发展，可实现大功率的电能转换，于是出现了静态UPS,这种UPS具有没有振动、噪音低、体积小、控制灵活、效率高等优点，现代UPS基本上都是静止型的。随着电力电子技术和微电子技术的飞速发展，UPS技术也正在朝着高频化、绿色化、网络化和智能化的方向不断前进，具体表现在：

a) 采用IGBT、智能功率模块IPM或IGCT等作为功率器件，改善了逆变器性能，如降低噪声、减小体积。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。

b) 采用如SPWM调制技术、空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)、提高电压利用率的准优化PWM技术以及用于高压高频的HVSOPWM技术等。

c) 在主功率部分与控制方式相结合采用软开关技术。软开关技术的应用使变换器具有更高的效率— 自身损耗大大降低，更高的功率密度——自身体积、重量大大减小，以及更高的可靠性;并可有效地减小电能装置引起的电磁污染(EMI)和环境污染(噪声等)。这种软开关就是一种无损缓冲电路，它不但能使开关过程软化，而且还具有电路简单，不需要附加谐振网络，成本低廉的特点。输入端加装高效输入滤波器和有源功率因素校正器，并采用串并联补偿技术，来降低输入电流失真度，减小UPS电源对市电电源的污染，使其向绿色电能变换型发展。为实现UPS电源小型化，减小输出变压器即输出滤波器的尺寸，减小电磁干扰，防止高频变压器的饱和，目前在韩国采用的是串联谐振逆变器，再经过隔离变压器和变频器组成高频连接的UPS。

d) 输入端采用功率因数矫正技术(PFC)减小了UPS对电网的污染并提高了效率。

e) 使用高性能微处理器和信号处理技术控制和监视UPS运行并进行网络通信。全数字化易于实现计算机的处理和控制，便于修改策略、修改控制参数，便于故障监测、自诊断、容错、通信等技术的植入。同时大幅度的减少了元器件的数量，提高了装置的可靠性。

f) 采用网络化管理，使用户能更方便的、实时的监控UPS系统的运行。

g) 采用双机或多机并联冗余技术组成UPS系统，大大提高了可靠性。

　　蓄电池是UPS的心脏，目前UPS一般都使用免维护密封铅酸蓄电池，美国还运用了高功率铅一空气备用电源装置（RPU）取代蓄电池。为增大电池的使用寿命，目前使用一种三阶段电池管理方案，即恒流均衡充电，浮充充电和自然放电三大阶段，以防止过充、过放。现已引入以微处理器监控技术为主的电池管理体系，随时观察电池的充、放电状态，对电池充、放电进行双重保护。　

二、^范文提纲

摘要

1  UPS概论

1.1 概述

1.2 UPS的发展

1.3 UPS的特点和分类

1.3.1UPS的特点

1.3.2 UPS的分类

1.4本课题的主要任务和基本参数

2 主体硬件电路各个单元电路的设计

2.1整流滤波电路

2.1.1整流滤波电路的设计

2.1.2整流滤波电路的分析

2.2功率因数校正电路

2.2.1功率因数校正的基本原理和方法

2.2.2 功率因数校正电路的设计

2.3UPS蓄电池

2.3.1免维护蓄电池概述

2.3.2UPS蓄电池的设计

2.4UPS充电电路

2.4.1UPS的充电电路

2.4.2UPS的充电电路分析

2.5静态逆变电路

2.5.1逆变器的基本功能

2.5.2静止逆变电路的设计

2.6静态开关

2.6.1静态开关的概述

2.6.2静态开关的设计

2.7报警保护电路的设计

2.7.1报警保护电路的作用

2.7.2报警保护电路的设计

2.8UPS中其它重要电路

2.8.1斩波电路

2.8.2辅助电源及开机电路

2.8.3驱动器电路

3.基于8051单片机的应用检测系统设计

3.1以8051为核心的单片机应用系统总体设计方案的确定

3.2单片机系统硬件部分设计

3.2.1单片机的选择

3.2.28051CPU与模/数转换器接口电路设计

3.2.3锁相电路

3.2.4显示电路的设计

3.2.5直流辅助电源的设计

3.2.6键盘电路的设计

3.3单片机应用系统软件的设计

3.4系统所需各模块确定及总体规划

3.4.1模块规定

3.4.2系统整体规划

结论

参考文献

附录

三、参考文献

[1] 高峰.单片微机型计算机原理与接口技术（第三版）.北京：科学出版社，2013

[2] 高峰.单片微机型计算机原理与接口技术习题、实验与试题解析. 北京：科学出版社，2013

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