LPC2214的在線(xiàn)式UPS硬件設計

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，例如增加遠程監視、自動(dòng)診斷、識別、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。緊湊密集的空間設計給小型電子設備的應用帶來(lái)了新的解決方案。
將功能強大的嵌入式微處理器(本文選用LPC2214)系統引入UPS，可以增強UPS的功能，使其具有網(wǎng)絡(luò )化、智能化的特性，滿(mǎn)足許多無(wú)人職守基站的用電要求。用數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(wèn)題；抗干擾能力強，有利于參數整定和調節；通用性強，便于通過(guò)改變程序軟件方便地調整方案和實(shí)現多種新型控制策略；同時(shí)高度集成的數字電路可以減少元件數目，簡(jiǎn)化硬件結構，降低開(kāi)發(fā)成本，并提高系統的可靠性。

2 系統硬件設計
無(wú)論市電正常與否，在線(xiàn)式UPS電源的逆變部分始終處于工作狀態(tài)。逆變器提供穩壓和調節功能，對電網(wǎng)供電起到“凈化”作用，同時(shí)具有過(guò)載保護功能和較強的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩定可靠，在各種拓撲和配置結構的UPS類(lèi)型中使用較為普遍。因此本文設計方案采用三階轉換的拓撲結構，即AC-DC-AC。
2．1 系統組成及工作原理
系統結構框圖如圖1所示。當市電正常時(shí)，市電輸入UPS經(jīng)濾波、PFC后，升壓到400 V直流電；再經(jīng)過(guò)逆變器逆變成220 V交流電，輸向負載；同時(shí)400 V直流電經(jīng)過(guò)Buck降壓電路降壓后給電池充電。當市電斷電后，電池經(jīng)Boost拓撲升壓電路給總線(xiàn)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，主控芯片對數據進(jìn)行分析，依據設定的參數進(jìn)行判斷，作出相應的變化，并將生成的相關(guān)記錄信息存儲到NANDFlash中。遠程接口通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與上位機連接，用戶(hù)可以在監控中心進(jìn)行相關(guān)設定和遠程控制。

2．2 ARM主控模塊及驅動(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存儲器，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最高時(shí)鐘頻率下運行；擁有豐富的外圍接口，如A／D轉換器、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)化硬件電路的設計，諸如A／D采集、PWM調制電路等；內部時(shí)鐘頻率可達60 MHz，A／D轉換時(shí)間低至2．44μs，完全可以滿(mǎn)足日益提高的UPS工作頻率和功能要求。PFC、DC／DC、DC／AC是系統中主要的能量轉換部分。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。