LPC2214的在線式UPS硬件設(shè)計(jì)

1 概 述
目前UPS主要發(fā)展方向有兩個(gè)：一是新的功能不斷加強(qiáng)，例如增加遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)診斷、識(shí)別、事件記錄、故障警告等功能；二是自身效率的提高。采用高效率的IC芯片和新的制造工藝，使空載功耗不斷地降低，功率密度進(jìn)一步提高。緊湊密集的空間設(shè)計(jì)給小型電子設(shè)備的應(yīng)用帶來了新的解決方案。
將功能強(qiáng)大的嵌入式微處理器(本文選用LPC2214)系統(tǒng)引入UPS，可以增強(qiáng)UPS的功能，使其具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特性，滿足許多無人職守基站的用電要求。用數(shù)字控制代替模擬控制，可以消除溫漂、老化等模擬器件存在的問題；抗干擾能力強(qiáng)，有利于參數(shù)整定和調(diào)節(jié)；通用性強(qiáng)，便于通過改變程序軟件方便地調(diào)整方案和實(shí)現(xiàn)多種新型控制策略；同時(shí)高度集成的數(shù)字電路可以減少元件數(shù)目，簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，降低開發(fā)成本，并提高系統(tǒng)的可靠性。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
無論市電正常與否，在線式UPS電源的逆變部分始終處于工作狀態(tài)。逆變器提供穩(wěn)壓和調(diào)節(jié)功能，對(duì)電網(wǎng)供電起到“凈化”作用，同時(shí)具有過載保護(hù)功能和較強(qiáng)的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在各種拓?fù)浜团渲媒Y(jié)構(gòu)的UPS類型中使用較為普遍。因此本文設(shè)計(jì)方案采用三階轉(zhuǎn)換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即AC-DC-AC。
2．1 系統(tǒng)組成及工作原理
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。當(dāng)市電正常時(shí)，市電輸入U(xiǎn)PS經(jīng)濾波、PFC后，升壓到400 V直流電；再經(jīng)過逆變器逆變成220 V交流電，輸向負(fù)載；同時(shí)400 V直流電經(jīng)過Buck降壓電路降壓后給電池充電。當(dāng)市電斷電后，電池經(jīng)Boost拓?fù)渖龎弘娐方o總線供電，然后逆變成220 V交流電。LPC2214的A／D模塊采集各個(gè)點(diǎn)的工作信息，主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，依據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行判斷，作出相應(yīng)的變化，并將生成的相關(guān)記錄信息存儲(chǔ)到NANDFlash中。遠(yuǎn)程接口通過網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)連接，用戶可以在監(jiān)控中心進(jìn)行相關(guān)設(shè)定和遠(yuǎn)程控制。

2．2 ARM主控模塊及驅(qū)動(dòng)電路
LPC2214是支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-S CPU微控制器。它帶有256 KB的高速Flash存儲(chǔ)器，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最高時(shí)鐘頻率下運(yùn)行；擁有豐富的外圍接口，如A／D轉(zhuǎn)換器、PWM單元、32位定時(shí)器、向量中斷控制器、串口、I2C接口等，可以簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，諸如A／D采集、PWM調(diào)制電路等；內(nèi)部時(shí)鐘頻率可達(dá)60 MHz，A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2．44μs，完全可以滿足日益提高的UPS工作頻率和功能要求。PFC、DC／DC、DC／AC是系統(tǒng)中主要的能量轉(zhuǎn)換部分。DC／DC部分包括Buck電池充電電路、Boost電池升壓電路。所有的PWM控制由單一的LPC2214完成。