pic单片机在ups电源中的应用

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PIC 单片机在UPS 电源中的应用

蔡成炜

(苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104)

【摘 要】主要是利用单片机控制UPS 电源，对主电（市电）掉电的检测以及实现相位的连续和来电的切换；用软件控制逻辑处理和时间控制电路。

【关键词】UPS 电源；单片机；控制 【中图分类号】TP303+.3 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)05-0022-02

（一）引言 UPS 的中文意思为“不间断电源”，它可以保障电器系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存

盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。目前市售后

备式方波UPS 电源的性能存在一些缺点，例如,由于电路设计

中未采取任何同步技术，在主备电切换过程中 ，若50Hz 市

电正好与逆变方波反向相遇，有造成瞬间交流短路的危险；

大多数后备式方波UPS 无开机延时启动功能，如遇用户带负

载开机，容易引发逆变器故障；由于逆变输出的正、负方波

电压脉冲之间最大可能有5ms 的零电压时间，继电器也有5ms

的转换时间 ,在最坏情况下，电源切换仍然会偶然出现计算

机工作程序中断和被破坏。此外，作为一台非智能装置，也

不便于与计算机进行通信，方波输出频率与50Hz 偏差较大；

电路基本上由中小规模集成电路构成，结构较复杂，调整较

麻烦。而利用单片机控制UPS，前述UPS 电源的一些其他性能

缺陷在单片机控制系统中也可以比较容易地得到解决。

（二）主要特点

1.市电供电和逆变供电的同步切换

单片机每lms 采样一次市电幅度，判断是否停电或欠压。

一旦确定市电停电，控制两路逆变管交替导通进入逆变供电，

其中逆变第一个半周的极性（正或负）和脉宽由停电时市电半周的极性和剩余时间确定，从而实现了同步切换；如市电发生欠压，单片机在过零后启动下一个相反半周的逆变；市电恢复时，如两路电源不同步，则稍微修改逆变频率（周期），等待市电与逆变电压同步后，停止逆变，完成来电切换。采用以上同步切换方法，提高了后备式方波UPS 电源转换的可靠性。 2.逆变过流保护 在逆变电路中，推挽逆变管的任一路导通时，其末级晶体管源级电阻上的电流随逆变输出电流的增加而增加，该电

阻上的电压经放大后送A／D 转换器作为过流检测信号。一旦

确定电流超过额定值，立即停止逆变，驱动LED 及蜂鸣器作

工作状态指示和过流报警。

3.蓄电池电压过低保护与蓄电池充电

蓄电池电压经分压后送A／D 转换器。逆变供电期间，如

确定电池电压达到危险点（42 V）以下,停止逆变，并发出声、

光欠压报警信号。充电电路的充电绕组输出 54 V 交流电压，

经整流、滤波、稳压向蓄电池浮动充电，一旦转入逆变供电,

中止充电。

（三）硬件电路设计

本电路的设计主要有电源电路、过流检测放大电路、电池电压取样电路、电池电压取样电路、逆变电路和单片机电路组成，如图1所示。 图1 硬件电路设计图

1.电源电路 电源电路直接由48V 蓄电池供电，而不采用复合供电方式。这种设计方案电路简单，控制部分的功耗很小，主要是降压稳压电路R1、ZI、P 和单片机IC1 的耗电，其总电流小于10mA，这对于 48 V 100 Ah 的蓄电池来说是可以忽略的。

2.过流检测放大电路 蓄电池过流信号取自取样电阻器。该电阻器要求通过它上面的电流为30 A 直流时，压降为75 mV，这也是标准直流分流器产品。为将该电流取样电压放大到PIC16C71片内A／D 要求的电平，这里是利用单电源低功耗双运放LM358或LM258接成失调电压补偿型直流放大器实现的。

3.电池电压取样电路 电池电压取样主要是作为逆变时停止逆变以及有主电时对蓄电池充电控制的依据，按密封免维护铅蓄电池充电规范，

在电池电压低于47.5 v 时，应停止放电，立即充电。当充电

至53 V 时，应停止充电，充电电流应符合电池要求。来自蓄

电池的电压经分压滤波后模直接加到RAOW 拟输入端口，供

PIC16C71片内A／D 变换用。

4.逆变电路

逆变主电路由逆变晶体管、电源变压器、激励脉冲驱动

器组成。逆变晶体管采用功率，这是一种单极型的电压控制

【收稿日期】2009-02-26

【作者简介】蔡成炜（1980－），苏州工业职业技术学院教师，从事电子、单片机控制的教学和研究。

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器件，其具有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿现象和安全工作区宽等显著特点。这里采用的型号为FS40SM-5。

