简易UPS不间断电源(省市级比赛试题)

2011年*第*届中等职业学校电子技能竞赛考题（学生组）考题名称：简易UPS不间断电源完成时间：4小时目录一、电路说明部分1.1电路原理简介1.2电路主要元器件介绍1.3装配及调试说明二、考题答卷部分2.1电子产品装配30分2.2原理分析及参数测试25分2.3电子产品功能测试30分三、电路设计软件Portel应用部分15分备注：请参赛选手认真审题后，再焊接组装。 考 号： 工 位 号： 一、电路说明部分1、1 电路原理简介1、产品功能不间断电源(以下简称UPS)在我们日常生活中随处可见，如学校、企业、银行和机关单位的等，UPS主要作用是在市电停电时，能够继续为不能断电的设备继续提供电能，为用户争取时间停止设备。这里为同学们展现的是一种简单的UPS电路，其主要目的是了解UPS电源的工作原理，电路中J2为交流电源输入端，J1为不间断电源输出端，考虑到装调人员的人身安全，这里的系统工作电压为AC30V。 2、电路工作原理UPS电源主要由以下电路组成：正弦波振荡器、限幅放大器、前置驱动、功率放大器、升压变压器、开关机控制电路、双电源切换电路、失电检测电路、失电报警电路、过流检测保护电路、手动开关机控制电路等，组成框图见图1，电路原理图见图2。图1 UPS电源组成图正弦波振荡电路：正弦波振荡电路为文氏桥振荡器，C1/C2/R1/R22/RP5组成选频电路，调节RP5可调整振荡电路的振荡频率，R3/R4/RP2组成正反馈电路，为振荡电路提供必要的电压增益，调节RP2可调整电路的正反馈量。限幅放大电路：限幅放大电路是为反比例运算放大电路，由R13/R25/R26/RP6/U1B组成，调节RP6可改变电路的放大倍数。开关机控制：开关机控制电路由继电器K1作为执行部件，当继电器吸合时，限幅放大器输出的信号对地短路，后级电路停止工作达到关机目的。前置驱动：前置驱动电路为电压跟随器，由U1C组成此电路不起放大作用，只为驱动功率放大电路，为功率管提供足够的驱动电流。功率放大电路：功率放大电路采用简单的OCL功放电路，由R30/R31/R32/R33/R34/Q6/Q7组成，正半周Q7工作，负半周Q6工作，R34为电流取样电阻，电流越大其端电压越高。升压变压器：升压变压器为普通的工频变压器，电路组成元件为T1/RV1/R2/LED4/D9组成，RV1为压敏电阻，其标称值为36V，此电阻为过压保护电阻，防止因电压过高伤及人身安全，R2/LED4/D9为升压电路的工作指示，当指示灯点亮时证明升压电路已开始工作。输出切换电路：输出切换电路由D1/C13/K2组成，K2为双刀双掷的继电器，线圈工作电压为DC24V，D1和C13为整流滤波电路为K2提供工作电源，当输入的AC24V电压存在时，K2吸合输出自动切换到常用电源，不纯在是，输出切换到由升压电路提供的电源。电源检测：电源检测电路由R35/D10/C17/U4组成，当输入电源AC24V存在时，光电耦合器U4导通，控制继电器K1吸合，升压电路停止工作，当无电源输入AC24V存在时，U4截止不参与对K1的控制，此时失压告警电路开始报警。失压告警电路：失压告警电路由2个多谐振荡电路组成，R8/C6/U5D/U5E组成音频振荡电路，振荡频率约为2kHz，U5F和R21为振荡电路的输出隔离电路。R29/C8/U5A/U5B组成周期为2Hz间隙振荡电路，通过U5C和R20隔离后由Q4调制音频信号，D7/D6/Q3/R13/Q15组成报警音控制电路。过流保护电路：过流保护电流由取样电阻、三极管放大电路、检波电路、电压比较电路和锁存电路组成。R34为取样电阻。R28/R17/RP4/C16/C12/C11/Q1组成放大电路，将取样电阻的电压进行放大，调节RP4可调整放大电路的静态点。D8和C11组成检波电路，将交流信号转换成直流电压。RP3/R16/R15/R27/U1D组成电压比较器，调整RP3可设置比较器的参考点电压。U3A/R9/C9/S1组成过流锁存电路。LED1和R6组成过流保护指示电路，LED1点亮时过流保护启动。手动开关机电路：C15/R10/R11/S2/R24/LED2/U3B组成手动开关机电路，U3B为D触发器，按一次S2输出翻转一次，U3B的输出端Q通过D4控制开关机电路。3、电路目的将12V通过J3接入，AC24V通过J2接入，J1为电压输出端，LED5为输出指示灯。A、 开启12V电源，关闭AC24V电源。