法有交流采集和直流采集。不管哪种采集方法，进入单片机的信号都必须符合上面提出的三个要求。
因此，对于交流信号，还要考虑将交变的信号转换为非负信号的问题。 在本整流/充电器的设计中，采用直流采样。交流输入电压的过、欠压保护均通过整流后的整流输出值进行整定保护。因此本设计中模拟采集量包括整流输出电压和电流。它们是通过霍尔电压、电流传感器传送来的，它们有降压、隔离的功能。从传感器传送来的信号因含有谐波等干扰信号，不能直接进入单片机，须经过滤波、缓冲等环节。滤波采用R、 C滤波，缓冲采用电压跟随器，如图3-8所示。
图3-8 直流采样电路
5.信号输出电路设计
信号输出包括状态信号输出如开关量的输出、指示灯的状态。 开关量输出有保护继电器、光字牌、调压开关等。与开关量的输入类似，开关量的输出要有光电隔离、驱动等环节。开关量输出的典型电路见图3-9。
图3-9 开关量输出电路
指示灯是利用发光二极管的点亮与熄灭两种二选状态来指示装置各部分的工作正常与否，如Vcc、Vp、交流或直流输入电源的有无。
装置的过、欠压保护、过流保护、同步保护是通过指示灯和继电器同
22
时进行的，一方面指示故障类型，另一方面保护继电器动作，保护装置。
6.工作电源设计
装置的工作电源对整个装置工作的重要性是不言而喻的，因为一旦工作电源出现故障，整个装置就陷入瘫痪状态，正常工作就无从谈起。因此工作电源必须可靠、精确。
本整流/充电器的工作电源设计采用以小型开关电源模块为中心的设计方案。此小型开关电源模块可输出+5V(Vss), +15V、-15V、 +24V(GND)等几种装置必须的工作电压。它的输入为交流220V或直流220V。基于整个装置控制电路工作功率的考虑，此开关电源模块输出电流为5V/1A, 24V/0.5A, 15V/0.3A、-15V/0.3A等几种。
对于放大器的工作电源，TL084选用?15V, LM324的V+为+6.2V, V-为-0.7V,它们分别由如图3-10所示的电路获得。
图3-10 放大器工作电源电路
3.2.3 整流/充电器的控制软件设计
由于本论文是在已开发的直流充电装置的基础上进行的，因此它就作为了本设计中的UPS整流/充电器。此装置现已在很多地方运行、使用，技术非常成熟。并且整流/充电器的软件设计不是本论文的重点，在此就不作具体介绍了。
需要强调的是，由于蓄电池在UPS不间断电源中的重要作用，作为给蓄电池充、放电的整流/充电器在UPS中也是至关重要的，这里也不再作为重点的研究说明。
第四章 逆变器的设计
23
在整流/充电器设计的基础上，本章进行逆变器的设计，以完成从直流向交流的转变。
逆变器是在线式交流UPS不间断电源的核心，因为在在线式UPS系统中，无论市电正常与否，逆变电路都必须正常工作，除非逆变器发生故障，这是在线式UPS的特点决定的。因此，逆变器的设计在整个UPS设计中显得尤为重要。
4.1 PWM逆变器的原理
逆变是将直流电变为交流电,实现逆变的电路称为逆变电路。UPS不间断电源的交流输出侧直接和负载相连，其中的逆变电路属于无源逆变。 在许多场合，电网提供的50Hz工频电源不能满足负载的特殊需要。UPS不间断电源的负载就是那些对电源的电压和频率的稳定性(220V/380V, 5OHz)、波形畸变等有着严格的要求，且绝不允许瞬时停电的特殊负载。逆变器的主要功能就是将整流/充电器输出的直流电压变换成稳压稳频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)的交流电。
4.1.1 逆变电路及其控制方式
1.三相桥式逆变电路
逆变最基本的电路就是桥式电路。三相桥式逆变电路原理电路如图4-1所示。
图中的开关S1--6代表实际电路中的电力电子功率开关器件。只要开关按照一定的规律断开和闭合就能将直流电变为交流电。
图4-1三相桥式逆变电路原理图
在实际电路中，开关的切换(换相)通过换相电路或控制脉冲来实现。
24
换相是逆变电路中一个十分重要的概念，因为实际电路中的电力电子开关器件并不是理想开关，它们的开通和关断必须在一定的控制条件下进行。无论是全控型还是半控型电力电子器件,只要给控制极适当的信号，就可以使其导通；但是关断时的情况就不同,全控型器件可以用控制极信号使其关断，而半控型的器件，必须采用一定的外部条件或措施才能使其关断。对于有自关断能力的器件来说，换相可通过自身来完成，称为器件换相；否则要借助其他手段来实现换相，如电网换相、负载换相、电容换相。 在本UPS不间断电源设计中，逆变器的直流输入侧来自整流器的整流输出或者蓄电池的直流输出，属于电压源，因此本设计中的逆变电路属于电压型逆变电路。它一般采用180?导电模式，即在一个周期内每个臂导通
180?。 2.控制方式
电压型逆变电路的典型控制方式有相控和PWM控制两种。
相控是指控制触发脉冲的相位，即脉冲触发时刻来改变输出电压脉冲的宽度，从而得到调节逆变输出电压的作用。这种控制方式输出电压为矩形波，其中含有较多的谐波，对负载有不利的影响；且功率因数不高，调节时动态响应慢。
采用PWM控制方式能够较好地克服上述缺点。
PWM(Pulse Width Modulation)即脉冲宽度调制控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使之输出一系列幅值相等、宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。按照一定的规则，对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变输出电压的大小，又可改变输出频率。理论和实践证明PWM逆变电路具有很强的谐波抑制能力。同时，它还具有下列特点：
(1)逆变输出波形接近正弦波；
(2)动态响应快； (3)功率因数高。
随着自关断器件的出现并成熟后，PWM控制技术得到了很快的发展，
25
PWM型逆变电路获得了广泛的应用。如今，PWM控制技术己成为电力电子技术中一个非常重要的组成部分，它对提高电力电子装置的性能，推动电力电子技术的发展起着巨大作用。
4.1.2 PWM逆变器的基本原理及PWM波的生成方法
正因为PWM控制技术的迅猛发展和广泛应用，逆变电路越来越多地采用PWM控制方式。
下面详述PWM逆变器的基本原理。 1.PWM控制的基本原理
在采样控制理论中，有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同即环节的输出响应波形基本相同。这个结论是PWM控制的重要理论基础。下面以正弦脉宽调制SPWM为例说明PWM控制的基本原理。
(a） (b)
图4-2 PWM控制的基本原理示意图
如图4-2所示，在图4-2a中，将正弦半波分成N等份，把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于n/N，但幅值不等，脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果此脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，并且使矩形脉冲和相应正弦部分面积即冲量相等，就得到了如图4-2b所示的脉冲序列。这就是PWM波形。从中可看出PWM各脉冲的宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，此PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦负半周，可用同样的方法得到相应的PWM波形。这种脉冲的宽度按正弦规
26