5.单片机电路

单片机采用的是 PIC16C71，其 RA 口的 RA0、RA1作为模拟输入口，RA2、RA3作为数据口使用，其中 RA0为电池电压检测口，RA1为电池电流检测口。程序控制利用 VCC 作为片内 A／D 的基准电压。RB2、RB6作指示工作状态的LED 发光二极管驱动口。RA3为电源正负半周信号输入端口，RA4驱动蜂鸣器。RB 口中 RB0作为掉电信号中断输入口，在上升沿申请中断有效。RB1用于控制VDD 电源，当逆变时，接通VDD，主电来时关断VDD。RB7驱动LED 发光二极管，作告警指示。RB4和RB5为逆变管栅极控制，RA2和RB3为电子继电器控制口，作为主／备电切换，及充电控制用。

（四）软件设计

软件程序主要有主程序、逆变程序、定时器中断服务程序、50 Hz 过零中断服务程序，有关检测程序、通信程序（联网时用）等组成。为准确控制逆变脉冲宽度，设计了逆变半周脉宽计时器 NBTO、逆变半周计时器 T、市电半周计时器 ACT。在逆变程序中如逆变半周计时器 T=10 ms，则开通另一路逆变管，并清零逆变半周脉定计时器NBTO。逆变半周计时器T，也用于准确控制模拟量到开关量多种阈值的 A／D 变换时间。主程序以时间为线索，随时根据各检测程序的检测结果决定是延续当前供电方式，还是进行同步电源切换，或禁止逆变并报警。在程序的设计中采用了缓启动算法和锁相算法算法。

程序流程图如下：

1.中断服务程序（如图2）

2.逆变子程序（如图3）

3.主程序（如图4）

图2 中断程序流程图

图3 是逆变子程序流程图

图4 主程序流程图

（五）部分程序清单

…… ……

00E3 08lD 00268 nbsubr movf t,0 ;逆变子程序 00E4 0215 00269 subwf nbt0,0

00E5 1803 00270 btfsc status,0 ;检查逆变半周期到否

00E6 28F5 00271 goto nbsubr_l ;如逆变半周期到，则去开另一个逆变管

00E7 081E 00272 movf tw,0 ;逆变半周期未到，检查脉宽达到额定值否

00E8 0215 00273 subwf nbt0,0 00E9 1803 00274 btfsc statu,0

00EA 290D 00275 goto nbsubr_2 ;如脉宽达到额定值,则关现已导通的逆变管

00EB 1819 00276 btfsc flag1,0 ;根据掉电时是正半周掉电，还是负半周

;掉电，决定先开通哪只逆变管，如刚开机 ;就无主电，则初始化认为是正半周掉电

00EC 28F1 00277 goto nbsubr_4

00ED l206 00278 bcf portb,4 ;正半周掉电处理

00EE 1686 00279 bsf portb,5 00EF 1099 00280 bcf flag1,1 00F0 0008 00281 return ……

（六）结束语

在本系统中电路中大量逻辑处理和时间控制电路被软件取代，电路中模拟量到开关量多种阈值的转换由单片机片内A ／D 转换器和程序处理所取代，而且利用单片机的串行口，可以很方便地实现电源与计算机间的通信。再加上本系统工作准确、稳定，所以有一定的实用价值。

【参考文献】

[1] 张世波.不间断电源技术、特点及发展[J]. http://www.

https://www.wendangku.net/doc/e5270820.html,/forums/ups.htm.

[2] 曾仲其,邵金兰,曾建强.不间断电源原理安装调试和维修

[M].国防工业出版社,1999年1月第1版.

[3] 施威铭.PIC 单片机轻松入门[M].北京:清华大学出版社,

2003年3

月.

万方数据

PIC单片机在UPS电源中的应用

作者：蔡成炜

作者单位：苏州工业职业技术学院,江苏,苏州,215104

刊名：

大众科技

英文刊名：POPULAR SCIENCE & TECHNOLOGY

年，卷(期)：2009，(5)

引用次数：0次

参考文献(3条)

1.张世波不间断电源技术、特点及发展

2.曾仲其.邵金兰.曾建强不间断电源原理安装调试和维修 1999

3.施威铭PIC单片机轻松入门 2003

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