输出端电压为30V2V；喇叭BT1发出滴滴滴.的报警音；按S1键可开关机，关机后输出为0V；短接输出端，保护电路启动，电路停止工作，输出为0VB、 开启12电源，开启AC24V电源。输出端电压J1=输入端电压J2，报警音消失。C、 关闭12电源，开启AC24V电源，输出端电压J1=输入端电压J2，报警音消失。图2 电路原理图4.PCB元件布置图，详见图3和图4图3 顶层元件布置图图4 底层元件布置图5.元件清单序号名称规格代号封装序号名称规格代号封装1色环电阻1kR32AXIAL0.351电解电容10uf/50VC12RB2.5/52色环电阻1kR33AXIAL0.352电解电容10uf/50VC9RB2.5/53色环电阻1/1WR34AXIAL0.553电解电容100uf/25VC19RB4/74色环电阻3kR4AXIAL0.354电解电容100uf/25VC20RB4/75色环电阻4.7kR24AXIAL0.355独石电容0.1ufC3RAD0.26色环电阻4.7kR7AXIAL0.356独石电容0.1ufC4RAD0.27色环电阻4.7kR6AXIAL0.357独石电容0.1ufC2RAD0.28色环电阻4.7kR5AXIAL0.358独石电容0.1ufC7RAD0.29色环电阻10kR35AXIAL0.359独石电容0.01ufC16RAD0.210色环电阻10kR10AXIAL0.360独石电容0.1ufC5RAD0.211色环电阻10kR13AXIAL0.361独石电容0.1ufC8RAD0.212色环电阻10kR16AXIAL0.362独石电容0.1ufC1RAD0.213色环电阻10kR18AXIAL0.363贴片电容0.1ufC6080514色环电阻10kR12AXIAL0.364二极管1N4007D111N400115色环电阻10kR17AXIAL0.365二极管1N4007D101N400116色环电阻10kR9AXIAL0.366二极管1N4007D91N400117色环电阻10kR15AXIAL0.367二极管1N4148D3DIODE7.7518色环电阻10kR14AXIAL0.368二极管1N4148D6DIODE7.7519色环电阻10kR11AXIAL0.369二极管1N4148D5DIODE7.7520色环电阻20kR22AXIAL0.370二极管1N4148D7DIODE7.7521色环电阻22kR2AXIAL0.371二极管1N4148D2DIODE7.7522色环电阻22kR1AXIAL0.372二极管1N4148D8DIODE7.7523色环电阻22kR3AXIAL0.373二极管1N4148D4DIODE7.7524色环电阻47kR23AXIAL0.374二极管1N4148D1DIODE7.7525色环电阻47R36axial0.375二极管1N4007D121N400126色环电阻100kR27AXIAL0.376发光二极管M3 红色LED2LED0.127色环电阻100kR28AXIAL0.377发光二极管M3 红色LED3LED0.128色环电阻100kR25AXIAL0.378发光二极管M3 红色LED4LED0.129色环电阻100kR26AXIAL0.379发光二极管M3 红色LED1LED0.130色环电阻200kR30AXIAL0.380发光二极管M3 红色LED5LED0.131色环电阻200kR31AXIAL0.381贴片三极管1815Q5SOT-23/C181532贴片电阻4.7kR8080582贴片三极管1815Q3SOT-23/C181533贴片电阻10kR20080583贴片三极管1815Q4SOT-23/C181534贴片电阻10kR21080584三极管1815Q1TO-92C/C181535贴片电阻10kR19080585三极管1815Q2TO-92C/C181536贴片电阻100kR29080586三极管D772Q6D88237压敏电阻7D390RV1RAD0.387三极管D882Q7D88238可调电位器10k*2RP5KT88集成电路4013U3DIP1439可调电阻10kRP1VR336289集成电路40106U5SOP-1440可调电阻10kRP4VR336290集成电路LM324U141可调电阻10kRP3VR336291接线端子CON2J12-5.0842可调电阻10kRP2VR336292接线端子CON2J22-5.08